Лекция 4 Горные породы План лекции 1

Лекция 4 Горные породы

План лекции 1. 2. 3. 4. 5. Понятие о горных породах Классификация горных пород (магматические, метаморфические, осадочные) Основные генетические типы осадочных пород четвертичной системы. Почвообразующие горные породы как фактор неоднородности почвенного покрова. Агроэкологическое значение минералогического состава почвообразующих пород.

1 вопрос Горные породы — сочетание (агрегация) минералов естественного (природного) происхождения, которые слагают твердую кору Земли Минеральные агрегаты играют существенную роль в составе литосферы, обнаруживая в основных чертах постоянство состава и строения в разных частях земного шара и на более или менее значительных пространствах Из почти 3000 минералов лишь немногие принимают существенное участие в составе горных пород

l l l В твердую фазу почв входят минеральные вещества, составляющие 90 -99 % ее массы. Эта минеральная часть почвы образовалась из горных пород (ГП) , которые состоят из минералов. Основные свойства ГП : цвет, текстура, структура, состав. По происхождению ГП делят на 3 класса: магматические, осадочные, метаморфические

Содержание минералов в земной коре до глубины 16 км пород Минералы Содержание, % Полевые шпаты и фельдшпатиты 60 Пироксены и амфиболы 16 Кварц 12 Слюды 4 Прочие минералы 8

Вопрос 2 Магматические: интрузивные, эффузивные Метаморфические: плотнокристаллические, сланцеватые Осадочные: обломочные, химические, органогенные

Генетическая классификация горных пород

Генетическая классификация горных пород

Классификация пород по долговечности

Классификация горных пород в зависимости от твердости и размеров зерен

По способу образования различают три главные группы горных пород: магматические, или магматиты; осадочные; метаморфические, или метаморфиты Эти породы связаны между собой в природном геологическом цикле

Геологический цикл формирования горных пород

МАГМА (от греч. magma тесто, месиво) расплавленный или жидкий материал, образующийся в недрах Земли, характеризующийся преимущественно силикатным составом, обогащённый газами, из которого при его извержении и застывании образуются магматические породы

Магматические породы, или магматиты — массивные горные породы, которые возникают в результате затвердевания магматического расплава на поверхности или в глубинах земной коры Подразделяют на глубинные — интрузивные, или интрузивы, и поверхностные — эффузивные, или эффузивы

Формы залегания изверженных пород в зависимости от глубины застывания магмы

Образование вулканитов

Магматические горные породы l l l образовались при застывании расплавленной магмы. При медленном остывании магмы на глубине формируются глубинные ( интрузивные ) ГП. Особенности: кристаллическое строение, отсутствие пористости (гранит, сиенит, габбро). Если магма изливалась на поверхность и быстро остывала, то образовывались излившиеся (эффузивные) ГП : не имеют кристаллического строения, есть поры ( базальт, липарит) В зависимости от содержания Si. O 2 делят на: кислые - больше 65%; средние 52 – 65%; основные 40 -52%; ультроосновные меньше 40%; непостоянного химического состава. Распространенные магаматические породы – гранит, диорит, андезит, габбро, диабаз, базальт.

Магматические породы Плутониты (интрузивы) Жильные породы (дайки) Вулканиты (эффузивы) Гранит-порфир Родолит (липарит) Сиенит-порфир Трахит Диорит-порфирит Андезитобазальт Габбро-порфирит Базальт Перидотит Пикрит-порфирит Пикрит

Главными породообразующими минералами магматических горных пород являются силикаты и алюмосиликаты Силикаты cоставляют 85 % массы твердой земной коры). Часто содержат воду, гидроксилы, галоиды. Важнейшие породообразующие минералы различных горных пород (например, роговые обманки, пироксены, гранаты и др. ).

Алюмосиликаты — широко распространенные породообразующие минералы, в кристаллической структуре которых кремний и алюминий взаимно замещаются, входя в сложные, кислотного характера алюмокремниевые радикалы. К алюмосиликатам относятся, например, полевые шпаты, слюды, первичные хлориты

МЕТАМОРФИЗМ (от греч. metamorphoómai — подвергаюсь превращению, преображаюсь) — процесс твердофазного минерального и структурного изменения горных пород под воздействием температуры и давления в присутствии флюида. Выделяют изохимический метаморфизм — при котором химический состав породы меняется несущественно, и не изохимический метаморфизм (метасоматоз) для которого характерно заметное изменение химического состава породы, в результате переноса компонентов флюидом

Флюид (от лат. fluidis — текучий), магма — жидкие и газообразные легкоподвижные компоненты магмы или циркулирующие в земных глубинах насыщенные газами растворы Предполагается, что в составе флюидов преобладают перегретые пары воды, присутствуют фтор, хлор, углекислота и многие другие вещества

ВЫВЕТРИВАНИЕ — совокупность физических, химических и биохимических процессов разрушения и превращения горных пород: магматических, осадочных или метаморфических, а также слагающих их минералов в приповерхностной части земной коры под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и живых организмов, а также удаления части продуктов этого разрушения. Если горные породы длительное время находятся на поверхности, то в результате их преобразований образуется кора выветривания

ДИАГЕНЕЗ (от греч. dia – раз , пере + генез) — совокупность процессов физического и химического преобразования (перекристаллизация, цементация, растворение и др. ) рыхлых осадков после отложения на дне водных бассейнов и последующего их изменения в условиях температур и давлений верхней зоны земной коры под действием: гидратации или дегидратации, окисления или восстановления, кристаллизации и т. д.

Магматические и метаморфические горные породы слагают около 95 и 4 % объёма земной коры, соответственно, а 1 % приходится на долю осадочных пород, однако последние занимают 75 % площади земной поверхности

По содержанию кремневой кислоты магматические породы делятся на кислые — Si. O 2 свыше 65 % (гранит и липарит), средние — Si. O 2 = 55– 65 % (диорит), оснóвные — Si. O 2 менее 55 % (габро). Кроме того, выделяются более редкие, очень богатые Si. O 2: ультракислые породы (некоторые аплиты); ультраоснóвные, содержащие Si. O 2 менее 45 %; очень много окиси магния (перидотит).

Породы, богатые щелочными металлами, выделяют под названием щелочных. При этом, в кислых породах отмечается повышенные концентрации Be, W, Sn, Pb, Zn, Cu, Au и др. , а в основных — Ni, Cr, Pt. К щелочным породам часто приурочены большие концентрации фосфора

l l l Кислые почвообразующие породы: гранит, липарит, пегматит. Содержат Si. О 2 больше 65%, 7 -8% К 2 О и Nа 2 О и только 2 -3% Са. О и Мg. О, и имеют светлую окраску. Почвы, образующиеся из кислых пород содержат гравий, песчаные частицы разного размера, поэтому имеют рыхлое сложение, хорошо обеспечены калием, но у них высокая кислотность, недостаточное количество оснований и невысокое плодородие. Основные магматические породы: базальт, габбро, дунит - содержат 40 -60 % Si. О 2, до 20 % Са. О и Мg. О, 10 -20 % Fe 2 О 3, меньше 3 % К 2 О и Nа 2 О. Имеют темную окраску. На этих продуктах выветривания формируются почвы с нейтральной и щелочной р. Н, содержат много оснований, гумуса и обладают повышенным плодородием. Магматические ГП являются почвообразующими в основном в горных областях.

стекловидная горная порода из магмы

Вулканическая горная порода

Осадочные горные породы l l образовались в результате переотлажения продуктов выветривания магматических и метаморфических пород. Почвы на большей части Земного шара сформировались на осадочных породах. по способу образования подразделяют на 3 группы: механические, химические, органогенные.

Осадочные горные породы — горные породы, возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах Образование осадочных пород

Осаждение может происходить: - механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), - химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), - биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов) В зависимости от характера осаждения осадочные горные породы разделяются на обломочные, химические и биогенные

Источником вещества для образования осадочных горных пород являются: § § § Продукты выветривания магматических, метаморфических и более древних осадочных пород, слагающих земную кору Растворённые в природных водах компоненты Газы атмосферы Продукты, возникающие при жизнедеятельности организмов Вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны)

Образование и размещение на поверхности Земли осадочных горных пород определяется главным образом климатическими и тектоническими условиями. Так, в областях гумидного климата (влажного и тёплого) образуются глинозёмистые, железистые, марганцевые породы и различные каустобиолиты; для аридных (засушливых) областей характерны отложения доломитов, гипса, галита, калийных солей, красноцветных пород; для нивальных областей (полярных и высокогорных) - продукты физического выветривания, представленные различными обломочными породами

По способу образования осадочные породы подразделяются на три основные генетические группы: § § § обломочные породы глинистые породы хемогенные, биохемогенные и биогенные породы

Классификация осадочных горных пород

Происхождение осадочных пород l l l Механические или обломочные отложения образовались при механическом измельчении различных пород. Химические осадочные породы возникают путем отложения вещества на дне водоемов из растворов в результате химических реакций или в результате выпадения солей из водных растворов в морских заливах, озерах в условиях сухого жаркого климата. Почвы, образующиеся на чистых химических осадках солей имеют низкое плодородие; а на известняках и меловых отложениях формируются плодородные почвы с высоким содержанием гумуса и благоприятными физическими свойствами. Биогенные или органогенные отложения образовались из скоплений остатков растений и животных. По составу подразделяются на: карбонатные, кремнистые, углеродистые. Имеют высокое содержание органического вещества и обладают горючестью.

Обломочные породы (брекчии, конгломераты, пески, алевриты) — грубые продукты преимущественно механического разрушения материнских пород, обычно наследующие наиболее устойчивые минеральные ассоциации последних

Обломочные горные породы Пелиты Диаметр зёрен 0, 01– 0, 005 мм Псаммиты Диаметр зёрен 0, 01– 1, 00 мм Псефиты Диаметр зёрен > 1, 0 мм Осадки Породы Пыль Лёсс Песок Песчаник Щебень Брекчии Глыбы Гравий Глина Ил Глинистые сланцы Галька Валуны Конгломераты

осадочные породы, образованные большими количествами воды

Глинистые породы — дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедшие в новые минеральные виды

Лёссовые горные породы на краю Атласских гор (в отрогах Сахарского Атласа). Внизу, в долине - оазис с преобладанием финиковых пальм. ЛЁСС — осадочная горная порода от палевого до желто -коричневого цвета, неслоистая, пористая, состоящая из сцементированной известковистой пыли.

Обнажения в Очерском районе

Хемогенные , биохемогенные и биогенные породы — продукты непосредственного осаждения из растворов (например, соли), при участии организмов (например, кремнистые породы), накопления органических вещества (например, угли) или продукты жизнедеятельности организмов (например, биогенные известняки)

ОРГАНОГЕННЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ (греч. organon — орган и genes — рождающий) — осадочные отложения, состоящие из отмерших остатков растений, животных или продуктов их жизнедеятельности Выделяют: горючие — уголь, горючий сланец; фосфориты — фосфатные ракушечники, скопления костей, гуано; карбонатные отложения — известняки, мел, ракушечники; кремнистые — диатомит, радиолярит, опока и другие

Новообразованные осадочные породы Натечные образования Соляные отложения Биогенные отложения Травертин Каменная соль (галит) Известняк Известковый туф Ангидрит Доломит Кремнистый туф Гипс Кремнистые породы Соли

Среди осадочных горных пород преобладают глинистые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы - около 50 %), песчаные (пески и песчаники) и карбонатные (известняки, доломиты и др. ) - примерно поровну, в сумме около 45 %; на остальные типы приходится менее 5 %

Химический состав осадочных горных пород отличается от пород магматических: 1) гораздо большей дифференцированностью, 2) широким диапазоном колебаний в содержании породообразующих компонентов [например, Si. O 2 изменяется от 0 (соли) до 100 % (чистые кварцевые пески), Ca. O — от долей процента (чистые каолиновые глины) до 56 % (известняки) и т. п. ], 3) повышенным содержанием воды, углекислоты, углерода органических соединений, "избыточных летучих" (S, Cl, В и др. ), 4) высокими отношениями железа окисного к закисному

Метаморфические горные породы l l образуются из магматических или осадочных пород в недрах земли под влиянием большого давления и высоких температур( гнейсы, сланцы, мрамор, кварцит). Изменяется не только внешний вид ГП , но и структура, минералогический состав. На продуктах выветривания сланцев и мрамора формируются почвы, обогащенные основаниями, с повышенным уровнем плодородия.

Метаморфические породы, или метаморфиты, формируются путем преобразования горных пород в глубинах земной коры под воздействием высоких температур и больших давлений Иногда метаморфические породы называют метаморфическими или кристаллическими сланцами

Факторами, вызывающими метаморфизм, могут быть: - близость застывающего магматического тела и связанное с этим прогревание метаморфизуемой породы, - воздействие отходящих от этого тела активных химических соединений, в первую очередь различных водных растворов (контактный метаморфизм), - или погружение породы в толщу земной коры, где на неё действуют факторы регионального метаморфизма — высокие температуры и давления

Метаморфические горные породы по составу близки к материнским осадочным или магматическим, хотя в них, в процессе перекристаллизации или метасоматоза, могут концентрироваться многие рудные элементы, создавая рудные месторождения

Метаморфические породы

вопрос 3 Почвообразующая порода — горная порода, на которой сформировалась почва и из которой образовалась минеральная часть почвы

По происхождению почвообразующие породы подразделяются на 4 типа

Вопрос 3 Генетические типы почвообразующих пород l l l l Элювий Делювий Пролювий Аллювий Озерные отложения Эоловые отложения Морские отложения Глины

Ледниковые отложения (моренные) l Флювиогляциальные пески и супеси l Покровные глины и суглинки l Лессовидные глины и суглинки l Лесс l Неоднородные породы l

ЭЛЮВИЙ (от лат. eluo — вымывать), или ЭЛЮВИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ — (в геологии) рыхлые продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте своего первоначального образования; представляет собой несортированную механическую смесь угловатых частиц и обломков пород различного размера, постепенно переходящую в коренные (материнские) породы

Элювий отличается: - отсутствием слоистости и сортировки; - накапливается на горизонтальных или слабонаклонных поверхностях, где ослаблена денудация (совокупность процессов сноса и переноса продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление)

ДЕЛЮВИЙ (от лат. delio — смываю), или ДЕЛЮВИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ — (в геологии) продукты выветривания горных пород, скопившиеся на склонах и у подошвы возвышенностей, образуются в результате размыва и переноса (плоскостного смыва) дождевыми и талыми снеговыми водами других продуктов выветривания горных пород (например, элювия) и почвенного слоя, слагающих неровности; характеризуется разнообразным составом (от глин и песков до крупных валунов) и слабой сортированностью

КОЛЛЮВИЙ (от лат. colluvio — скопление, беспорядочная груда), или КОЛЛЮВИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ — продукты выветривания горных пород, смещенные вниз по склону под действием гравитационных процессов; рыхлый обломочный материал, который образуется в областях распространения многолетнемёрзлых горных пород в результате перемещения оттаивающих и насыщенных водой продуктов выветривания с расположенных выше участков под влиянием силы тяжести и накапливается на склонах гор или у их подножий в виде осыпей, обвалов или оползней

СОЛИФЛЮКЦИОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ формируются в областях распространения вечной мерзлоты в периоды оттаивания и обводнения осыпей на склонах СОЛИФЛЮКЦИЯ (от лат. solum — почва, земля и fluctio — истечение) — медленное вязкопластическое течение оттаявших и увлажнённых тонкодисперсных составляющих почв и рыхлых глинистых грунтов. Образует на склонах специфические формы микрорельефа — валы, гряды, потоки и террасы, имеющие в плане языкообразную (параболическую) форму

МОРЕНА — несортированный обломочный материал, перемещаемый ледником в настоящий момент или уже отложенный в виде разнообразных по составу отложений — от гигантских глыб-отторженцев, имеющих поперечник до нескольких сотен метров, до глинистого материала, образующегося в результате перетирания обломков ледником при его движении

ФЛЮВИОГЛЯЦИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ (от лат. fluvius — река и glacialis — ледяной) — косослоистые отложения песков, гравия, галечников в речках и ручьях, стекающих с тающих ледников

Покровные суглинки и глины залегают на морене, не содержат валунов, неслоистые, хорошо отсортированные. Обычно желто-бурой окраски без красноватого оттенка, чаще некарбонатные (не содержащие кальция). Покровные суглинки тесно прилегают к флювиогляциальным отложениям. Наиболее вероятная гипотеза происхождения — водноледниковая. Покровные суглинки, как правило, не содержат карбонатов. Покровные суглинки имеют пористое сложение, часто образуют глубокие вертикальные трещины и поэтому обладают хорошей водопроницаемостью

ЛЁСС (от нем. Loss, диалектного losch — свободный, рыхлый) — осадочная горная порода от палевого до желто-коричневого цвета, неслоистая, пористая, состоящая из сцементированной известковистой пыли, тонкозернистого кварца и глины часто с включением «журавчиков» — конкреций углекислого кальция. Часто образует столбчатые отдельности и вертикальные обрывы. При переувлажнении проседает. Происхождение различно: эоловое, от ледниковых потоков, при мерзлотном выветривании, делювиальном процессе и другие

Лёссовидные отложения - осадочные породы, внешне напоминающие лёсс и по составу относящиеся к суглинкам и супесям; отличаются от лёсса наличием слоистости и прослоев галечников, более глинистым составом, включением раковин пресноводных моллюсков

Сыртовые иначе бурые или степные глины — аналоги лёсса на востоке Европейской России. Подобно лёссам, неслоисты, склонны к образованию отвесных обрывов и часто пористы, карбонатны, заключают нередко журавчики; по механическому составу несколько более глинисты, чем какими обычно бывают лёссы южной России. Содержат до 57 % частиц диаметром менее 0, 01 мм

ПРОЛЮВИЙ, ПРОЛЮВИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ (от лат. prolirvium — истечение, нечистоты и proluo — уношу течением) — рыхлые отложения продуктов разрушения горных пород, смываемых и выносимых по ложбинам (эрозионным бороздам) временными потоками от атмосферных осадков к подножию возвышенностей (гор). В отличие от деллювия обломочный материал менее окатан

Красноцветные отложения - комплекс осадочных горных пород, состоящий преимущественно из глин, алевролитов и песчаников с прослоями известняков и гипсов, имеющих красную окраску, обусловленную гидроокислами и окислами железа, тонкой плёнкой облекающих песчаные и глинистые частицы

АЛЛЮВИЙ, или АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ (от лат. alluvio — нанос, намыв) — отложения, формируемые, перемещаемые и откладываемые постоянными и временными водотоками в речных долинах В горных реках аллювий грубообломочный — валуны, галька, гравий, крупнозернистые пески В равнинных реках аллювий чаще всего в виде песков разной крупности, а в старицах — илы, реже глины

Озёрные отложения — осадочные образования на дне озёр современных и древних, существовавших в прошлые геологические эпохи. Относятся к континентальным отложениям, но в то же время обладают некоторыми признаками, присущими морским отложениям (хорошая сортировка материала, горизонтальная слоистость и др. ).

Древние валунно-галечниковые озерные отложения

Отличительные черты озёрных отложений: линзовидное залегание, небольшое число остатков специфической фауны и занесённых с берегов остатков растений и животных, а также тесная связь с аллювиальными и др. типами континентальных осадков

ОЗЁРНО-ЛЕДНИКОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ, ЛИМНОГЛЯЦИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ — донные осадки озёрных бассейнов, образованные талыми ледниковыми водами у края ледника или среди полей мёртвого льда. Представлены сортированными, преимущественно слоистыми, образованиями разного состава, от грубых песков (прибрежные фации) до глин. Наиболее характерны ленточные глины

Сапропель – озерные отложения

Ленточные глины - осадки озёр, расположенных близ конца материкового ледника. Для ленточных глин характерна тонкая правильная слоистость из летних и зимних слоев, сложенных соответственно более крупным (песчано-алевритовым) или более мелким (глинистым) материалом. Мощность пары слоев обычно меньше 1 мм, но иногда достигает нескольких см

Эоловые отложения — отложения, которые образуются в результате накопления принесенных ветром продуктов выветривания плотных коренных пород или рыхлых аллювиальных, озерных, морских и других отложений. Распространены главным образом в аридных областях (пески, лёссы), но встречаются и в других природных зонах.

При перемещении в ветропесчаном потоке песчинки движутся скачкообразно или перекатыванием. Во взвешенном состоянии пылеватые частицы могут подниматься с восходящими токами воздуха до 3 -6 тыс. м и переноситься на сотни и тысячи км

МОРСКИЕ ОТЛОЖЕНИЯ — донные осадки современных и древних морей Земли. Преобладают над континентальными отложениями, слагая более 75 % общего объёма осадочной оболочки материковой земной коры. Формирование морских отложений началось с появлением первых морей в архее или в ещё более отдалённом геологическом прошлом, около 3, 5– 4, 0 млрд. лет назад, и происходило в течение всей геологической истории. Ископаемые морские отложения превращены процессами диагенеза в осадочные горные породы

Морские отложения подразделяют на: - терригенные, отложенные вблизи берегов, — валуны, галька, гравий, пески, а также среди океана — различные глины; - вулканические — продукты извержения вулканов, в том числе вулканический пепел; - органогенные — обломки раковин, отмершие планктонные и бентосные организмы в виде илов — карбонатных в теплых, диатомовых в холодных морях и другие; - хемогенные — различные соли на мелководьях при жарком климате или в результате донных химических реакций; - смешанные (полигенные)

Переход породы в почву

Вопрос 4 Почвообразующие горные породы как фактор неоднородности почвенного покрова.

По свойствам, существенным для почвообразования, можно выделить четыре основные группы почвообразующих пород:

1. Тяжелые по гранулометрическому составу (суглинистые и глинистые) некарбонатные и малокарбонатные, незасоленные 2. Легкие по гранулометрическому составу (супесчаные и песчаные) некарбонатные и малокарбонатные, незасоленные; 3. Карбонатные (многокарбонатные) незасоленные, преимущественно тяжелого гранулометрического состава; 4. Засоленные, почти все в той или иной степени карбонатные и имеющие тяжелый гранулометрический состав.

В каждой из первых трех групп можно выделить подгруппы каменистых и некаменистых почвообразующих пород. В группе засоленных пород каменистость — явление редкое

Вопрос 5 Агроэкологическое значение минералогического состава почвообразующих пород.