Чудесное превращение осадочных пород


Внедрение магмы в осадочные породы: 1 — глубинная магматическая порода; 2 — известняки; 3 — глинистые сланцы; 4 — песчаники и кварциты; 5 — известняки, превращенные в мрамор; 6 — глинистые сланцы, перешедшие в роговики; 7 — перекристаллизованные кварциты и роговики; 8 — шилы изверженной породы и рудные жилы; 9 — железорудные тела.
Внедрение магмы в осадочные породы: 1 — глубинная магматическая порода; 2 — известняки; 3 — глинистые сланцы; 4 — песчаники и кварциты; 5 — известняки, превращенные в мрамор; 6 — глинистые сланцы, перешедшие в роговики; 7 — перекристаллизованные кварциты и роговики; 8 — шилы изверженной породы и рудные жилы; 9 — железорудные тела.

Горная порода, образовавшаяся на той или иной глубине в земной коре или на ее поверхности, не остается неизменной. За сотни и десятки миллионов лет одни области земной коры опускались, заливались морем, дно которого постепенно покрывалось мощными толщами новых осадков, так что породы, образовавшиеся некогда на поверхности Земли, оказались на большой глубине. Другие участки, наоборот, сжимаясь мощными силами Земли в складки, вздымались в виде огромных гор и хребтов. Колебания температуры, работа воды, льда, ветра разрушали вершины гор, и на поверхность выступили породы, поднятые из глубин горообразующими силами. Конечно, при этих перемещениях горные породы не могли оставаться такими же, какими они были первоначально, когда находились в иных условиях.

Мрамор и известняк под микроскопом
Мрамор и известняк под микроскопом

Длительные наблюдения геологов показали, что одни из пород разрушаются на поверхности Земли, распадаются на мелкие частицы, отлагающиеся в морях, озерах и пустынях; другие же, попав в более глубокие области земной коры, настолько изменяются, что иногда их узнать почти невозможно. Все изменения, происходящие в глубоких областях земной коры и придающие горным породам новый облик и состав, называются метаморфизмом, а измененные горные породы — метаморфическими породами.

Земная кора состоит из плотной массы горных пород, поэтому все нижележащие породы испытывают давление от веса вышележащих. Можно вычислить изменение давления на разных глубинах земной коры: 1 м3 горной породы весит в среднем около 2500 кГ это значит, что столбик породы высотой в 1 м оказывает на 1 см2 давление, равное около ¼ атмосферы. На глубине 10 км давление будет в 10 000 раз более, т. е. 2500 атмосфер, а на глубине 30 км — около 8000 атмосфер.

Кроме того, в недрах Земли наблюдается относительно высокая температура.

Таким образом, условия, в которых находятся горные породы в глубинах Земли и на поверхности, различны. Поэтому горная порода, образовавшаяся на поверхности Земли или на дне моря (песок, глина, известняк и др.) и опустившаяся за десятки миллионов лет своего существования в глубины земной коры на 10, 20 и более километров, не может остаться без изменения. Под влиянием существующих там огромных давлений и высокой температуры горная порода видоизменяется, перекристаллизовывается, превращается в метаморфическую породу.

На значительных глубинах может произойти даже переплавление пород. При этом снова образуется магма, которая, поднимаясь и застывая, может дать начало новым магматическим породам. Превращение горных пород (метаморфизм), происходящее вследствие опускания их в более глубокие части земной коры, часто захватывает большие площади. Метаморфизму подвергаются как осадочные, так и магматические породы.

Иногда порода может изменяться и по другой причине.

Поднимаясь из недр Земли, магма внедряется в толщи твердых пород земной коры, частично расплавляет их.

В местах соприкосновения (контакта) с магмой твердые породы сильно изменяются.

Сквозь трещины и пустоты земной коры проходят пары воды и газы, выделяющиеся из медленно остывающей магмы. Они несут с собой соединения различных химических элементов, постепенно растворяющих и замещающих новыми минералами первоначальную породу. При этом порода метаморфизуется иногда на значительное расстояние от контакта (3-5 и даже 10-15 км). Породы могут изменяться и под влиянием сильного бокового давления.

Таким образом, метаморфизм всех горных пород, попавших из поверхностных частей в глубины земной коры, зависит от трех причин:

1) очень большого давления;

2) высокой температуры и

3) химического воздействия растворов, паров и газов, выделяющихся из магмы.

При метаморфизме пород многие ранее имевшиеся в них минералы оказываются неустойчивыми в новых условиях. За их счет образуются новые минералы, очень характерные для метаморфических пород, как например гранаты, слюды.

Метаморфические сланцы
Метаморфические сланцы

Вновь образовавшиеся породы могут иметь и другое строение. Минералы с игольчатой или пластинчатой формами зерен (слюда, хлорит, роговая обманка и т. п.) располагаются в виде параллельных, вытянутых в одном направлении полосок, чередующихся с зернистыми минералами. Такое строение носит название параллельно-полосчатого. Когда порода состоит из одних пластинчатых минералов, получается тонколистоватое сложение (сланцеватое), как например у слюдяных и хлоритовых сланцев. Иногда среди полосчатой массы сохраняются отдельные крупные зерна более твердых минералов (полевой шпат, гранат) округлой формы, которые как бы облекаются слоями и полосками. Это так называемая очковая структура (строение), часто встречающаяся в гнейсах. Наконец, метаморфическая порода может быть сложена из зерен минералов, раздробленных сильным давлением.

Таким образом, осадочные и изверженные породы, переходя в метаморфические, приобретают новую структуру и новый минералогический состав. Они превращаются в кристаллические сланцы. Глины и глинистые сланцы переходят при метаморфизме в слюдяные, хлоритовые и талько-хлоритовые сланцы, песчаники — в кварциты, известняки — в мрамор, глинистые и содержащие полевой шпат песчаники — в гнейсы, гранитные изверженные породы при метаморфизме также образуют гнейсы.

Гнейсы — наиболее распространенная метаморфическая горная порода. Гнейсы слагают наиболее древние по возрасту участки земной коры. Состав гнейса совершенно подобен граниту — кварц, полевой шпат, слюды, роговые обманки и т. п. Однако гнейс легко отличить от гранита по характерной полосчатости (чередование светлых и темных полос), по частому присутствию в составе породы граната, а в некоторых случаях — по очковой структуре.

Вазочка из темного белоречита.
Вазочка из темного белоречита.

В природе (например, у нас в СССР на Кольском п-ве, в Карелии, на Украине, на Урале, в Прибайкалье и т. д.) часто наблюдаются переходы от настоящих зернистых гранитов к полосчатым их разновидностям и к настоящим гнейсам.

Такие промежуточные породы называют гранито-гнейсами.

Очень распространены метаморфические сланцы, как например слюдяные, талько-хлоритовые, слюдяно-гранатовые, хлоритовые. Минералогический состав их иногда ясен уже из самого названия.

Жители Карелии, Кавказа, Урала, Восточной Сибири и горных областей Средней Азии могут часто наблюдать в ущельях рек и оврагов мощные пачки то серебристых, блестящих листоватых пород, то темно-зеленых, иногда жирных на ощупь, то плотных черных, раскалывающихся на тонкие гладкие плитки. Это метаморфические сланцы. Некоторые из них (аспидный, кровельный сланцы) дают прекрасный — прочный и красивый — материал для крыш домов.

Очень ценны для хозяйства прочные твердые породы — кварциты, состоящие из мельчайших частичек кварца, спрессованных под огромным давлением. Когда эти породы образуются за счет метаморфизации песчаника, вместе с которым накапливались во множестве частицы бурых окислов железа, то кварциты представляют собой ценную железную руду — так называемые железистые кварциты. Крупнейшие месторождения железа на Кольском п-ве, в Кривом Роге, в районе так называемой Курской магнитной аномалии состоят из таких полосчатых железистых кварцитов. Они относятся к очень древним геологическим отложениям.

Чистые плотные кварциты — то белые, то нежно-розовые (белоречит на Алтае), то коричнево-красные (шокшинский камень в Карелии) — служат прекрасным материалом для памятников и художественных изделий. Шокшинский кварцит использован для облицовки Мавзолея В. И. Ленина и И. В. Сталина в Москве. Очень красивы художественные изделия из нежно-розового белоречита, сделанные мастерами Колыванской фабрики на Алтае. Мрамор, как вы теперь уже знаете, — это перекристаллизованный известняк. Серый, невзрачный известняк в глубоких недрах Земли под влиянием огромного давления и высокой температуры превращается в красивый мрамор причудливых рисунков. Расцветка мрамора зависит от присутствия в нем окислов железа, зеленого хлорита и других распыленных минералов.

Вестибюли Московского метро и залы дворцов Ленинграда отделаны мраморами с прекрасными узорами. Этот же мрамор можно увидеть в огромных залах электростанций; из него сделаны доски, на которых укреплены рубильники и измерительные приборы.

Знать, какие породы выходят на поверхность земли в том или ином районе, очень важно. С выходами метаморфических пород связаны месторождения таких ценных полезных ископаемых, как железные руды, тальк, гранат и др. Некоторые метаморфические породы, как мрамор, кровельный сланец, гранито-гнейсы и другие, широко применяются в нашем строительстве.