Чтение онлайн

Образование месторождений из магматического очага

Схема образования гидротермальных месторождений

Соединения более прочные и устойчивые, а также образовавшиеся из элементов, имеющихся в большом количестве, выкристаллизовались первыми. Они составили основную массу горных пород. По мере остывания магмы начинали кристаллизоваться и другие минералы, располагаясь между кристаллами основной породы, формируя в них причудливые прорастания, вкрапленности. В процессе образования минералов их кристаллическая решетка часто захватывала в качестве примесей несвойственные данному минералу элементы.

Тяжелые сульфиды железа (пирит и пирротин), меди (халькозин и халькопирит), свинца (галенит), мышьяка (арсенопирит), цинка (сфалерит), кристаллизуясь из расплавленной магмы, опускались вниз, создавая скопления, ставшие впоследствии полиметаллическими рудами. После затвердевания основной части магмы оставшиеся в пей жидкие соединения выжимались из твердой породы к периферии. Так рождались, например, окислы железа и хрома — руды черных металлов.

Когда рудные минералы кристаллизуются раньше силикатов, образуются раннемагматические месторождения, такие, как руды хрома и платиноидов Урала, алмазоносные кимберлиты Якутии. Если отделение рудного расплава от силикатного происходит в жидком состоянии (как в металлургической печи, как бы образуя шлак и штейп), то формируются ликвационные месторождения. К ним относятся медно-никелевые руды Кольского полуострова и Таймыра. Если расплав рудных минералов внедряется в уже застывшие силикаты, заполняя полости и трещины, образуются позднемагматические месторождения, такие, как апатито-нефелиновые на Кольском полуострове и титаиомагнетитовые на Урале.

Эта простая схема рождения руд часто нарушается потоками огнедышащей магмы, которые расплавляют уже застывшие породы, перемешивают их, приносят новые «порции» химических элементов, меняют температуру, а в связи с ней давление и другие условия образования минералов. Рядом со старыми возникают новые соединения, иногда за счет распада старых.

Но и прочно застывшую земную кору магма не оставляет в покое. Она раскалывает ее, врывается в трещины и иногда выплескивается на поверхность в виде лавы вулканов. Воздымания и опускания земной коры приводят к перемещению и перемешиванию горных пород и рудных тел. По трещинам земной коры горячая магма гонит пары и растворы. Они также несут различные элементы, образующие рудные жилы, линзы и т. п. Так рождаются руды, олова, вольфрама, молибдена, бериллия, лития, висмута, ртути, никеля и многие другие.

В соответствии с растворимостью компонентов в воде при различных значениях температуры и давления образуются гидротермальные месторождения. Существенное влияние на растворимость оказывают. кислотность (pH) раствора, присутствие солей, особенно NaCl и Na2CO3, а также коллоидные образования. Большинство металлов находится в растворах в виде сложных комплексных соединений.

Внутреннее давление растворов больше внешнего, и растворы движутся к поверхности Земли по различным тектоническим нарушениям — трещинам, зонам контактов. По мере удаления от магматического очага температура понижается и происходит выпадение минералов из гидротермальных растворов. Падение температуры, снижение давления, смена химических условий среды, ветрена гидротерм с подземными водами, реакции с вмещающими породами приводят к выделению минералов из водных растворов.

Высокотемпературные (500–300 °C) гидротермальные минеральные образования располагаются ближе к материнскому магматическому очагу. В телах магмы, внедрившейся в гранитный массив, — интрузиях — располагаются гидротермальные жилы с вольфрамитом, касситеритом, молибденитом, на контактах интрузий с вмещающими породами и даже проникая в них — жилы с сульфидами меди, никеля, свинца, цинка, серебра, затем сурьмы и ртути.

Среднетемпературные гидротермальные месторождения образуются при значениях температуры 300–200 °C на различных глубинах, а также в приповерхностных условиях. В рудообразовании принимают участие газы H2S, СО2, F. Эти месторождения имеют большое практическое значение. Из них добывают основную массу цветных металлов (медь, свинец, цинк), значительную часть молибдена и олова, большую часть золота и серебра, урановые руды, а также асбест, магнетит, горный хрусталь, значительную часть плавикового шпата.

Низкотемпературные гидротермальные месторождения образуются при значениях температуры 200–50 °C. Из этих месторождений добывают золото, серебро, ртуть, сурьму, исландский шпат, алунит и барит.

Изменчивы и многообразны процессы, происходящие в результате остывания магмы. Они создают тысячи видов минералов — от единичных драгоценных кристаллов аквамаринов и изумрудов до бесчисленных песчинок кварца. Но этим не заканчивается образование руд и минералов. На поверхности Земли ветер, вода, колебания температуры разрушают образовавшиеся в земной коре минералы и создают новые. Здесь идет «испытание» химических соединений на устойчивость к окислению, растворению, колебаниям температуры. Самые стойкие образуют россыпи. Благородное золото, окись титана (рутил), силикат циркония (циркон) вместе с песчинками кварца собираются в долинах рек и на берегах морей.

На дно морей и озер выпадают мел и известняк (минералы кальция), соли калия, натрия и магния, окислы железа, частички глины. Из них формируются руды солей, известняка, огнеупоров, железа и алюминия. Погребенные под слоем земли остатки растений и животных образуют пласты угля и нефти.

Все эти месторождения могут вновь опуститься в недра Земли и там подвергнуться новым воздействиям магмы, а могут подняться на вершины гор.

Распространенность элементов в земной коре в некотором роде характеризует их «дефицитность». Главными считают химические элементы, присутствующие в природных образованиях в количестве свыше 1 %, второстепенными — 0,1–1 %, микроэлементами — прочие, распространенность которых менее 0,1 %.

Существует классификация элементов по химическому сродству. Наибольшее число элементов литосферы, имеющих химическое сродство к кислороду, образует группу оксифильных. Эта группа включает главные элементы литосферы, являясь основой вещества земной коры (подгруппа литофильных элементов): О, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, К. Часть оксифилов, имеющих тенденцию накапливаться вместе с железом, выделяется в подгруппу сидерофильных элементов: Fe, Ni, V.

Группа сульфофильных объединяет элементы, имеющие повышенное химическое сродство к сере: Си, Zn, As, Mo, Pb, Bi. Эти элементы присутствуют главным образом в виде сульфидов, имея тенденцию накапливаться вместе с серой в сульфидных месторождениях. Отдельную группу составляют благородные металлы, включающие платиноиды, серебро и золото, которые встречаются в природе преимущественно в самородном виде.

Распространенность элементов в земной коре

Микроэлементы трех перечисленных групп делятся на минералогеипые и рассеянные. Минералогенпые элементы (например, тантал, бериллий, селен, теллур и др.) даже в случае ничтожного среднего содержания их в земной коре образуют большое число собственных минералов. Часть атомов минералогенных микроэлементов находится и в рассеянном состоянии, присутствуя в виде примесей в кристаллических структурах других минералов.

Рассеянные элементы либо совсем не образуют собственных минералов, присутствуя в структурах минералов других элементов в виде изоморфной примеси, либо образуют минералы, встречающиеся в природе чрезвычайно редко. Рассеянное состояние является следствием близости размеров и химических свойств их атомов и ионов к какому-либо из широко распространенных элементов, Типичными парами являются алюминий — галлий, калий-рубидий, кремний — германий, цирконий — гафний. Некоторые рассеянные элементы благодаря особенностям строения их атомов имеют двойственную природу и могут рассеиваться как в кислородных соединениях, так и в сульфидах (галлий, германий и таллий).

Гидрофильные элементы характерны для гидросферах и в большинстве своем составляют анионную часть химических соединений, присутствующих в водных растворах. Элементы атмосферы и газовой составляющей твердой литосферы образуют группу атмофильных элементов, большая часть которой представлена благородными газами.

Химические элементы в горных породах распределены неравномерно. Отклонения содержания от среднего в сторону уменьшения характеризуют рассеяние элемента, а отклонения в сторону увеличения — его концентрации Процессы рассеяния и концентрации химических элементов в земной коре осуществляются в результате миграции атомов под воздействием внутренних сил Земли, определяющих формирование коры земного шара, — эндогенные процессы миграции, или внешних сил, возникающих на поверхности Земли при взаимодействии литосферы, атмосферы и гидросферы, — экзогенные и гипергенные процессы миграции.