stringtranslate.com

Рок (геология)

Гранд -Каньон , разрез в слоях осадочных пород.

В геологии горная порода (или камень ) — это любая естественная твердая масса или совокупность минералов или минералоидного вещества. Его классифицируют по входящим в его состав минералам, химическому составу и способу его образования. Горные породы образуют внешний твердый слой Земли, кору и большую часть ее внутренней части, за исключением жидкого внешнего ядра и карманов магмы в астеносфере . Изучение горных пород включает в себя несколько разделов геологии, включая петрологию и минералогию . Оно может быть ограничено горными породами, найденными на Земле, или может включать планетарную геологию , изучающую породы других небесных объектов.

Породы обычно группируют в три основные группы: магматические породы , осадочные породы и метаморфические породы . Магматические породы образуются, когда магма остывает в земной коре или лава остывает на поверхности земли или морском дне. Осадочные породы образуются в результате диагенеза и литификации отложений , которые, в свою очередь , образуются в результате выветривания , переноса и отложения существующих пород. Метаморфические породы образуются, когда существующие породы подвергаются такому высокому давлению и температуре, что они преобразуются без значительного плавления.

Человечество использовало камни со времен первых людей. В этот ранний период, называемый каменным веком , было изобретено множество каменных орудий труда. Камень затем использовался в качестве основного компонента при строительстве зданий и ранней инфраструктуры . Горное дело было разработано для добычи горных пород из Земли и получения содержащихся в них полезных ископаемых, включая металлы . Современные технологии позволили разработать новые искусственные породы и камнеподобные вещества, например бетон .

Изучать

Геология — это изучение Земли и ее компонентов, включая изучение горных пород. Петрология – это изучение характера и происхождения горных пород. Минералогия – это изучение минеральных компонентов, образующих горные породы. Изучение горных пород и их компонентов способствовало геологическому пониманию истории Земли, археологическому пониманию истории человечества, а также развитию техники и технологий в человеческом обществе. [1]

Хотя история геологии включает в себя множество теорий о горных породах и их происхождении, которые сохранялись на протяжении всей истории человечества, изучение горных пород как формальная наука развилось в XIX веке. В это время был разработан плутонизм как теория, а открытие радиоактивного распада в 1896 году позволило провести радиоуглеродное датирование горных пород. Понимание тектоники плит сложилось во второй половине 20 века. [2]

Классификация

Балансирующая скала под названием Куммакиви (буквально «странный камень» ) [3]

Горные породы состоят в основном из зерен минералов, которые представляют собой кристаллические твердые вещества, образованные из атомов, химически связанных в упорядоченную структуру. [4] : 3  Некоторые породы также содержат минералоиды , которые представляют собой твердые минералоподобные вещества, такие как вулканическое стекло , [5] : 55, 79  , не имеющее кристаллической структуры. Типы и содержание минералов в горной породе определяются способом ее образования.

Большинство горных пород содержат силикатные минералы — соединения, включающие в свою кристаллическую решетку кремнеземные тетраэдры , и составляют около одной трети всех известных видов минералов и около 95% земной коры . [6] Доля кремнезема в горных породах и минералах является основным фактором, определяющим их названия и свойства. [7]

Обнажение скалы вдоль горного ручья недалеко от Ороси , Коста-Рика .

Породы классифицируются по таким характеристикам, как минеральный и химический состав, проницаемость , текстура составляющих частиц и размер частиц . Эти физические свойства являются результатом процессов, которые сформировали горные породы. [5] С течением времени горные породы могут трансформироваться из одного типа в другой, как это описано геологической моделью, называемой циклом горных пород . В результате этого преобразования образуются три основных класса горных пород: магматические , осадочные и метаморфические .

Эти три класса подразделяются на множество групп. Однако между родственными породами нет жестких границ. При увеличении или уменьшении пропорций входящих в них минералов они проходят градации от одного к другому; Таким образом, можно проследить характерные структуры одного вида горных пород, постепенно сливающиеся со структурами другого. Следовательно, определения, принятые в названиях горных пород, просто соответствуют выбранным точкам непрерывного градуированного ряда. [8]

Вулканическая порода

Образец магматического габбро

Магматическая порода (происходит от латинского слова igneus, что означает огонь, от ignis , что означает огонь) [9] образуется в результате охлаждения и затвердевания магмы или лавы . Эта магма может образоваться в результате частичного расплавления ранее существовавших пород в мантии или коре планеты . Обычно плавление горных пород вызывается одним или несколькими из трех процессов: повышением температуры, понижением давления или изменением состава. [10] : 591–599. 

Магматические породы делятся на две основные категории:

Магмы имеют тенденцию становиться богаче кремнеземом по мере того, как они поднимаются к поверхности Земли. Этот процесс называется дифференциацией магмы . Это происходит как потому, что минералы с низким содержанием кремнезема кристаллизуются из магмы, когда она начинает остывать ( ряд реакций Боуэна ), так и потому, что магма ассимилирует часть пород земной коры, через которые она поднимается ( вмещающие породы ), а породы земной коры имеют тенденцию иметь высокое содержание кремнезема. кремнезем. Таким образом, содержание кремнезема является наиболее важным химическим критерием классификации магматических пород. [7] Следующим по важности является содержание оксидов щелочных металлов . [11]

Около 65% земной коры по объему состоит из магматических пород. Из них 66% — базальт и габбро , 16% — гранит, 17% — гранодиорит и диорит . Лишь 0,6% составляют сиениты и 0,3% — ультраосновные . Океаническая кора на 99% состоит из базальта, который представляет собой магматическую породу основного состава. Гранит и подобные ему породы, известные как гранитоиды , преобладают в континентальной коре . [12] [13]

Осадочная порода

Осадочный песчаник с полосами оксида железа

Осадочные породы образуются на поверхности земли в результате накопления и цементации фрагментов более ранних горных пород, минералов и организмов [14] или в виде химических осадков и органических наростов в воде ( седиментация ). Этот процесс приводит к осаждению и накоплению обломочных отложений (кусков породы) или органических частиц ( детрита ) или химического осаждения минералов ( эвапоритов ) из раствора . Затем твердые частицы подвергаются уплотнению и цементации при умеренных температурах и давлениях ( диагенез ). [5] : 265–280  [15] : 147–154 

Перед отложением осадки образуются в результате выветривания более ранних пород путем эрозии в районе источника и затем переносятся к месту отложения водой , ветром , льдом , движением масс или ледниками (агентами денудации ). [5] Около 7,9% земной коры по объему состоит из осадочных пород, из которых 82% составляют сланцы, а остальная часть состоит из 6% известняка и 12% песчаника и аркозов . [13] Осадочные породы часто содержат окаменелости . Осадочные породы образуются под действием силы тяжести и обычно откладываются в горизонтальных или почти горизонтальных слоях или пластах и ​​могут называться слоистыми породами. [16]

Осадки и частицы обломочных осадочных пород можно дополнительно классифицировать по размеру зерен . Мельчайшие отложения — глина , за ней следуют ил , песок и гравий . Некоторые системы включают в себя булыжники и валуны в качестве измерений. [17]

Метаморфическая порода

Metamorphic banded gneiss

Metamorphic rocks are formed by subjecting any rock type—sedimentary rock, igneous rock or another older metamorphic rock—to different temperature and pressure conditions than those in which the original rock was formed. This process is called metamorphism, meaning to "change in form". The result is a profound change in physical properties and chemistry of the stone. The original rock, known as the protolith, transforms into other mineral types or other forms of the same minerals, by recrystallization.[5] The temperatures and pressures required for this process are always higher than those found at the Earth's surface: temperatures greater than 150 to 200 °C and pressures greater than 1500 bars.[18] This occurs, for example, when continental plates collide.[19]: 31–33, 134–139  Metamorphic rocks compose 27.4% of the crust by volume.[13]

The three major classes of metamorphic rock are based upon the formation mechanism. An intrusion of magma that heats the surrounding rock causes contact metamorphism—a temperature-dominated transformation. Pressure metamorphism occurs when sediments are buried deep under the ground; pressure is dominant, and temperature plays a smaller role. This is termed burial metamorphism, and it can result in rocks such as jade. Where both heat and pressure play a role, the mechanism is termed regional metamorphism. This is typically found in mountain-building regions.[7]

Depending on the structure, metamorphic rocks are divided into two general categories. Those that possess a texture are referred to as foliated; the remainders are termed non-foliated. The name of the rock is then determined based on the types of minerals present. Schists are foliated rocks that are primarily composed of lamellar minerals such as micas. A gneiss has visible bands of differing lightness, with a common example being the granite gneiss. Other varieties of foliated rock include slates, phyllites, and mylonite. Familiar examples of non-foliated metamorphic rocks include marble, soapstone, and serpentine. This branch contains quartzite—a metamorphosed form of sandstone—and hornfels.[7]

Extraterrestrial rocks

Хотя большинство знаний о камнях исходят от жителей Земли, камни составляют многие небесные тела Вселенной. В Солнечной системе Марс , Венера и Меркурий состоят из горных пород, как и многие естественные спутники , астероиды и метеороиды . Метеориты , падающие на Землю, служат доказательством существования внеземных пород и их состава. Обычно они тяжелее камней на Земле. Астероидные породы также могут быть доставлены на Землю с помощью космических миссий, таких как миссия Хаябуса . [20] Лунные и марсианские породы также были изучены. [21]

Использование человека

Церемониальная пирамида из камней овоо из Монголии .

Использование камня оказало огромное влияние на культурное и технологическое развитие человечества. Камень использовался людьми и другими гоминидами по меньшей мере 2,5 миллиона лет . [22] Каменная технология представляет собой одну из старейших и постоянно используемых технологий. Добыча горных пород на предмет содержания в них металлов была одним из наиболее важных факторов развития человечества и в разных местах прогрессировала с разной скоростью, отчасти из-за того, какие металлы доступны из горных пород региона.

Антропный рок

Антропная порода – это синтетическая или реструктурированная порода, образовавшаяся в результате деятельности человека. Бетон считается искусственным камнем, состоящим из природных и обработанных горных пород и разрабатываемым со времен Древнего Рима . [23] Камень также можно модифицировать с помощью других веществ для создания новых форм, таких как эпоксидный гранит . [24] Также был разработан искусственный камень , например, камень Коуд . [25] Геолог Джеймс Р. Андервуд предложил антропные породы как четвертый класс горных пород наряду с магматическими, осадочными и метаморфическими. [26]

Здание

Каменный дом на холме в Састамале , Финляндия.
Приподнятая грядка из натуральных камней

Породы сильно различаются по прочности: от кварцитов , имеющих предел прочности более 300 МПа [27] , до осадочных пород, настолько мягких, что их можно раскрошить голыми пальцами (т. е. они рыхлые ). [28] (Для сравнения, конструкционная сталь имеет предел прочности около 350 МПа. [29] ) Относительно мягкая, легко обрабатываемая осадочная порода была добыта для строительства еще в 4000 году до нашей эры в Египте, [30] и камень использовался для строительства укрепления во Внутренней Монголии еще в 2800 г. до н.э. [31] Мягкая порода, туф , распространена в Италии, и римляне использовали ее для строительства многих зданий и мостов. [32] Известняк широко использовался в строительстве в средние века в Европе [33] и оставался популярным в 20 веке. [34]

Добыча

Урановый рудник Ми Вида недалеко от Моава, штат Юта

Горное дело – это добыча ценных полезных ископаемых или других геологических материалов из земли, из рудного тела, жилы или пласта . [35] Этот термин также включает удаление почвы. Добыча полезных ископаемых включает цветные металлы , драгоценные металлы , железо , уран , уголь , алмазы , известняк , горючие сланцы , каменную соль , поташ , строительный заполнитель и обмерный камень . Горное дело необходимо для получения любого материала, который нельзя вырастить с помощью сельскохозяйственных процессов или создать искусственно в лаборатории или на заводе . Горное дело в более широком смысле включает в себя добычу любого ресурса (например , нефти , природного газа , соли или даже воды ) из земли. [36]

Добыча камней и металлов ведется с доисторических времен. Современные процессы добычи полезных ископаемых включают разведку месторождений полезных ископаемых, анализ потенциальной прибыли от предлагаемого рудника, добычу желаемых материалов и, наконец, рекультивацию земли для подготовки ее для другого использования после прекращения добычи. [37]

Процессы добычи полезных ископаемых могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду как во время горных работ, так и в течение многих лет после прекращения добычи. Эти потенциальные воздействия привели к тому, что большинство стран мира приняли правила для управления негативными последствиями горнодобывающей деятельности. [38]

Инструменты

Каменные орудия использовались на протяжении миллионов лет людьми и более ранними гоминидами . Каменный век был периодом широкого использования каменных орудий. [39] Инструменты раннего каменного века представляли собой простые орудия, такие как молотки и острые отщепы. Инструменты среднего каменного века имели заостренные концы, которые можно было использовать в качестве метательных наконечников , шил или скребков . Инструменты позднего каменного века были разработаны с мастерством и ярко выраженной культурной самобытностью. [40] Каменные орудия были в значительной степени вытеснены медными и бронзовыми орудиями после развития металлургии .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Халдар, СК (2013). "Введение". Введение в минералогию и петрологию . Эльзевир Наука. стр. 1–37. ISBN 9780124167100.
  2. ^ О'Хара, Киран Д. (2018). «Структура геологических революций». Краткая история геологии (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 247–259. дои : 10.1017/9781316809990.013. ISBN 978-1-316-80999-0.
  3. ^ Куммакиви, Unusual Places.org.
  4. ^ Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780195106916.
  5. ^ abcdef Блатт, Харви; Трейси, Роберт Дж. (1996). Петрология (2-е изд.). У. Х. Фриман. ISBN 978-0-7167-2438-4.
  6. ^ Хайнен, Воутер; Олер, Джон Х. (1979). «Эволюционные аспекты биологического участия в круговороте кремнезема». В Трудингере, Пенсильвания; Суэйн, диджей (ред.). Биогеохимический круговорот минералообразующих элементов . Амстердам: Эльзевир. п. 431. ИСБН 9780080874623. Проверено 13 апреля 2020 г. .
  7. ^ abcd Wilson, Джеймс Роберт (1995), Путеводитель для коллекционеров по местам горных пород, минералов и ископаемых в Юте, Геологическая служба Юты, стр. 1–22, ISBN 978-1-55791-336-4, заархивировано из оригинала 19 ноября 2016 года.
  8. ^   Одно или несколько предыдущих предложений включают текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе :  Флетт, Джон Смит (1911). "Петрология". В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 21 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 327.
  9. ^ "" огненный, прил. "". ОЭД онлайн . Издательство Оксфордского университета. Март 2021 года . Проверено 17 апреля 2021 г.
  10. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521880060.
  11. ^ Ле Мэтр, RW; Штрекайзен, А.; Занеттин, Б.; Ле Бас, MJ; Бонин, Б.; Бейтман, П.; Беллиени, Г.; Дудек, А.; Ефремова С.; Келлер, Дж.; Ламере, Дж.; Сабина, Пенсильвания; Шмид, Р.; Соренсен, Х.; Вулли, Арканзас, ред. (2002). Магматические породы: Классификация и словарь терминов, Рекомендации Международного союза геологических наук, Подкомиссии по систематике магматических пород (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-66215-Х.
  12. ^ Конди, Кент К. (2015). Тектоника плит и эволюция земной коры (2-е изд.). Нью-Йорк: Пергамон. п. 68. ИСБН 9781483100142. Проверено 13 апреля 2020 г. .
  13. ^ abc Бухер, Курт; Виноград, Родни (2011), Петрогенез метаморфических пород, Гейдельберг: Springer, стр. 23–24, ISBN. 978-3-540-74168-8, заархивировано из оригинала 19 ноября 2016 года.
  14. ^ Гиллули, Джеймс (1959). Принципы геологии . У. Х. Фриман.
  15. ^ Боггс, Сэм (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. ISBN 0131547283.
  16. ^ Монро, Джеймс С.; Викандер, Рид (2008). Меняющаяся Земля: изучение геологии и эволюции (5-е изд.). Бельмонт, Калифорния: Брукс/Коул. п. 438. ИСБН 9780495554806. Проверено 13 апреля 2020 г. .
  17. ^ Блотт, Саймон Дж.; Пай, Кеннет (2012). «Шкалы размеров частиц и классификация типов отложений на основе распределения частиц по размерам: обзор и рекомендуемые процедуры». Седиментология . 59 (7): 2071–2096. Бибкод : 2012Седим..59.2071Б. дои : 10.1111/j.1365-3091.2012.01335.x. ISSN  0037-0746. S2CID  130084299.
  18. ^ Блатт, Харви и Роберт Дж. Трейси, Петрология , WHFreeman, 2-е изд., 1996, с. 355 ISBN 0-7167-2438-3 
  19. ^ Лилли, Роберт Дж. (2005). Парки и плиты: геология наших национальных парков, памятников и морских побережий (1-е изд.). Нью-Йорк: WW Нортон. ISBN 0393924076.
  20. ^ Квок, Сан (2013). «Камни и пыль в окрестностях планеты». Звездная пыль: космические семена жизни. Вселенная астрономов. Спрингер. стр. 11–23. дои : 10.1007/978-3-642-32802-2_2. ISBN 9783642328022.
  21. ^ Аллен, Карлтон; Олтон, Джудит; Лофгрен, Гэри; Райтер, Кевин; Золенский, Михаил (2011). «Курирование внеземных образцов НАСА - прошлое, настоящее и будущее». Геохимия . 71 (1): 1–20. Бибкод :2011ЧЭГ...71....1А. doi :10.1016/j.chemer.2010.12.003. hdl : 2060/20100042395 .
  22. ^ Уильям Хэвиленд, Дана Уолрат, Харальд Принс, Банни МакБрайд, Эволюция и предыстория: человеческий вызов , стр. 166
  23. ^ Фукс, Питер Г.; Уокер, Майк Дж. (2010). «Бетон: рукотворный камень?». Геология сегодня . 26 (2): 65–71. дои : 10.1111/j.1365-2451.2010.00748.x. S2CID  129456840.
  24. ^ МакКаун, Пенсильвания; Морган, GH (1979). «Эпоксидный гранит: конструкционный материал для прецизионных машин». Точное машиностроение . 1 (4): 227–229. дои : 10.1016/0141-6359(79)90104-1.
  25. ^ Фристоун, Ян (1 января 1991 г.). «Забыто, но не потеряно: секрет Коуд-Стоуна». Труды Ассоциации геологов . 102 (2): 135–138. Бибкод : 1991PrGA..102..135F. дои : 10.1016/S0016-7878(08)80072-7. ISSN  0016-7878.
  26. ↑ Андервуд, Джеймс Р. (1 февраля 2001 г.). «Антропные породы как четвертый основной класс». Экологические и инженерные геонауки . 7 (1): 104–110. Бибкод : 2001EEGeo...7..104U. doi :10.2113/gseegeosci.7.1.104. ISSN  1078-7275.
  27. ^ Амадей, Б. «Прочностные свойства горных пород и массивов горных пород» (PDF) . Гражданское, экологическое и архитектурное проектирование . Университет Колорадо в Боулдере . Проверено 18 апреля 2021 г.
  28. ^ Джексон, Джулия А., изд. (1997). «Рыхлый». Глоссарий геологии (Четвертое изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. ISBN 0922152349.
  29. ^ Бьорховде, Рейдар (2004). «Разработка и использование высокоэффективной стали». Журнал исследований конструкционной стали . 60 (3–5): 393–400. дои : 10.1016/S0143-974X(03)00118-4.
  30. ^ Клемм, Дитрих Д.; Клемм, Розмари (2001). «Строительные камни Древнего Египта – дар его геологии». Журнал африканских наук о Земле . 33 (3–4): 631–642. Бибкод : 2001JAfES..33..631K. дои : 10.1016/S0899-5362(01)00085-9.
  31. ^ Шелах, Гидеон; Рафаэль, Кейт; Яффе, Ицхак (2011). «Саньцзодянь: строение, функции и социальное значение древнейших каменных укреплений Китая». Античность . 85 (327): 11–26. дои : 10.1017/S0003598X00067405. S2CID  163488276.
  32. ^ Джексон, доктор медицины; Марра, Ф.; Хэй, РЛ; Кавуд, К.; Винклер, Э.М. (2005). «Разумный выбор и сохранение строительного камня туфа и травертина в Древнем Риме *». Археометрия . 47 (3): 485–510. дои : 10.1111/j.1475-4754.2005.00215.x .
  33. ^ Ашерст, Джон; Даймс, Фрэнсис Г. (1998). Консервация строительного и декоративного камня. Баттерворт-Хайнеманн. п. 117. ИСБН 978-0-7506-3898-2.
  34. ^ «Добро пожаловать в Известняковый город». Архивировано из оригинала 20 февраля 2008 года . Проверено 13 февраля 2008 г.
  35. ↑ Гаджул, Шекхар (28 июля 2018 г.). «Рынок оборудования для подземных горных работ в 2017 году, глобальные ключевые игроки, доля, проблемы, размер отрасли, возможности роста и прогноз до 2021 года». Журналистская книга . Архивировано из оригинала 28 июля 2018 года . Проверено 28 июля 2018 г.
  36. ^ Ботин, Дж. А., изд. (2009). Устойчивое управление горнодобывающими операциями . Денвер, Колорадо: Общество горнодобывающей промышленности, металлургии и геологоразведки. ISBN 978-0-87335-267-3.
  37. ^ Уилсон, Артур (1996). Живой камень: история металлов с древнейших времен и их влияние на развитие цивилизации . Кембридж, Англия: Издательство Woodhead . ISBN 978-1-85573-301-5.
  38. ^ Терраскоп. «Экологические риски горного дела». Будущее стратегических природных ресурсов . Кембридж, Массачусетс: Массачусетский технологический институт . Архивировано из оригинала 20 сентября 2014 года . Проверено 10 сентября 2014 г.
  39. ^ «Выявлено старейшее использование инструментов и мясоедение | Музей естественной истории» . 18 августа 2010 г. Архивировано из оригинала 18 августа 2010 г.
  40. ^ «Каменные инструменты». Программа Смитсоновского института «Происхождение человека» . Смитсоновский институт. 29 июня 2022 г. Проверено 9 августа 2022 г.

Внешние ссылки