/
Author: Лебедев А. Лебединский В.
Tags: палеонтология археологические исследования академия наук ссср издательство наука петрография
Year: 1968
Text
АКАДЕМИЯ
НАУК
СССР
ШИРЕ, СМЕЛЕЕ ДОРОГУ КАМНЮ В
НАУКУ И ТЕХНИКУ, В ИСКУССТВО,
АРХИТЕКТУРУ И САМУЮ ЖИЗНЬ —
ЖИЗНЬ ЯРКУЮ, КРАСОЧНУЮ,
ПОЛНУЮ ТРУДА И ТВОРЧЕСТВА.
Академик А. Е. ФЕРСМАН
A. П. ЛЕБЕДЕВ,
B. И. ЛЕБЕДИНСКИЙ
ПОПУЛЯРНАЯ
ПЕТРОГРАФИЯ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
Москва 1968
Scan+DjVu: AlVaKo
27/10/2023
В этой книге рассказывается об интересной и
увлекательной науке петрографии, изучающей
разнообразные горные породы. Читатель познакомится с
работой петрографа в экспедиционных условиях и в
лаборатории, с характерными свойствами многих горных
пород и занимательными историями. Узнает он и об
искусственном камне, известном человеку еще с
доисторического времени. Заключительные главы посвящены
прикладному значению камня — применению в
искусстве, архитектуре и строительстве. Книга показывает,
как помогает петрография человеку в его практической
деятельности. Книга хорошо иллюстрирована,
рассчитана на широкие круги читателей, не имеющих
геологической подготовки. Вместе с тем по новизне материала
и характеру изложения она представляет интерес и для
специалистов.
2-9-3
32-68бшл
I.
В МИРЕ КАМНЯ
Что несут с собой воды Терека!
Шумит бурный Терек в Мрачном узком ущелье. Пенистая
масса с ревом мчится в скалистой теснине, следуя
капризным поворотам русла, подмывая и разрушая обрывистые
утесы, и вдруг разливается в реку, выходя из ущелья в
расширенную часть долины. На протяжении 50 км от
главного водораздела Кавказского хребта до его северных пред-
горьев Терек прорезает несколько скалистых, высоких гряд,
образующих северный склон хребта, и выносит на
предгорную равнину груду каменных обломков, откладывая их
в виде бесчисленных галек и валунов.
Внимательно вглядевшись в эти валуны и гальку,
рассыпанные на большой площади предгорной равнины,
изумляешься огромному разнообразию горных пород и
минералов, из которых состоят эти камни.
Чего только среди них нет! Красные крупнозернистые
граниты и пегматиты, темные плотные диабазы, белые
плотные известняки и мергели, темно-бурые кварциты,
слюдяные сланцы, искрящиеся на солнце, и множество
других пород. Одни породы совершенно однородны по
своему внешнему виду — массивные, равномерно окрашенные,
другие обладают пестрой окраской, пятнистые, нередко с
отдельными крупными, как их называют, порфировыми
выделениями некоторых минералов на фоне плотной
мелкозернистой массы; одни очень тяжелы, другие, наоборот,
кажутся легкими и т. д.
Однако тщательное изучение этого разнообразного
материала, в котором, на первый взгляд, нельзя встретить
двух совершенно одинаковых камней, показывает, что
здесь все же есть и свой порядок, и свои закономерности.
Если попытаться проследить состав гальки и валунов
по долине Терека, то мы увидим, что на разных участках
он неодинаков. Так, в самых верховьях реки, среди речных
валунов и гальки преобладают обломки вулканических по-
5
род и глинистых и аспидных сланцев, ниже Дарьяльского
ущелья — серые крупнозернистые граниты и гнейсы.
Валуны тянутся и далее, но ниже по течению к ним
начинают присоединяться белые известняки и мергели.
Рассматривая состав каменного материала,
вынесенного Тереком с северного склона Главного Кавказского
хребта и отложившегося в его предгорьях, русле реки и на ее
террасах, можно найти представителей всех горных пород
этой части хребта.
Наиболее распространены, пожалуй, обломки гранитов
и близких к ним по составу диоритов. Граниты дают
крепкие, хорошо окатанные обломки (валуны, глыбы, гальку).
Строение, этих пород кристаллически-зернистое, т. е. они
состоят из тесно соприкасающихся между собой зерен или
кристаллов небольшого числа минералов — кварца,
полевого шпата, слюды. К этой же группе могут быть отнесены
и черные мелкозернистые диабазы. Их равномернозернис-
тое строение, правильная огранка большинства кристаллов,
в особенности крупных, способ залегания свидетельствуют
о том, что породы образовались скорее всего путем
застывания и кристаллизации первоначально расплавленной
массы, или магмы, похожей на жидкую вулканическую
лаву. Поэтому данные породы относят к группе пород
изверженных, или магматических.
К той же группе можно отнести и более плотные и
мелкозернистые породы, темно-красные или буроватые, часто
с мелкими вкрапленниками белого полевого шпата —
андезиты. Они происходят за счет разрушения пород мощных
лавовых потоков, некогда стекавших со склонов древнего
Казбегского вулканического массива, вблизи селений Сио-
ии и Казбеги (рис. 1).
Отчетливо выделяются и породы другой естественной
группы, обладающие совсем иными характерными
признаками. Легкие на вес, часто мягкие или рыхловатые, они
имеют слоистое или сланцеватое строение. Коренные
выходы этих пород находятся в наиболее низких горных
цепях северного склона Главного Кавказского хребта и
отчасти в средней части долины Терека, вблизи селения
Казбеги. В естественном залегании породы образуют слои
или целые пачки слоев, обычно прослеживающиеся на
большие расстояния. Они содержат местами отпечатки
древних растений и морских раковин. По совокупности
всех этих признаков данные породы могут быть отнесены
6
Рис. 1. Уступ потока андезитовой лавы из Казбегского вулканического массива
(Фото А. П. Лебедева)
к группе пород осадочных, образовавшихся первоначально
на дне моря или других водных бассейнов за счет
переносимого водой мелкообломочного или растворенного в ней
материала, в дальнейшем подвергшегося уплотнению и
цементации. Именно из этих пород состоят гальки
песчаников, глинистых сланцев, мергелей, известняков,
накапливающихся в русле и по берегам Терека, в особенности
после выхода его из гор на равнину.
Обычно этим не исчерпывается разнообразие горных
пород. Можно выделить еще одну группу, которая как бы
соединяет в себе признаки перечисленных групп. По
слоистости или сланцеватости, выраженной постоянно, и
сравнительно небольшой плотности эти породы похожи на
осадочные; по твердости (более высокой, чем у осадочных:
пород), местами по ясно выраженному кристаллически-
зернистому строению — на породы (изверженные.
Прослеживая геологический разрез по долине Терека, можно
встретить их коренные выходы в высокогорной части
хребта в полосе, примыкающей к массиву дарьяльских
гранитов. Такие горные породы, совмещающие в себе признаки
7
пород различного происхождения, относят к
метаморфическим.
Они не являются продуктом осаждения из морской
воды, не несут признаков кристаллизации их из магмы.
Долгое время их происхождение оставалось загадкой и
толковалось по-разному. Лишь после многолетнего изуче-
пия геологи пришли к заключению, что данные породы
являются по своему происхождению не первичными,
а вторичными. Получились они в результате длительной
переработки пород осадочных (по преимуществу) или
пород изверженных (в меньшем количестве), происходившей
под влиянием высокой температуры и повышенного
давления в особых условиях, возможно, на значительной
глубине под земной поверхностью.
Геологические наблюдения дают возможность судить о
соотношениях всех этих пород в природе. Плотные
кристаллические породы (магматические и метаморфические)
залегают в центральной, самой древней части хребта и
отчасти встречаются и на его северном склоне. Осадочные и
вулканические породы, слагающие толщи северных
отрогов хребта, более молодые по возрасту, налегают на
породы древнего кристаллического «ядра» Кавказа.
Подробным изучением горных пород с помощью
специальных методов, а также обычного полевого
геологического исследования занимается наука о камне —
петрография, которая дает возможность полнее раскрыть
геологическую историю того или иного района.
На порогах Нижней Тунгуски
Перенесемся мысленно в область Средне-Сибирского
плоскогорья, в междуречье Енисея и Лены. Медленно движется
лодка с геологами вниз по течению широкой и спокойной
Нижней Тунгуски. Бесконечно тянутся однообразные
низкие берега, заросшие лиственничной тайгой, прерываемые
кое-где выступами скалистых обнажений, круто
вздымающихся над уровнем реки на 20—30, а порой до сотни
метров. Повсюду наблюдается одна и та же картина.
В нижней части склонов по большей части видны буров а*
тые или серые выходы рыхлых песчаников и туфов,
иногда слабо уплотненных глинистых сланцев или известняков,
образующих однообразные по мощности, почти горизон-
8
Рис. 2. Обрыв пластового тела траппов в бассейне реки Оленек
(Фото А. П. Лебедева)
тально лежащие пласты; в верхних частях склонов видны
пласты черных твердых пород, круто обрывающихся в
сторону реки, часто с характерной столбчатой отдельностью,
напоминающей издали крепостную стену (рис. 2).
Но вот неторопливое течение реки внезапно резко
ускоряется. Под дном лодки начинает кипеть и бурлить вода,
быстрее бегут камни; реку перегораживают черные
обтертые валуны или целые утесы, торчащие из воды. Это те же
траппы или долериты. Лодка начинает нестись с
угрожающей быстротой (рис. 3). Но пройден порог, или шивера
по-местному, и снова на десятки километров тянутся
низкие заболоченные берега (рис. 4) или же однообразные
низкие выходы осадочных пород, лишь местами
увенчанные «броней» из траппов. На этом участке, типичном по
своим особенностям для всей огромной, но очень
однообразной по рельефу и геологическому строению территории,
так называемой Сибирской платформы, занимающей меж-
9
Рис. 3. Спуск петрографического отряда на резиновой лодке по порожистой реке
Вилюкан
(Фото А. П. Лебедева)
Рис. 4. Заболоченные берега Вилюя с крупноглыбоюй россыпью траппов
(Фото А. П, Лебедем}
дуречье Енисея и Лены, мы встречаемся с резко
контрастным сочетанием двух типов пород: осадочных —
песчаников, туфов, глинистых сланцев, известняков, слагающих
низкие, полого опускающиеся к реке берега, и
магматических — траппов, долеритов, базальтов, резко
отличающихся своей твердостью и устойчивостью. В верхних частях
склонов траппы обычно образуют мощные горизонтальные
тела (силлы), а в нижних частях и в русле реки, кроме
того, и вертикальные тела (дайки или жилы), часто
соединяющиеся с вышележащими силлами траппов. Именно
эти жилы и дайки траппов служат, благодаря их
исключительной твердости, причиной образования порогов.
От Белого моря до Средней Азии
Обратимся еще к одному району нашей страны —
Крайнему Северу. Выйдем на берег Белого моря в Карелии,
вблизи Кандалакшского залива, или в районе Чупинской
губы. Гладкие, отполированные морем береговые скалы,
лишь местами прикрытые скудным лишайниковым
покровом, образуют, как сказал бы геолог, «идеальные»
обнажения или разрезы. Это означает, что здесь нередко на
протяжении многих километров удается наблюдать почти
беспрерывные выходы коренных пород, которые в
большинстве других мест обычно закрыты почвой, болотами,
растительным покровом и т. д.
Скалы, обнаженные здесь, сложены другим типом
пород, мало похожим на те, которые упоминались выше. Эти
породы — твердые, с ясно выраженным кристаллическим
строением, но в то же время с хорошо заметной
слоистостью, то тонкой, то более грубой, напоминающей
слоистость осадочных пород. Породы эти в большинстве своем
относятся к породам метаморфическим — гнейсам,
кристаллическим сланцам и др. В большом количестве
встречаются здесь также жилы и слои черных /тяжелых
амфиболитов, тоже пород метаморфических, но получившихся
за счет изменения не осадочных, а древних вулканических
пород — лав и туфов. Если проехать немного далее, в
сторону Онежского озера, то в пределах южной Карелии
можно встретить среди метаморфических толщ еще и другие
их разновидности — крепчайшие темно-серые или розовые
кварциты, светло-серые или белые мраморы, представля-
11
ющие собой бывшие осадочные породы — песчаники и
известняки.
Отсюда следует, что Карелия и Кольский полуостров
принадлежат к числу очень древних участков земной коры.
Все, некогда отлагавшиеся здесь осадки успели
превратиться в метаморфические породы. В пользу подобного
предположения говорит и тот факт, что в этих породах
наряду с породами, сохранившими наибольшее сходство
с осадочными — кварцитами и известняками, совершенно
отсутствуют следы органического мира — отпечатки
растений, раковин и т. д. Жизни, следовательно, тогда еще
не существовало.
Эти области нашей страны — Карелия и Кольский
полуостров — вместе с Финляндией и частью Швеции входят
в состав одного из древнейших участков, или «блоков»,
земной коры, так называемого Балтийского щита.
Новейшие исследования, проведенные на основании изучения
состава радиоактивных изотопов советским ученым
Э. К. Герлингом, показали, что возраст пород здесь
составляет не менее 4—5 млрд. лет, а по некоторым данным —
даже еще много больше.
Возвращаясь к петрографическому составу горных
пород, можно сделать вывод, что в данном случае мы
встретились с совершенно иным типом горных пород. В
качестве примера можно было бы привести массу других
областей с различным петрографическим строением, но мы
остановимся еще только на одном.
Средний Урал. На протяжении свыше тысячи
километров, от Качканара и Нижнего Тагила на севере до Злато-,
уста и Челябинска на юге, среди лесистых холмов и
живописных озер разбросано множество больших и маленьких
рудников, в которых в течение уже многих десятилетий,
а кое-где еще с допетровских времен добываются руды
металлов, составляющих неоценимое богатство Урала,— медь,
золото, платина, железо, титан, хром и др. Если
присмотреться к расположению этих рудников на Урале и
сопоставить их с площадями распространения горных пород
различного состава, то легко убедиться в существовании
тесной связи между составом пород и составом руд
различных месторождений. Например, почти все медные рудники
Урала находятся в пределах одной и той же узкой полосы,
сложенной так называемыми зеленокаменными породами
первоначально вулканического происхождения, превра-
12
щенными впоследствии в характерную метаморфическую
породу, богатую хлоритом и роговой обманкой.
Другая группа месторождений расположена
преимущественно в полосе развития пород совершенно иного
состава — габбро и перидотитов, образующих массивы так
называемого платиноносного пояса Среднего Урала. Это
породы глубинные, застывшие из расплавленной магмы
(по представлениям большинства ученых) под большим
давлением, богатые железом, магнием и кальцием и
бедные щелочными металлами — натрием и калием, а также
кремнеземом.
Пояс основных пород простирается и далее на север,
вплоть до Баренцева моря, под которое он, по всей
вероятности, и погружается. В этой части пояса пока еще
известно мало крупных рудных месторождений. Однако,
учитывая ее сходство с массивами основных пород на
Северном и Среднем Урале, геологи вправе и здесь
рассчитывать на находки в будущем крупных месторождений.
Итак, Урал — это область распространения
магматических горных пород основного и ультраосновного состава.
Подробное изучение этих пород помогает
практикам-геолагам открывать новые залежи тяжелых металлов.
Наиболее широко распространены на земной
поверхности породы осадочного происхождения. Они встречаются
почти на всех континентах, и, следовательно, можно
считать, что огромная часть земной поверхности за свою
геологическую историю находилась под водой и
представляла морское дно. Однако далеко не везде сохранился
покров осадочных пород. Чем раньше они здесь
отлагались, тем больше подвергались разрушению после
поднятия морского дна. Опустившись на значительную глубину,
породы превращались >в метаморфические. Лишь на
равнинах (области Русской, Сибирской, СевероАмериканской
платформ, Прикаспийской и Причерноморской впадин)
они сохранились от разрушения наилучшим образом.
В этих местах мощность осадочных отложений достигает
нескольких тысяч метров, а сами они почти не
изменились.
Значительно менее распространены породы
магматические. Наибольшее количество встречается в пределах
складчатых горных цепей, как молодых, так и
сравнительно более древних. Состав и положение этих пород весьма
разнообразны. По составу преобладают граниты и их раз-
13
ности, образующие большие тела или массивы, например
древние складчатые хребты Сибири, Урала, Тянь-Шаня,
пронизанные многочисленными массивами гранитов и
других изверженных пород. К этим же участкам земной коры,
как правило, приурочены породы древних и современных
вулканов. Вулканические лавы и туфы преобладают в
древних цепях Уральского хребта, Алтая, Саян и т. д., а также
в цепях более молодого возраста на Кавказе, в Карпатах,
в хребте Сихотэ-Алинь на Дальнем Востоке.
Метаморфические породы встречаются
преимущественно в древних, внутренних частях материков, образуя так
называемые щиты, или древние массивы, вокруг которых
залегают все более молодые отложения. Такие щиты
имеются в Европе (Балтийский, Украинский щиты), в Азии
(Алданский щит, древние массивы Казахстана, Западного
Китая, Северной Индии), в Канаде и других странах.
Везде эти породы представлены главным образом гнейсами,
сланцами и мигматитами, в меньшей степени —
мраморами, кварцитами. Общее количество метаморфических
пород, обнажающихся на земной поверхности, невелико.
Говоря о распространении разных типов горных пород
на Земле, интересно отметить еще одно важное
обстоятельство, которое относится только к породам магматическим.
Оно заключается в том, что для каждого района типично
развитие таких магматических пород, которые имеют
определенные особенности в своем химическом составе.
Например, магматические породы некоторых районов
Кольского полуострова — Хибинские, Ловозерские тундры —
исключительно богаты щелочами, а также титаном,
алюминием, цирконием. Граниты и близкие к ним породы
Центрального Казахстана нередко содержат повышенное
(по сравнению со средним типом изверженной породы
данного состава) количество молибдена. Базальтовым лавам
в одних провинциях присуще несколько повышенное
содержание калия, в других — алюминия и т. д.
Таковы некоторые общие данные о распространении
главных типов горных пород на земной поверхности. А что
же происходит на некоторой глубине под земной
поверхностью, скажем на уровне 8—10 км? Сохраняется ли там
такой же состав и такое же соотношение между
отдельными типами горных пород, как на поверхности?
Точными сведениями о составе внутренних частей
Земли геологическая наука еще не располагает. Человек мо-
14
Жет проникнуть в недра своей планеты с помощью буровых
скважин лишь на сравнительно небольшую глубину —
6—7 км.
Некоторой информацией о составе земных недр
располагают геофизика и геохимия. Используя методы этих наук,
удается получить сведения о некоторых физических
свойствах вещества внутренних слоев Земли, которые можно
сопоставить со свойствами обычных горных пород. В
результате этих исследований установлено, что осадочные
пароды на глубине более 3—4 км уже почти отсутствуют,
а метаморфические породы, наоборот, уходят гораздо
глубже и играют большую роль в строении земной коры,
во всяком случае до глубин порядка нескольких десятков
километров. Однако основные породы, составляющие
внутренние слои земной коры,— магматические. Ближе к
поверхности размещаются преимущественно породы
кислые — граниты и сходные с ними, далее вглубь — породы
более тяжелые, богатые тяжелыми металлами, но бедные
кремнеземом,— основные и ультраосновные. Ниже 50—
60 км, по-видимому, исключительно преобладают
ультраосновные породы (ультрабазиты), почти не содержащие
кальция, алюминия и щелочей.
Но петрография интересуется, однако, не только теми
горными породами, которые можно встретить в
естественных обнажениях, шахте или в керне буровой скважины.
Существует немало каменных материалов, возникших; при
участии человека, которые своим составом напоминают
горные породы. Сюда относятся шлаки, получаемые при
металлургических процессах, бетон, кирпич, стекло и
некоторые другие вещества. Трудами советских петрографов,
в особенности академика Д. С. Белянкина, было создано
целое научное направление — техническая петрография,—
призванное исследовать эти вещества.
Изучение искусственных горных пород, как оказалось,
может принести много пользы науке и практике. Зная
условия образования некоторых искусственных продуктов,
можно представить, как возникают естественные горные
породы. Искусственным путем можно получить породу с
нужными человеку свойствами — плотностью, твердостью,
огнеупорностью и т. д.
Таким образом, поле деятельности петрографии
достаточно велико, и результаты ее используются в различных
областях науки и техники.
II.
ПУТЕШЕСТВИЕ В ГЛУБЬ ВЕЩЕСТВА
У людей, незнакомых с геологией, первые встречи с
горными породами обычно происходят в музеях. Там в
застекленных витринах разложены образцы разнообразных
горных пород. Даже внешне они не похожи друг на друга,
не все привлекают взор, но зато у всех очень интересная
и нередко сложная история.
Увлекательна и в то же время трудна работа человека,
изучающего камни. Она начинается в далеких
экспедициях, глухой тайге, болотистых тундрах, высоких горах
(рис. 5), на морском берегу или-в знойной пустыне.
Повсюду, в самых недоступных уголках можно встретиться
с петрографом. Он, как следопыт, читает историю камня и
прошлое Земли. Огромны страницы каменной книги
Природы. И нет для петрографа свидетеля надежнее самою
камня.
Экспедиционные работы дают исходный материал для
будущих детальных исследований. В горах и пустыне —
is бескрайней природной лаборатории, или, как говорят
геологи, в поле,— петрограф тщательно и терпеливо
исследует всю территорию, чтобы выяснить, как распределяются
различные горные породы. Ведь одни из них занимают
огромные пространства, другие встречаются только на
небольших участках. Надо выяснить, какой формы тела
образуют горные породы. Найти среди них пласты и линзы,
жилообразные внедрения застывшей магмы по трещинам и
огромные массивы дород, образовавшиеся путем
застывания магмы на глубине. В древнейших слоях Земли
необходимо узнать горные породы, совершенно измененные после
своего рождения, изучить их соотношения — одни
окажутся более древними, другие моложе. Предстоит подумать
также и о значении горных пород в народном хозяйстве.
Например, глина, гранит, известняк и доломит могут
прямо использоваться в строительстве и промышленности, дру-
16
гие привлекут внимание геологов-разведчиков как
указатели на связанные с ними руды.
У петрографов есть свое «вооружение». Не обойтись
ему без карты местности, геологического молотка, лупы,
горного компаса, набора химических реактивов и, конечно,
записной книжки. Лупа помогает установить состав и
строение мелкозернистых пород, с помощью горного
компаса определяется положение горных пород в пространстве,
или, как говорят геологи, их залегание. Набор химических
реактивов служит для определения химического состава
некоторых горных пород.
А для того чтобы узнать о горных породах, залегающих
в глубинах Земли, петрографу приходится обращаться к
буровым станкам; с их помощью из глубины 5—6 км
поднимают образцы горных пород. Если же нужно «заглянуть»
на еще большие глубины, измеряемые десятками
километров, приходится обращаться за помощью к собратьям по
специальности — геофизикам. С помощью «умных»
приборов геофизики определяют физические свойства
каменного материала в глубинах Земли — плотность, магнит-
ность, радиоактивность и т. д. Правда, эти данные не всегда
позволяют точно сказать, что за породы залегают на
глубине, однако они очень полезны и дают представление о
свойствах каменного вещества, таящегося в недрах Земли.
Но вот половые работы закончены, выяснено
геологическое строение района, составлены геологические карты
и разрезы, на которых условными значками и красками
обозначены разные горные породы. Собрана большая
коллекция образцов горных пород — неоценимый источник
данных для будущих детальных исследований камня.
По возвращении из экспедиции геологи должны
подробно изучить привезенные образцы пород, полезных
ископаемых и окаменелости 1. Ведь непосредственно на месте,
где нашли горную породу, изучить ее трудно. Для этого
в поле недостаточно времени, и, главное, под рукой нет
специальных приборов и лабораторий, в которых можно
исследовать все интересующие нас свойства горных пород,
определить их состав, возраст и т. д.
Закончив экспедиционные работы, геолог-петрограф
возвращается в институт, музей или на базу геологической
1 Окаменелости — в точном смысле слова минерализованные животные
и растения, а чаще их части, сохранившиеся в ископаемом состоянии.
К окаменелостям также относят отпечатки организмов и следы их дви-
2 Популярная петрография
17
Рис. 5. В скалистых обрывах Кара-Дага хорошо видны горные породы. Крым
(Фото В. И. Лебединского)
партии, чтобы продолжить изучение камня. Прежде всего
под микроскопом исследуют минералогический состав
горных пород. Возраст пород определяют по
сохранившимся в них окаменелостям, а если они «немые», т. е. не
содержат остатков ископаемых организмов, возраст
устанавливается при помощи радиоактивных элементов, в
небольших количествах содержащихся почти в каждой
горной породе. Таким путем, используя сложнейшее
лабораторное оборудование, петрограф совершает свое
путешествие в глубь вещества.
Как же все это происходит? Один из наиболее широко
применяемых и надежных способов изучения горных
пород — исследование их под специальными микроскопами.
Микроскоп, изобретенный еще в конце XVI в., постепенно
совершенствовался; возрастало даваемое им увеличение,
улучшались ясность и четкость изображения. Однако для
изучения горных пород применяется не обычный
микроскоп, а так называемый поляризационный. Такой
микроскоп был сконструирован в 1836 г., но первая научная
работа, основанная на применении поляризационного
18
микроскопа, опубликована английским ученым X. Сорби
лишь в 1858 г.
Под поляризационным микроскопом изучают не сами
образцы горных пород, а приготовленные из них шлифы —
тончайшие прозрачные пластинки пород толщиной около
0,03 мм. Это значит, что шлиф в 3—4 раза тоньше самого
тонкого лезвия. В этих тонких прозрачных пластинках
хорошо видны зерна различных минералов, составляющих
породу, их форма, размеры, соотношения друг с другом.
Применение микроскопа в петрографии означало
полный перелом в ее развитии, и, хотя в дальнейшем
появлялись новые методы, ни один из них не мог сравниться с
поляризационным микроскопом. Правда, в первые годы
было немало геологов, скептически относившихся к его
применению. Так, некоторые утверждали, что невозможно
по маленькому кусочку камня, рассматриваемому под
микроскопом, определить состав целой скалы.
Больше 100 лет микроскоп используют в петрографии,
однако и ныне этот метод является главным при
исследовании камня. Сейчас петрографы различают в шлифах
горных пород под микроскопом то, чего не замечали их
коллеги несколько десятилетий назад, и, несомненно, с
помощью поляризационного микроскопа будет сделано мно
жество важных открытий.
Что же представляет собой поляризационный
микроскоп? От обычного биологического микроскопа он
отличается тем, что в нем используются лучи поляризованного
света, т. е. такие лучи, у которых электромагнитные
колебания совершаются не в различных плоскостях, а лишь в
одной определенной плоскости.
Свет — это быстро переменные электрическое и
магнитное поля, тесно связанные друг с другом и образующие
единое электромагнитное поле; распространяется оно
волнообразно вдоль луча. Колебания света можно сравнить е
колебаниями натянутой веревки, встряхиваемой с одного
конца. Если ее встряхивать только в одном направлении,
то волны будут колебаться в одной плоскости; если же
веревку встряхивать в разных направлениях, то колебания
произойдут в разных плоскостях. То же самое происходит
с электромагнитным полем — в разные моменты времени
его колебания идут в любых направлениях.
Скорость распространения света огромна и составляет
300 000 км/сек. А длины световых волн ничтожны. Самые
2* 19
с стестпбеннЬ/й
cfiem
Рис. 6. Схема разделения естественного
луча света на два поляризованных луча
короткие — фиолетовые (длина волны 393 т^1), самые
длинные — красные (760 mjui).
Превращение обычного света в поляризованный
осуществляется при помощи особого прибора — поляризатора.
Действие его основано на резко выраженных свойствах
двупреломления минерала исландского шпата или
искусственных поляризующих веществ — поляроидов. Луч
света, проходя через эти
Кристалл ^ - вещества, как бы раз-
^ дваивается на два луча,
Поляризованное ПО-раЗНОМу
ОТКЛОНЯЮЩИХСЯ от- своего
первоначального
направления (рис. 6). И что
очень важно —
колебания света в каждом из
таких лучей происходят
уже не в любых
направлениях, а лишь в строго
определенных.
В петрографических микроокопах для поляризации
света обычно используются кристаллы исландского шпата,
распиленные особым образом и склеенные прозрачным
веществом — канадским бальзамом. Они называются
призмами Николя (по имени французского ученого), или
просто николями. Николь сконструирован так, что один из
поляризованных лучей отражается от плоскости распила,
а затем падает на оправу николя, которой и поглощается.
Другой поляризованный луч беспрепятственно проходит
через призму и освещает шлиф. В некоторых новых
микроскопах вместо николей используются особые
поляроиды, состоящие из массы мелких искусственных кристаллов,
одинаково нарощенных на пленку.
Плоскополяризованный свет, вышедший из
поляризатора, проходит через шлиф — тончайшую пластинку
горной породы, которая благодаря своей ничтожной толщине
приобрела прозрачность. Дальше свет идет через объектив
и окуляр микроскопа, дающие увеличенное изображение
горной породы. Между объективом и окуляром находится
еще николь или поляроид, который то может становиться
на пути лучей, то выключаться; при его помощи
анализируются оптические свойства минералов, поэтому он яазы-
1 Миллимикрон (ш|и) — одна миллионная доля миллиметра.
20
кается анализатором. Оптические свойства позволяют oi-
личать друг от друга различные минералы даже в очень
мелких зернах.
Поляризационный микроскоп — могучее оружие в
руках петрографа. В шлифах горных пород можно увидеть
многое. При одном поляризаторе хорошо видна форма
минеральных зерен, слагающих горную породу, их окраска,
размеры; в этих же условиях лучше всего наблюдать
спайность — способность минерала раскалываться вдоль
определенных направлений. Спайность — характерное свойство
кристаллического вещества, и у разных минералов она
проявляется по-разному. Трещинки спайности в шлифе
лидны в виде прерывистых черточек. При одном
поляризаторе определяется также важнейшая особенность
минералов — преломление. Оно показывает насколько
замедляется скорость света при переходе из воздуха в другое
вещество.
Очень ценные сведения можно получить во время
наблюдений с включенным анализатором, позволяющим
определить оптические свойства минералов. Иногда только с
их помощью можно точно установить минерал и особенно
его состав. А во многих случаях состав минералов
помогает судить и об условиях их образования.
Рассматривая под микроскопом шлиф горной породы,
видим великолепную картину — каждое из
кристаллических зерен окрашено. Нет слов, чтобы передать богатство
цветов и оттенков (рис. 7). Если повернуть предметный
столик микроскопа, краски меняются, как в калейдоскопе.
Но самое важное то, что по особенностям окраски и ее
изменениям можно узнать разные минералы.
Однако как ци важен микроскопический метод
изучения горных пород и минералов, он не всемогущ. В самом
деле, для точного определения свойств минералов нужны
не случайные разрезы, с какими мы обычно встречаемся
в шлифах, а строго определенные. Например, при изучении
слюд необходимы разрезы поперек плоскостей спайности.
Но присутствие такого, как говорят петрографы,
ориентированного разреза — дело совершенно случайное, особенно
если в шлифе находится лишь несколько кристаллов
слюды. Поэтому при микроскопическом изучении горных пород
исключительно важная роль принадлежит исследованиям
их на универсальном федоровском столике, названном так
в честь его изобретателя, русского ученого Е. С. Федорова.
21
Сущность федоровского метода состоит в том, что для
определения оптических свойств минерала используют
любой его разрез в шлифе, но шлиф при этом поворачивают
и наклоняют на столике микроскопа в различных
направлениях. Вращая шлиф в разных плоскостях, придают
изучаемому зерну минерала наиболее благоприятное
положение для измерения оптических свойств. Делается это при
помощи четырех или пяти осей вращения, независимых
друг от друга. Таким образом, федоровский столик
позволяет выполнить полное оптическое исследование
минерального зерна в одном шлифе.
Однако возникает вопрос — можно ли любые самые
мелкие минеральные частицы наблюдать в
поляризационный микроскоп? Другими словами, можно ли безгранично
совершенствовать микроскоп, все усиливая его
увеличение? Физика дает на этот вопрос совершенно
определенный ответ — в оптический микроскоп нельзя наблюдать
частицы меньше 200 т|ш или 0,2 ji. Даже в далеком
будущем, когда оптические микроскопы улучшатся, предел
видимости мелких частиц не изменится. Здесь не поможет
ни самая совершенная полировка увеличительных линз, ни
удвоенное или утроенное их количество. И даже дело
совсем не в линзах. Есть граница, переступить которую
оптический микроскоп не в силах.
Рис. 7. Шлифы горных пород под микроскопом
1 — гранит, увел. 60, анализатор включен. Зерна кварца окрашены в светло-желтый
цвет. Зерна ортоклаза серые, с широкими полосами двойникового строения. В
кристаллах темно-серого плагиоклаза ясно выступают тонкие полоски полисинтетических
двойников. Пластинки слюды окрашены в зеленый, красный и бурый цвета; 2 —
кварцевый порфир, увел. 150, без анализатора. В основной массе струйчатого строения
рассеяны вкрапленники кварца (однородные белые), полевого шпата (белые с
многочисленными трещинками спайности) и слюды (темно-зеленые, едва
просвечивающие таблитчатые кристаллы); 3 — вулканическое стекло, увел. 90, без анализатора.
В застывшей лаве видны следы ее течения; 4—трахит, увел. 60, без анализатора.
В тонкозернистой основной массе включены крупные вкрапленники белого полевого
шпата и роговой обманки зеленого и коричневого цвета; 5—роговообманковый
андезит, увел. 60, анализатор включен. Основная масса состоит из мельчайших
кристалликов плагиоклаза. В нее включены большие полосатые кристаллы плагиоклаза
и маленькие яркоокрашенные кристаллы пироксена и роговой обманки; 6 — базальт,
увел. 50, без анализатора. В основной массе, состоящей из пироксена и магнетита,
заключены большие кристаллы оливина (желтого цвета) и прозрачные кристаллы
плагиоклаза
22
В чем причина
ограниченного увеличения
изображений в оптическом
микроскопе? Связано это с тем, что
в нем используются видимые
лучи света с волнами длиной
от 393 до 760 шцх. Природа
световых волн та же, что и у
радиоволн, но длина
последних гораздо больше (она
измеряется метрами и
километрами). Значит световые
волны — это «волны-карлики».
Что происходит при
работе с микроскопом? Поток
световых лучей отражается
от изучаемого предмета и,
проходя через несколько
линз, попадает в наш глаз.
Глаз воспринимает
увеличенное изображение
освещенного предмета. Но все это
происходит только в том случае,
если предмет крупнее 200 т;|х.
А если он меньше, то
световая волна не даст изображения предмета в окуляре
микроскопа, она пройдет мимо него. Световая волна «не
замечает» частиц меньше 200 тр..
Для изучения очень мелких минеральных частиц
используется не оптический, а электронный микроскоп. В нем
применяются волны в сотни и тысячи раз более короткие,
чем волны видимого света. Это волны движущихся
электронов. Электроны окружают нас всюду и могут двигаться
с огромной скоростью в любых направлениях.
Длина электронных волн зависит от скорости движения
электронов. Чем больше скорость, тем короче волны. При
очень большой скорости электронов длина волн настолько
мала, что эти волны будут обнаруживать самые
мельчайшие частицы. Например, длина волны электронов,
разогнанных напряжением в 50 тыс. в, составляет не более
0,000005 \х. Это в сотни раз меньше длины волн видимого
света. Поэтому в микроскопах с электронными волнами
можно получать увеличения в сотни тысяч раз.
Рис. 8. Схема и ход лучей ш
оптическом [1\ и электронном [2]
микроскопах
23
Действие простейшего электронного микроскопа
основано на создании изображения пучком электронов,
проходящим через изучаемый предмет. Поэтому существует
сходство в построении изображения в электронном и
оптическом микроскопах. На рис. 8 показаны схемы
электронного и оптического микроскопов и ход в них лучей. В
обоих приборах одни и те же главные части — источник
освещения и линзы. Только в электронном микроскопе
источником освещения служит электронная пушка, а линзами
являются электромагнитные поля.
Перед нами электронный микроскоп. Над столом
поднимается металлическая колонна высотой около метра,
сверкающая металлом рычагов. Внутри ее заключены все
основные части. В самом верху колонны находится
электронная «пушка» — пылающая вольфрамовая проволока,
раскаленная электрическим током. Она — источник
«освещения» изучаемых предметов. Она излучает электроны,
которые притягиваются металлической пластинкой,
заряженной положительно. Пластинка находится под огромным
напряжением, достигающим десятков тысяч вольт;
поэтому электроны летят с громадной скоростью. Затем они
попадают в своеобразные линзы электронного
микроскопа — катушки из проволоки, создающие магнитное поле.
В них электроны собираются в узкий пучок и
направляются на изучаемый предмет. Длина электронной волны
ничтожна, поэтому даже самые крошечные частички
являются преградой для электронов, отражают и рассеивают их.
А вне их электроны движутся прямолинейно.
Пройдя через изучаемый предмет, электроны попадают
на специальный экран и вызывают на нем маленькие
зеленоватые вспышки света. Но электроны, встретившиеся с
минеральной частичкой, на экран не падают. Значит экран
осветится неравномерно. В тех участках, о которые
ударяются электроны, произойдут вспышки света, чем больше
попаданий, тем свечение ярче; а там, где электронов не
было, будет тень. Так в игре света различной яркости и
теней возникает изображение, увеличенное в десятки и
сотни тысяч раз.
Ничто не должно мешать движению потока электронов
в электронном микроскопе, в том числе и молекулы
воздуха, которые препятствуют таким мелким частицам, как
электроны. Поэтому во время работы на электронном
микроскопе наблюдения ведутся в вакууме. Окончательным
24
результатом служит фотографический снимок светящегося
экрана.
Электронный микроскоп оказался незаменимым при
изучении глин, коллоидных минералов и других веществ,
для исследования которых возможности оптического
микроскопа совершенно недостаточны.
Но как ни важно изучение горных пород под
микроскопом, оно, однако, не раскрывает всех особенностей и
свойств минерального вещества. Ведь сведений о
минералах, составляющих горную породу, и о том, как они между
собой сочетаются, во многих случаях недостаточно, чтобы
можно было говорить о химическом составе породы. Кроме
того, многие минералы имеют переменный состав, и
понятно, что в таком случае трудно узнать химический состав
породы в целом. Значит, для полного изучения горной
породы необходимо еще определить ее химический состав.
Значение химического состава горных пород было
хорошо известно исследователям камня еще в середине
прошлого века, когда еще не знали поляризациноного
микроскопа и не умели определять минеральный состав очень
мелкозернистых пород. Уже тогда лишь по данным
химических анализов удалось установить, что некоторые
породы, совсем разные по внешнему виду, имеют сходный
химический состав. Например, Кордье в середине XIX в.
только на основании химического анализа отождествил
базальт, минералогический состав которого в то время не
мог быть установлен, с ясншфисталлическим долеритом,
минеральный состав которого был известен,
В наше время значение химических анализов состоит,
конечно, не в том, чтобы правильно определять горные
породы. Это можно сделать гораздо проще и дешевле
микроскопическим путем. Однако для тонкокристаллических и
стекловатых пород большая роль химических анализов все
еще сохраняется. Точное определение лавы, застывшей в
виде вулканического стекла, невозможно сделать без
химического анализа. То же относится и к глинам, которые
состоят из таких мельчайших минеральных частиц, что не
могут быть изучены с помощью поляризационного
микроскопа.
В настоящее время химические анализы широко
используются для определения особенностей образования
горных пород и для характеристики состава больших участков
земной коры, геологически однородных. Например, хими-
25
ческие анализы вулканических пород из разных областей,
несмотря на сходство, отличаются особенностями состава,
поэтому вулканические породы приходится разделять на
серии и семейства.
При обычном химическом анализе горной породы
определяют содержание не всех химических элементов, а лишь
10—15, которые образуют главнейшие минералы,
слагающие породу. Это кремний, кислород, алюминий, железо,
марганец, магний, кальций, натрий, калий, фосфор, титан,
сера, водород. Такие элементы называют
породообразующими. В горных породах содержание породообразующих
элементов колеблется от долей процента до десятков
процентов. Однако в состав горных пород входят и такие,
содержание которых меньше сотых долей процента в
десятки, сотни и тысячи раз. Эти так называемые малые
элементы, хотя и не образуют породообразующих
минералов, но придают горным породам характерные черты. Так,
одни породы могут быть сравнительно «обогащены»
оловом, другие литием, третьи бором и т. д. Поэтому обычный
химический анализ породы должен сопровождаться также
и определением малых элементов. Для этой цели иногда
применяются специальные приемы химического анализа,
однако чаще содержание малых элементов определяется
при помощи спектрального анализа.
Спектральный анализ основан на том, что свет,
прошедший через раскаленные пары вещества, а затем через
трехгранную призму, распадается на ряд тонких цветных
линий, разделенных темными полосками,— линейчатый
спектр. Оказывается, что каждый химический элемент
имеет свой, отличный от других линейчатый спектр.
Например, раскаленные пары натрия дают спектр, состоящий из
двойной желтой линии; в спектре паров калия есть две
характерные линии — фиолетовая и красная; в спектре
паров лития резко выделяются красная и оранжевая.
Эта замечательная особенность — способность
вещества давать свой, отличительный от других спектр, когда
оно находится в состоянии раскаленных газов,— явилась
основой необычайно высокой чувствительности
спектрального анализа. Многие малые и редкие элементы
определяются с точностью до 0,0001—0,00001%, что
соответствует содержанию 1,0—0,1 г этого элемента в тонне горной
породы.
Петрограф широко использует и так называемые физи-
26,
ческие методы изучения горных пород. Например, при
исследовании глин поляризационный микроскоп и
химический анализ мало что дают для суждения о составе этих
пород. Слагающие глину минеральные частицы настолько
мелки, что их нельзя рассмотреть в шлифах, а в составе
глин часто присутствует не один, а несколько минералов,
поэтому химический анализ не позволяет установить, какие
минералы входят в состав глины. Вот тогда может
выручить особый метод изучения глин — метод окрашивания.
Основан он на способности некоторых красителей
поглощаться глинистыми минералами и придавать глине
характерную окраску в зависимости от ее состава. Например,
при использовании раствора голубого метилена
гидрослюдистые глины окрашиваются в фиолетово-синий цвет, као-
линитовые в блеклый светло-фиолетовый, а монтморилло-
нитовые в интенсивно фиолетовый.
Широко применяются методы изучения горных пород,
основанные на исследовании происходящих в них физико-
химических превращений вещества. Изучают их с помощью
термического анализа. Он применяется для исследования
минералов и горных пород, меняющих при нагревании
свои свойства. При этом происходит выделение или
поглощение тепла, проявляющееся в резком нарушении
теплоотдачи. В настоящее время термический анализ
выполняется при помощи автоматического прибора, изобретенного
академиком Н. С. Курнаковым (пирометр Курнакова).
На термической кривой, записанной пирометром
Курнакова, показывается не простое изменение температуры в
изучаемом минерале или горной породе, а дана так
называемая дифференциальная запись. Она отражает разность
скоростей нагревания исследуемого материала и какого-
нибудь нейтрального образца, не испытывающего при этом
резких физико-химических изменений. Значит, изменения
в скорости нагревания двух веществ на плавном графике
отразятся изломами. Если изменение вещества
сопровождается поглощением тепла, тогда на графике появится
резкое понижение, при выделении — четко выраженный пик
(рис. 9). Термический анализ очень важен при изучении
минералов и ряда широко распространенных горных пород,
состоящих из тончайших частиц — глин, бокситов,
карбонатных пород, некоторых железных руд и т. д.
Следует остановиться еще на одном важном методе
исследования. Изучая горные породы, часто необходимо точ-
27
It
St
in
Spew
но знать внутреннее
строение минералов. Сведения
о том, на каком
расстоянии находятся атомы и
ионы и в каком порядке
они располагаются в
пространстве, получают при
помощи рентгеноструктур-
ного анализа, используя
рентгеновские лучи.
Рентгеновские лучи
представляют собой
невидимые глазом
электромагнитные волны,
распространяющиеся во все стороны
от их источника —
рентгеновской трубки. Длина
их не более 0,2 mu., т. е. в тысячи раз меньше длины волн
видимого света. Вот поэтому рентгеновские лучи
беспрепятственно проходят через любой материал, и только
кристаллы, в которых расстояния менаду соседними атомами
или ионами примерно такие же, как и длина
рентгеновских волн, рассеивают эти невидимые глазу лучи.
На рис. 10 показано, как измеряют расстояние между
атомами в кристалле. Узкий пучок рентгеновских лучей
падает на кристалл так, что направление луча образует
с ребром кристалла прямой угол. Допустим, что кристалл
Рис. 9. Термическая кривая
1—2 — участки кривой, показывающие,
что нагревание минерала отстает от
нагревания нейтрального вещества; 3—4 —
участки кривой с ускоренным нагреванием
Фотопленка .
Кристалл
рентгенабских
лучей
•
•
•
•
•
г #
. • • •
• V* '
••:•••• :.
•N?*,
• • • •
.
«••
;**';
©
• с •
•
о • • •
•*••• • • •
.•• •••"•''•' . .'
*e®d> .• • •
® • • •
.
Рис. 10. Явления, связанные с прохождением рентгеновских лучей через кристалл
1 — схема рассеяния рентгеновских лучей в кристалле. Из рентгеновской трубки
выходят рентгеновские лучи. Выделяется узкий параллельный пучок лучей, который
падает на кристалл. Лучи, рассеянные кристаллом, идут в разные стороны и
падают на поставленную за ним фотопленку; 2 — рентгеновский снимок кристалла
28
состоит из атомов или ионов одного типа. Вдоль ребра
кристалла эти мельчайшие частицы находятся на
одинаковом расстоянии друг от друга. Рентгеновский луч падает
на них и начинает рассеиваться во все стороны. Лучи,
идущие от отдельных атомов, будут взаимодействовать
друг с другом, но окончательный результат зависит от
соотношения между длиной волны рентгеновских лучей и
расстоянием между атомами. В одних случаях
складываются и усиливаются лучи, в других уничтожаются.
На фотопленке рентгеновский снимок кристалла имеет
вид сложного узора, состоящего из множества пятнышек.
Каждое пятнышко — след отражения рентгеновских лучей
от плоскостей в кристалле, расположенных определенным
образом. А поскольку эти плоскости симметричны, то и
пятна на рентгенограмме распределяются по определенным
законам. Так появляется на пленке причудливый узор из
пятнышек, по которому можно судить о положении частиц
и особенностях строения вещества. Это явление
напоминает рассеяние радиоволн отдаленными предметами,
например горой, что дает возможность путем радиолокации
определить ее положение.
Рентгеноструктурный анализ в наше время служит
основным методом изучения строения кристаллов.
Рентгеновские лучи открыли перед исследователем миры частиц
в кристалле и позволили связывать свойства кристаллов с
их внутренним строением.
Сложные минеральные постройки
Любая горная порода, независимо от того, какую площадь
она занимает в земной коре, состоит из множества зерен
одного или нескольких минералов. Но минералы — только
первая ступень на пути проникновения в глубь строения
горных пород.
Из чего состоят минералы? Огромная масса их
находится в кристаллическом состоянии. Это значит, что
в основе строения минералов лежат атомы, реже
молекулы, расположенные в определенном порядке. Как известно,
атомы состоят из положительных ядер, окруженных
отрицательно заряженными электронными оболочками. Если
заряды ядра и электронной оболочки не равны, то
образуются отрицательно или положительно заряженные
частицы — ионы. Отрицательно заряженный ион называется
29
Рис. 11. Упаковка ионов в
кристалле поваренной соли.
Маленькие шарики — катионы
натрия, большие — анионы хлора
(По А. И. Китайгородскому)
анионом, положительно
заряженный — катионом.
Строение атома не
исчерпывается, конечно, положительно
заряженным ядром и вращающимися
вокруг него электронами, оно
гораздо сложнее. Но, знакомясь со
строением кристаллов, можно
ограничиться и этим представлением.
Предполагается, что атомы имеют
форму шара и непроницаемы для
других ионов и шаров. Радиус
непроницаемой сферы атома или
иона называется атомным или
ионным радиусом, измеряется он
цесятимиллионными долями
миллиметра. В огромном большинстве
структура минералов
определяется плотно упакованными сравнительно большими
анионами кислорода, гидроксила и т. д., пустоты между
которыми заполнены более мелкими шарами — катионами
кремния, алюминия, железа, кальция (рис. 11).
Такого рода кристаллы по характеру слагающих частиц
называют атомными или ионными. Они очень широко
распространены среди минералов. Гораздо реже встречаются
молекулярные кристаллы, составленные ясно
обособленными нейтральными группами частиц, и металлические
кристаллы, состоящие из катионов, погруженных в газ из
свободных электронов.
Итак, проникая в глубь вещества горных пород,
путешествуя в их недра, мы как бы последовательно
опускаемся со ступеньки на ступеньку. По сложности организации
вещества и масштабам его распространения выше всего
стоят горные породы. Они часто занимают большие
участки земной коры. Каждая горная порода — это своего рода
город, отличающийся от других размерами, планировкой
и архитектурой домов. Следующая ступенька—минералы.
Из них состоят горные породы. Минералы можно сравнить
с домами в городе. Самую нижнюю ступеньку занимают
атомы, это как бы кирпичики, каменные блоки и бревна,
из которых построены дома.
III.
КАК НА ГЛАЗАХ ЧЕЛОВЕКА
ЗАРОЖДАЮТСЯ И ВОЗНИКАЮТ
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ!
Камни образуются не сразу, у каждого длительная и
сложная история. В ней, как и в жизни человека, есть
рождение, возмужание, свои «невзгоды» и «радости», дряхлость
и, наконец, смерть. Нужно быть зорким и наблюдательным,
чтобы понять историю камня. Самая большая трудность
состоит в том, что камни образовались не сегодня и не
вчера. Камень, который лежит сейчас перед нами,— это
самое последнее звено в цепи многих сложных событий,
нередко растянувшихся на десятки, сотни, тысячи и даже
миллионы лет. Значит, историю камня приходится
восстанавливать по косвенным признакам, а ведь они не всегда
достаточно четки. Вот поэтому очень важно знать, как в
наше время, на глазах человека зарождаются камни —
горные породы. И хотя данных о рождении горных пород
но так много и они охватывают далеко не все виды камня,
эти данные исключительно важны.
Когда действуют вулканы!
Почти на каждом континенте и дне океанов можно
встретить действующие вулканы. Чаще — это конические горы,
иногда у них другая форма, но, независимо от этого, все
они соединены каналами или трещинами с недрами Земли.
Деятельность вулканов — одно из самых мощных явлений
природы, и она всегда приковывает к себе внимание
человека — ведь с нею связано формирование большой группы
горных пород. Породы эти, возникающие во время
извержений вулканов, называют вулканическими.
Как образуются и действуют вулканы? В 1943 г. в
западной части Мексики на маисовом поле появилась
трещина, из которой стал подниматься расплавленный материал
земных недр. Над трещиной вскоре вырос вулканический
31
конус, получивший название находящейся вблизи дере-
г.ушки Парикутин. Это не столь частое явление вызвало
огромный интерес у мексиканских и американских
геологов, и за вулканом с первого же дня рождения были
начаты разносторонние наблюдения. Вблизи новой
огнедышащей горы организовали полевую вулканологическую
станцию, деятельность вулкана ежечасно записывалась и
фотографировалась.
У местного населения с появлением Парикутина уже
связан ряд легенд, но действительная картина его
образования такова. 20 февраля крестьянин Дионисио Пулидо в
поле над маисовой плантацией заметил столб дыма,
поднимавшийся из узкого отверстия поперечником около 7 см.
Пулидо подумал, что он по рассеянности зажег огонь, и,
решив исправить свою «небрежность», придавил отверстие
камнем. Но дым поднимался все сильнее. Обеспокоенный
Пулидо сообщил о странном явлении в ближайший город.
Спустя три часа на место происшествия прибыла комиссия.
Она увидела отверстие глубиной 9 м, из которого
поднимались густые клубы темного дыма.
К концу дня начались взрывы, продолжавшиеся почти
без перерывов в течение нескольких месяцев. Взрывами на
поверхность выбрасывались куски твердой раздробленной
лавы самого различного размера, начиная от пылеватых
частичек и кончая глыбами поперечником от десятков
сантиметров до 15 м. Такой материал геологи называют
пирокластическим, т. е. состоящий «из обломков огненного
происхождения». Мелкие и мельчайшие обломки
называются вулканическим пеплом и песком, а крупные —
вулканическими бомбами. При взрывах Парикутина
выбрасывалось очень много пирокластпческого материала. Только
за первые три дня из вулканического пепла и бомб
возникла коническая гора высотой 138 м! Через год она
возвышалась над первоначальной равниной на 430 м.
Вулканический пепел, песок и бомбы, из которых был
образован конус Парикутина в момент извержения, даже
спустя 20 лет, несмотря на «каменный» состав, еще нельзя
называть горной породой. Этот материал не уплотнен, он
продолжает оставаться сыпучим и постоянно приходит в
движение не только во время землетрясений, но даже от
дождей и резких колебаний температуры воздуха. Лишь
тогда, когда пирокластический материал будет перекрыт
другими слоями (предохранен от размыва), уплотнится и
32
Рис. 12. Схематический разрез конуса вулкана Парикутин
(по состоянию на конец 1944 г.)
1 — каналы, заполненные движущейся лавой; 2 — более старые каналы
с застывшей лавой; 3 — потоки лавы; 4 <— пепел и шлак
станет устойчивым, он превратится в горную породу. При
этом он неизбежно пропитается минеральными солями,
окаменеет. Такие горные породы, образовавшиеся из
пепла, песка и бомб, называют вулканическими туфами.
Но возвратимся к извержению Парикутина. На второй
день к выбросам вулканического пепла и бомб
присоединились излияния лавы — огненно-раскаленного вещества,
поднявшегося из глубин Земли. Она вытекала из боковых
трещин конуса и уходила от него по ложбинам на
расстояние до 4 км. Лава двигалась то медленно (30 см/час), то
гораздо быстрее (до 30 м/час) в зависимости от уклона
местности и величины потока. В вулканической постройке
конуса лавы обычно занимают не так уж много места
(рис. 12), но внутри конуса много подводящих лаву
каналов, и конус оказывается скрепленным своего рода
жестким каркасом. Поэтому он сравнительно прочен и
достаточно противостоит разрушению.
На одном из потоков лавы Парикутина была измерена
температура. Раскаленная лава очень быстро покрывается
3 Популярная петрография
33
темной коркой наподобие шлака, но при движении потока
корка растрескивается, тогда через трещины видна
раскаленная до светло-желтого цвета жидкая лава с
температурой 1200—1250° С. Только затвердевшая поверхность
потока лавы «холоднее» — 954° С.
Лава превращается в горную породу гораздо быстрее,
чем вулканический пепел, песок и бомбы. Для этого ей
достаточно застыть и потерять газы.
Лавы отличаются друг от друга составом и многими
другими свойствами. После их застывания образуются
различные вулканические породы. Застывшая лава Парикути-
на представляет собой базальт — это тяжелая и прочная
черная порода, в ней только под микроскопом видны
мелкие кристаллики. В потоках Парикутина внешний вид
базальта в разных частях одного и того же потока разный.
В середине потока базальт плотный, монолитный, вверху —
ноздреватый и дырчатый. Это происходит от того, что эти
части потока застывали в неодинаковых условиях. Значит,
в зависимости от условий охлаждения из одной и той же
лавы могут образоваться породы, резко отличающиеся друг
от друга.
Вот одна из причин, почему видов вулканических
пород гораздо больше, чем исходных лав.
При извержении Парикутина выделялось много газов.
Огромная масса паров и газов непрерывно поступала из
жерла. Именно благодаря их выделению лава распылялась,
дробилась и бурно выбрасывалась в виде вулканического
пепла, песка и бомб. Немало голубых струек газа
выделялось из застывших потоков лавы и из остывающего
пепла. Температура их колебалась от 105 до 640° С. Такие
газовые струи называют фумаролами.
Бурная деятельность Парикутина оказалась
кратковременной. Она продолжалась около года, а затем к 1945—
1946 гг. почти прекратилась. Окончательно она заглохла
в 1952 г. За 10 лет из кратера Парикутина излилось
3,5 млрд. т лавы и выделилось около 39 млн. т водяного
пара.
Вулканические породы интересны еще тем, что
некоторые из них способны сильно изменяться в течение
короткого времени, чуть ли не на глазах человека. Это
происходит, когда из глубин Земли в местах излившейся лавы
поднимаются горячие воды с растворенными в них сернистым
и углекислым, фтористым и хлористым водородом — свое-
34
го рода смесь разбавленных кислот. Между застывшей
лавой и раствором происходят химические реакции, а в
вулканической породе на месте ее минералов появляются
новые, например опал, сера и др. Так на месте лавы
возникает измененная, или метаморфическая порода — серный
опалит. Однако опал — неустойчивый минерал; он быстро
теряет воду, уплотняется и превращается в кварц. Тогда
серный опалит переходит в серный кварцит.
В Советском Союзе серные опалиты и кварциты
найдены на многих вулканах Курильских островов. Нередко в
этих породах прекрасно сохраняется порфировая
структура лав. Характерная ее особенность состоит в том, что
крупные кристаллы (их называют вкрапленниками)
заключены в плотной, так называемой основной массе.
Порфировая структура настолько свойственна
застывшим лавам, что о ней следует рассказать. Даже такое
скоротечное явление, как образование вулканической породы,
идет не непрерывно, а в два этапа. В недрах Земли на
глубине многих десятков километров находятся очаги
расплавленного вещества. Это огненно-жидкое вещество
горных пород вместе с растворенными в нем газами
называют магмой. Состоит она из множества химических
элементов. С понижением температуры элементы объединяются
в своего рода жидкие прообразы будущих минералов. Как
только температура магмы понизится настолько, что
наступает затвердевание, из магмы начинают
кристаллизоваться минералы. Появляются они не случайно, не
хаотически, а в определенном порядке, по законам
кристаллизации растворов.
Итак, на глубине из магмы рождаются кристаллы поле^
вых шпатов и других минералов, они растут, нередко
достигая в длину 1—2 см. Затем смесь кристаллов и
огненного расплава по гигантским расколам в земной коре
поднимается к поверхности. Начинается извержение
вулкана. Магма, потеряв у поверхности Земли газы, становится
лавой. Застывая, лава превращается в вулканическую
породу. В ней мы видим крупные кристаллы, пришедшие с
больших глубин; они заключены в застывшей на
поверхности лаве. Так в два этапа кристаллизации — на глубине
и на поверхности Земли — возникает порфировая
структура вулканических пород.
Однако возвратимся к серным кварцитам. На рис. 13
изображен шлиф сернистой породы под микроскопом. Пре-
3* 35
красно видна порфировая структура андезитовой лавы, но
первичные минералы, выделившиеся из магмы, полностью
замещены... серой. В основной массе много кварца, он
как бы пропитывает породу. Особенности минерального
Рис. 13. Вид под микроскопом шлифа лавы с острова
Ларамушир, превращенной в серный кварцит.
Вкрапленники правильной формы замещены серой, а
основная масса — опалом, тонкозернистой серой и
марказитом
состава и строения ясно показывают, что серный кварцит
образовался путем замещения, или, как говорят
петрографы, метасоматоза, вулканической породы. Он может
возникнуть и на месте пирокластов. Серные кварциты —
пример современной метаморфичеодой породы.
Разрушение — процесс созидательный
Вулканические породы, о которых только что шла речь,
могут служить примером быстрого перехода материала
горной породы в камень. Достаточно нескольких суток,
чтобы раскаленная лава застыла и превратилась в горную
породу. У невулканических горных пород история
формирования длиннее и сложнее. Особенно у осадочных
пород.
36
Многие древние народы (на ранних этапах своего
развития) в сказаниях и легендах очень метко, хотя и
наивно, объяснили разрушение камня и превращение его в
почву. Вот что говорится в одном из сказаний
североамериканских индейцев: «Вначале мир был скалой. Каждъгй
год шли дожди и падали на скалу и немного смывали с
нее; это образовало земДю. Постепенно стали произрастать
растения на земле, их листья опадали и образовывали еще
большие земли. Тогда стали расти сосны, и их иглы и
шишки опадали каждый год и с другими листьями и корой
образовали большие земли и покрывали большие скалы. Если
ты внимательно посмотришь на почву в лесу, то увидишь,
что немного ниже все это перемешано, а еще ниже посте-
кенно сгнивает и обращается в землю. Так рос мир — и так
он растет теперь».
В этом сказании хотя и наивно, но совершенно
правильно отражена мысль о разрушении камня, пусть даже
самого прочного.
В жизни осадочных пород много этапов. Сперва камень
разрушается и дает начало осадочному материалу, или
осадку. А затем водой, льдом, ветром или другим способом
осадочный материал переносится, накапливаясь в
благоприятных для его отложения местах. Однако осадок неу--
стойчив, он может размываться и вновь переноситься,
подобно тому как постепенно смещается вал песка на дне
реки, уходя все дальше и дальше вниз по течению. И
только тогда, когда осадок «прочно» ляжет в углублении дна
и будет перекрыт другими осадками, защищающими его от
размыва, а потом окаменеет, лишь тогда он станет горной
породой.
За исключением некоторых пород, образующихся
непосредственно из химически растворенного в воде материала,
большинство горных пород возникают за счет ранее
существовавших. И хотя само разрушение приводит к
исчезновению горной породы, тем не менее оно — первый шаг на
пути создания новой. Как ни парадоксально, но без
разрушения нет создания.
Разрушение или выветривание камня идет разными
путями. Вот один из них — солнце, воздух и вода. Это
великие творцы жизни, а вместе с тем и великие разрушители.
Особенно в горах.
Представим себе высокие горы, например Кавказские.
Гора высотой в несколько километров находится во всех
37
климатах — в летнее время у подножия зной, но чем
выше, тем прохладнее, а на самой вершине лежит
сверкающий снег. Летом в горах жаркие дни и холодные ночи.
Сутки за сутками, год за годом тепло сменяется холодом.
Днем частицы горных пород! расширяются, ночью
сжимаются. Постепенно слабеет связь между минеральными
зернами. К этому добавляется еще действие росы, инея,
дождя, снега. Вода по трещинкам и порам проникает в глубь
камня, растворяет отдельные частички и разрыхляет
твердую породу. А когда вода замерзает, разрушение камня
ускоряется — вода, переходя в лед, расширяется, с
большой силой давит на трещины и ослабляет камень. Давле^
ние замерзающей воды на стенки трещин громадно и
достигает 1000 кг/см2. В камне появляется все больше
трещин, они углубляются и расширяются, начинают
соединяться. Монолитная скала превращается в нагромождение
не связанных друг с другом глыб. Эти глыбы смещаются
под действием силы тяжести. Скала распадается на
куски.
Так медленно, но неуклонно разрушается камень. И не
только в горах, но и на равнинах. Впрочем, на равнине
камень разрушается медленнее. Особое место занимают
пустыни с их очень сильными суточными колебаниями
температуры. В пустыне вслед за очень жарким днем
иногда наступает морозная ночь. В Сахаре, например, воздух
днем накаляется до 53°, а ночью охлаждается до —8°.
В этих условиях камень быстро растрескивается. К
полудню в Сахаре становится так жарко, что воздух обжигает
легкие. Путешественники рассказывают, что в такое время
со стороны скал бывают слышны звуки, похожие на
выстрел. Но это не выстрел. Это треснула скала известняка.
«Солнце нашей родины,— говорят местные жители,—
заставляет кричать даже камни». Проходят века, и любой
неприступный утес распадается на глыбы. А если скала
состоит из неоднородной породы, то при ее разрушении
возникают причудливые столбы и каменные фигуры (рис.
14).Распод крепких горных пород на обломки под
влиянием колебаний температуры называют физическим, или
механическим выветриванием.
Что же происходит дальше с выветрелым материалом?
Обломки камня, подчиняясь силе тяжести, скатываются к
подножию горы и накапливаются в виде осыпи. Каменная
осыпь — это пока лишь осадочный материал — своего рода
38
Рис. 14. Каменные столбы, образовавшиеся при разрушении конгломератов горы
Демерджи, Крым
(Фото В. И. Лебединского)
стройматериал будущей горной породы. Он может
окаменеть на месте или попасть в воды горной речки, пуститься
в «тяжелое» плавание и потом осесть в низовьях реки или
очутиться на берегу моря.
Зачерпнем стакан речной воды. Обломки пород и
песчинки обычно двигаются по дну потока, поэтому вода,
особенно в горных реках, прозрачная, если не считать
мельчайших илистых частичек. Как только осядет вся муть,
вода кажется совершенно прозрачной. Однако она не совсем
чистая — в ней растворены соли. Появление солей в воде
тоже обязано выветриванию, но уже иного рода —
химическому.
Дождевая и снеговая вода, просачиваясь через горные
породы, воздействует на них не только физически, но и
химически. Вода, захватившая из воздуха кислород и
углекислый газ, вовсе не «безобидна». Кислород — активный газ,
он вступает в реакции с разными веществами и вызывает
их окисление. А углекислый газ содействует растворению
многих минералов, особенно тех, которые являются солями
угольной кислоты. Итак, даже дождевая и снеговая вода
«агрессивна» и химически разрушает горные породы. Она
растворяет известняки, разлагает зерна полевого шпата и
превращает их в глину, а пирит и другие богатые железом
минералы — в охру. При этом немало разрушенного
материала растворяется в воде.
Растворенные в речной воде соли — тоже осадочный
материал. Речные воды несут с собой катионы и анионы
различных химических элементов, в первую очередь
катионы натрия, калия, магния, анионы серной и угольной
кислот. По пути они обычно не задерживаются и в конце
попадают в моря, где постепенно концентрируются,
увеличивая век за веком соленость морских вод. В морях и
океанах соли накапливаются, но, как правило, не осаждаются.
Только в определенных условиях из морской воды выпат-
дают минеральные соли. Происходит это в лагунах. Но об
этом несколько позже.
Немаловажная роль в образовании осадочного
материала принадлежит и организмам. Корни растений, разрастаясь
в трещинах камня, разрушают его (рис. 15). Но дробят
камень не только большие деревья, но и такие нежные
растительные организмы, как... шампиньоны. Прорастая,
шампиньоны способны вспучить асфальтовые покрытия
дороги. Нежная шапка гриба давит на асфальт с силой
40
Рис. 15. Гранитная скала, раздробленная корнями дерева. Окрестности города
Сучжоу, Китай
(Фото В. И. Лебединского)
в несколько десятков килограммов на квадратный
сантиметр!
Кроме механического животные и растения оказывают
и химическое влияние на породы. У живых растений это
происходит потому, что клеточный сок кислый, а корни при
дыхании выделяют угольную кислоту. Эти химически
активные вещества разъедают горные породы, «вгрызаясь» в
них, и таким путем дают растениям необходимые им
элементы. Разрушение камня может идти быстро. Если на дно
горшка с цветком положить пластинку отполированного
мрамора (земля бедна кальцием), то, вынув через 2—3
месяца эту пластинку, на ней можно увидеть разъеденную
корнями сетку — отпечатки корней.
На берегу моря
Берег моря — это не только место, гд|е живут люди, где
красивые ландшафты и чудесные курорты. Морской
берег — важнейшая природная граница, отделяющая море от
суши. У этой границы активнее, чем где-либо,
взаимодействуют море и суша. Именно здесь и начинается жизнь
многих горных пород.
Рождение их обязано разрушительной деятельности
моря.
Волны с огромной силой ударяют в прибрежные скалы
и постепенно разрушают берег. Сила ударов настолько
велика, что когда в Бискайском заливе бушует шторм, то
вызванная им вибрация Европейского континента
ощущается в Москве! И в этом нет ничего удивительного. Ведь
даже не очень большая волна высотой 6 и длиной 80—
100 м способна произвести удар мощностью 240 л. с./сек.
А если представить себе длину берегов?..
С громадной силой вода ударяет в каждый выступ
камня, проникает в каждую трещину и углубление. Под
воздействием волн постепенно рушатся самые крепкие скалы,
дробятся и превращаются в глыбы. А затем волны подхва
тывают обломки и начинают то бросать их к берегу, то
увлекать на глубину. Это бурное движение не проходит
даром. Обломки твердого камня, ударяясь о дно,
оглаживаются. Образуются валуны, гальки и песчинки, которые
продолжают разрушать береговые скалы. Когда же море
успокаивается, галька и песчинки погружаются на дно.
42
На Дне моря обломочный материал ложится не беспо-
лорядочно: валуны остаются у берегов, галька подальше
на мелководье, а еще дальше, вглубь — гравий и песок. Чем
объясняется это распределение обломков по размеру?
Представим себе, что на пологом дне ровным слоем лежат
валуны, галька и песок. Подул ветер, море заволновалось,
Рис. 16. Валуны у берега сменяются галькой и песком ■ сторону моря ■ результате
поперечного перемещения наносов на пологом дне. Песок увлекается на глубину,
а галька и валуны выбрасываются к берегу
(По В. П. Зенковичу) ,
и каждая частичка воды начала колебаться около своего
положения равновесия. На поверхности моря они
движутся по замкнутым окружностям, на глубине по эллипсам, а
у самого дна снуют вперед и назад. С глубиной сила
ветровых волн уменьшается, а у дна движение воды слабее,
колебания воды к берегу и обратно почти одинаковы.
Поэтому песчинки испытывают большое влияние силы
тяжести — она замедляет их движение вверх по дну и вместе
с тем ускоряет движение вниз. Так постепенно песчинки
сползают ниже и ниже, пока не окажутся в глубоком
месте, куда ветровые волны уже не проникают и не
затрагивают их.
На меньших глубинах волнение сильнее, и песок здесь
взмучен. Придонные течения несут гальку вверх по
склону, затем начинается отток воды вниз. Но он замедлен, и
даже сила тяжести не может возвратить гальку на старое
место. Поэтому галька оказывается ближе к берегу, чем
песок. А у самого берега, где придонные струи особенно
сильные, начинают двигаться и валуны. Так происходит
поперечное (по отношению к берегу) перемещение
наносов морскими волнами на пологом морском дне (рис. 16).
Оно объясняет накопление самого грубого материала у
берега и постепенное уменьшение его размеров в сторону
моря.
43
Ёалуны, гайька, йесок — дто еще йе горные пбрбдь!, а
только «сырой» осадочный материал. Пройдет немало
сильных штормов, и снова валуны, галька и песок придут в
движение и займут новые места. Еще сильнее перемыв
осадочного материала происходит при поднятиях суши.
Осадочный материал превращается в горную породу, лишь
когда он оказывается ниже границы разрушительной
деятельности волн, и от размыва его защищает лежащая
сверху толща других осадков. Это происходит во время
опускания суши.
Осадок постепенно каменеет, превращаясь в горную
породу.
Валуны, галька и песок, как мы выяснили,
образуются в прибрежной части моря. Но осадочный материал
возникает и в мелководных заливах, отделенных от моря
длинными полосами суши (береговыми барами), Такие заливы
называются лагунами. Они возникают при медленных
вертикальных движениях земной коры, происходящих во все
геологические эпохи вплоть до настоящего времени. Так,
например, берега Финляндии и Швеции сейчас
поднимаются со скоростью около одного метра в столетие. Почти
с такой же скоростью опускаются берега Голландии. В
СССР опускаются побережья Азовского и Черного (в
районе Одессы) морей.
При медленных вертикальных движениях морское дно
и побережье становятся плоскими и отлогими, вот тогда
и формируются лагуны и переевши. Это может случиться
и при опускании суши (море затопляет низменную сушу)
и во время поднятия ее (на поверхность выходит морское
Дно).
Когда опускается суша и море заливает равнину,
волны у берега размывают валуны, гальку и песок,
выбрасывают на берег и нагромождают их в виде берегового вала
(рис. 17, 1). И если бы земная поверхность не опускалась,
тогда бы не было лагуны. Но суша опускается, а вместе
с нею и береговой вал. Береговой вал под водой —
препятствие для волн, о него разбиваются волны и оставляют на
нем наносы. Береговой вал постепенно растет. Но он не
стоит на месте. Волны перебрасывают наносы с одного
края вала на другой, постепенно продвигая его к суше. .И
если суша погружается быстрее, чем продвигается вал, то
за ним образуется впадина (рис. 17, 2). В нее через вал
проникает морская вода, а также стекают пресные воды
44
рёК. Так возникает отпгнурованный от берега моря
залив — лагуна.
При поднятии суши лагуна образуется несколько иным
путем. Волны, идущие со стороны открытого моря, быстро
теряют свою силу на мелководье и уже вдали от берега
отлагают наносы. Возникает подводный вал. Он постепенно
растет, в конце концов выходя на поверхность,
превращается в береговой бар, отгораживающий от моря лагуну.
Рис. 17. Образование лагуны при погружении суши
(По В. П. Зенковичу)
Замечательным примером лагуны служит мелководный
залив (наибольшая глубина 8 м) Каспийского моря Кара-
Богаз-Гол, отделенный от моря песчаными косами. Кара-
Богаз-Гол — это своего рода огромная «жаровня», в
которой испаряется каспийская вода и осаждаются
минеральные соли.
Концентрация солей в лагуне в 15—20 раз выше, чем
в каспийской воде.
Вместе с водой Каспия в пролив попадает много
живых организмов. Они гибнут в горько-соленой воде залива,
погребаются в береговом иле и гниют. Поэтому по берегам
Кара-Богаз-Гола стоит сильный запах сероводорода.
До 1939 г. в заливе зимой осаждался мирабилит
(Na2SO4-10H2O), по в летнее время, когда насыщенность
рассола падала, большая часть его растворялась.
Осаждались также гипс, углекислый кальций и магний. Но в
45
1939 г. уменьшился приток воды из Каспия, поэтому
концентрация солей в лагуне стала еще выше и ^в осадке
кроме перечисленных солей появилась поваренная соль.
Текучие воды
Воды, стекающие с материков в океаны в виде ручьев,
речек и больших рек, выполняют огромную работу —
смывают выветрелый материал. Это особенно хорошо заметно
после дождей, тогда вода в ручьях и реках становится
мутной, а в горных потоках стоит грохот от стремительно
движущихся камней, сталкивающихся между собой и с
силой ударяющихся о скалистое русло.
Но текучие воды не только перемещают и сносят
выветрелый материал. Силой своего течения реки размывают
берега, углубляют ложе, пропиливают ущелья в самых
прочных скалах. К материалу, возникшему за счет
выветривания, добавляется материал, созданный разрушающей
деятельностью текучих вод.
Разрушенный материал в виде обломков разного
размера и растворенных в воде солей отправляется в
странствие — близкое или далекое в зависимости от условий и от
свойств самого материала. Крупные тяжелые обломки
обычно перемещаются недалеко, а легкие песчинки могут
уноситься водой за десятки и сотни километров. Дальше
всего будут перенесены растворенные вещества — они
попадают прямым путем в моря и океаны. Однако если река
многоводная и бурная, она, пройдя далекий путь, принесет
в море много мелкой мути, подобно Куре, Тереку,
Кубани и многим другим рекам в нашей стране и Хуанхэ в
Китае.
Хуанхэ (Желтая река) приносит с собой так много
мути, что морская вода на большом протяжении всегда
мутная; не случайно эту часть Тихого океана называют
Желтым морем. Академик В. А. Обручев подсчитал, что река
Хуанхэ ежегодно приносит в море более 900 млн. м3 ила.
Это колоссальное количество. Если весь ил, приносимый за
год Хуанхэ, разложить на одном квадратном километре
земной поверхности, то он поднялся бы на высоту 900 м.
Чем дальше продвигается река, тем больше
освобождается от обломков. Выше по течению в русле накапливаются
валуны, ниже — галька, потом песок. Однако русловые
осадки очень подвижны. Как только случится половодье
46
3
л
с;
ч
я
Я
а
эй
1
с; t.
(М
5 '"'
Х'о.
5 =
я Р
0.00
я ~
I и
1
«^ «-
** т?
а,2
5
X О
я с
и г-
О см
СиО\
а '-
I и
1
«t ^
J о
о. «-'
и сила текучей воды увеличится, сразу речные наносы
придут в движение и начнут перемещаться вниз по течению.
В местах, где река замедляет течение, возникают отмели.
Постепенно увеличиваясь, отмель достигает уровня воды,
покрывается травой, кустарником и становится островом.
Если река и в нижнем течении еще несет ил или песок,
этот обломочный материал отлагается в самом устье реки,
где скорость течения сильно замедляется. Здесь
образуется веер наносов, по форме напоминающий треугольник.
Вершина его обращена вверх по реке и придает ему
сходство с прописной греческой буквой «дельта». Именно
поэтому устьевые выносы реки называют дельтами.
Обломочный материал река приносит из года в год, дельта
растет и постепенно выдвигается в море, уходя под воду
на большие расстояния (рис. 18). Река поступает в
дельту обессиленная, она уже не течет одним потоком, а
делится на множество рукавов, блуждающих по плоской и
заболоченной поверхности.
Отложения дельт интересны сложностью своего
строения. Часть из них, возникнув на суше, заключает в себе
остатки наземных и пресноводных животных, а также
множество растительных остатков. Другие слои накапливались
в прибрежной части моря. Осадки подводной части дельты
переработаны морскими волнами и течениями,
рассортированы по крупности зерен; в них помимо остатков речных и
озерных животных и растений, принесенных рекой,
встречаются и остатки морских организмов.
Современные дельты играют большую роль в жизни
человека. Минеральный состав их исключительно
разнообразен, ведь он возник в результате разрушения различных
пород до состояния пыли. Дельтовые отложения особенно
плодородны и благоприятны для земледелия. Поэтому
плотность населения в этих районах очень высока
(например, в Китае она достигает 17 000 человек на один
квадратный километр). Исключительная «щедрость» дельтовых
почв, возобновляющих свое плодородие при частых
разливах рек, послужила одной из причин расцвета древних
государств и мощных цивилизаций Египта в дельте Нила,
Вавилона и Ассирии на плодородной низменности Тигра и
Евфрата, древнего Китая на Хуанхэ и Янцзыцзяне, Индии
в долине Ганга и Брахмапутры.
IV.
АЗЫ ГЕОЛОГИИ
Нам уже известно, что горная порода состоит из одного
или нескольких минералов. Однако этим не исчерпывается
ее характеристика. Ведь каждое такое минеральное
скопление обладает определенной формой, размерами и как-то
связано с окружающими горными породами. Другими
словами, нужно еще добавить, что этот минеральный агрегат
занимает в земной крре пространство той или иной формы.
Каждой горной породе, как говорят геологи, свойственна
определенная форма залегания. Возникает вопрос и об их
возрасте. Ведь горные породы образовались не сразу, а в
разное время.
Формы залегания интересуют геолога не только
потому, что позволяют полнее охарактеризовать горные
породы. Прежде всего они отражают условия образования
пород. Изверженные породы встречаются в одних формах
залегания, осадочные — в других. А метаморфические
породы, если они только не крайне сильно изменены, в
зависимости от исходного материала сохраняют формы залегания
магматических или осадочных пород.
В обрывистых берегах речных долин, в горах, в
стенках железнодорожных или шоссейных выемок нередко
хорошо видны пласты осадочных пород. На равнинах они
разделены ровными горизонтальными границами^
похожими на линейки в ученической тетради. А в горах лежат
наклонно или сжаты в крутые сложные складки.
Подавляющее большинство осадочных пород залегает в
виде пластов. Размеры пластов бывают самые различные.
Одни из них протягиваются только на метры, другие — на
многие километры. У одних толщина измеряется
миллиметрами, у других — сотнями метров. Однако, несмотря
на различия в размерах, все это пласты.
49
Как возникают пласты горных пород!
Поначалу такой вопрос может показаться читателю
наивным. Достаточно представить мутную речную воду, в
паводок несущую огромную массу песка или ила. Вся эта взвесь
твердых частиц попадает в озеро, где течение воды
замирает, и начинается осаждение песчинок, а затем ила. Они
покрывают дно озера, и там возникает пласт песка, а
выше — слой ила.
Таким путем образуется лласт в озере или заливе,
отшнурованном песчаным валом от моря. Он занимает
небольшую площадь и протягивается на сотни метров, реже
километры. Однако в природе встречаются пласты гораздо
более крупные, прослеживающиеся без перерывов на
десятки и сотни километров. Таковы, например, пласты
белых кварцевых песков в Полтавской, Харьковской,
Киевской и смежных с ними областях Украины, получившие у
геологов название «полтавских». Конечно, ни ныне, ни в
геологическом прошлом нет и не было таких огромных рек,
которые выносили бы в море столь колоссальное
количество песка и образовывали бы пласты, протягивающиеся
на сотни километров. Значит, возникновение пластов
осадочных пород на дне морей и океанов нельзя объяснить
только простым накоплением осадочного материала. Дело
обстоит гораздо сложнее.
Пласты горных пород возникают несколькими путями,
но чаще всего они образуются при перемещении
береговой линии морей и океанов. Мы уже знаем, что море
не только разрушает берег, но и окатывает обломки
пород, а затем распределяет их на мороком дне по размерам.
У берега накапливаются самые крупные частицы —
валуны и галька, глубже располагается полоса песка, а еще
глубже — илистый материал. На еще большем удалении от
берега в области больших глубин осаждаются вещества
иного рода. Они образуются за счет гибели
микроорганизмов и водорослей, живущих в открытом море. Обычно на
дне глубокого моря накапливаются известняковые и
кремнистые раковинки, органический ил и некоторые другие
материалы.
Прежд|е чем выяснить, как образуется пласт,
попробуем установить, везде, ли, в любом ли участке моря накапли^
ваются осадки. Оказывается, это происходит не всюду.
Осадки накапливаются лишь там, где они после отложения
50
Рис. 19. Схема образования пластоа при перемещении берегоаой линии
(По Л. Б. Рухину)
1 — подстилающие породы; 2 — галька; 3 — песок; 4 — глина; 5 — известняк
не разрушаются. Значит, если дно моря испытывает
поднятие и находится в зоне разрушительной деятельности
морских волн (а глубина этой зоны достигает 200 м), слои
не возникают. Они формируются только, когда осадок на
дне моря постепенно погружается и захороняется более
молодыми отложениями.
Образование пластов происходит при перемещении
береговой линии. Обратимся к рис. 19, на котором начальный
уровень моря изображен горизонтальной линией (1). На
дне у берега накапливается галька, дальше песок, затем
глинистый и известняковый ил.
Дно моря постепенно опускается, через некоторое
время береговая линия переместится в глубь сутпи, тогда
уровень моря займет более высокое положение
(горизонтальная линия 2). В этом положении осадки расположатся в
обычной последовательности, но они уже будут сдвинуты
влево по сравнению с осадками первого уровня. Значит,
при передвижении береговой линии на сушу полосы
гальки, песка и ила также придвинутся к берегу, образуя
однородные по составу пласты. Так они становятся все шире.
Расширение пластов происходит до тех пор, пока
продолжается углубление дна моря, а береговая линия
продвигается в глубь суши. На схеме это показано линиями
7-6.
А будет ли продолжаться образование пластов, если
опускание морского дна сменится поднятием? Да, пласты
будут образовываться, но только до тех пор, пока
отложившийся осадочный материал не станет размываться мор-
51
Рис. 20. Песчаник с неровной поверхностью, возникший из мутьевого потока, Крым
(Фото В. И. Лебединского)
скими волнами. При поднятии морского дна граница суши
и моря сместится вправо, а с нею и все осадки. И чем
дальше отступит береговая линия, тем дальше сместятся
полосы гальки, песка и ила (линии 7—9). Таким образом, при
отступании моря образуются пласты разных осадков; из
них каждый вышележащий ложится на нижний с
меньшим размером составляющих обломков. Так возникают
пласты на дне моря.
Однако колебательные движения земной поверхности —
хотя и распространенная, но не единственная причина
образования пластов. Пласты возникают под влиянием
сезонных изменений, изменений погоды, роста организмов
и т. д.
Сезонные изменения влияют на отложение осадков в
озерах и прибрежных зонах морей, куда они приносятся
реками. Это бывает после половодий, охватывающих
огромные площади и осаждающих мощные скопления песка и
ила. Погода влияет и на накопление осадков. Пройдет
шторм или ураган, и в море начинается осаждение песка
на глубинах, где его обычно не бывает. А массовый рост
52
Морских организмов приводит к скоплению на дне их
скелетов и тоже заканчивается образованием более или
менее правильных пластов.
В последние годы выяснилось, что переслаивание
песчаных и глинистых пород возникает и под действием
мутьевых потоков. На крутых участках океанического дна
под влиянием сотрясений земной коры рыхлый песок
стремительно оползает и в виде мутной подводной реки
уносится в глубокие части. Там он осаждается пластом,
перекрывая глубоководный ил.
Пласты, образование которых не связано с
колебательными движениями земной коры, несколько отличаются.
Например, в пластах песчаников, образовавшихся под
действием мутьевых потоков, нижняя часть (подошва)
покрыта небольшими канавками и валиками (рис. 20). Это —
следы промоин, сделанных мутьевым потоком в иле на
океаническом дне.
Магма и разломы
Принято считать, что нет почти ничего общего в
образовании осадочных и изверженных пород, что возникают
они в результате проявления совершенно разных сил.
Осадочные породы — за счет сил, внешних по отношению
к Земле, магматические — за счет заключенных внутри
Земли. Однако общее состоит в том, что процесс
образования магматических и осадочных пород распадается на ряд
этапов. Путем переработки глубинного вещества и его
расплавления создается магма. Потом магма с больших
глубин поднимается вверх и достигает верхних частей земной
коры или извергается на поверхность в виде лавы.
Передвижение магмы по существу не отличается от
транспортировки и накопления осадочного материала. Затем
начинается охлаждение магмы, которое можно сравнить с
окаменением осадочного материала. Возникшая
магматическая порода вначале сильно нагрета; при охлаждении
изменяются ее минеральный состав и структура, что
легко сопоставить с окаменением осадка.
Значит, при образовании магматических пород мы
встречаемся с той же последовательностью явлений, что и
при образовании осадочных пород. Но протекают они в
совершенно разных условиях.
53
Подъем магмы нельзя представить без разломов или
трещин в земной коре, по которым огненно-жидкий
расплав выводится наверх. Если разбитые разломами участки
коры поднимаются, то образуется приподнятая местность,
подвергающаяся усиленному разрушению и дающая
осадочный материал. В опущенных участках происходит,
наоборот, накопление осадочного материала и его
окаменение.
Кроме того, разломы определяют формы залегания ряда
магматических пород.
Значение разломов очень наглядно выступает в
вулканических областях. Бывают случаи, когда земная кора
раскалывается и в ней появляются зияющие трещины
длиной в несколько километров, через которые и изливается
расплавленная лава. Так было в 1783 г. в Исландии, когда
в южной части страны образовалась трещина длиной
24 км. Через нее по обе стороны извергалась лава и
растекалась потоками длиной до 45 км. Перекрывая друг
друга, потоки лавы заполнили всю равнинную местность.
Подобную форму залегания вулканических пород геологи
называют лавовым покровом.
В современную геологическую эпоху лава поднимается
не только по трещинам коры, но главным образом по
каналам, уходящим на большие глубины. Поэтому такие
вулканы называются центральными. Роль разлома в
вулкане центрального типа не всегда явно проступает (разлом
иногда улавливается по вытянутости вулкана). Однако
если вулканов много, тогда видно, что они размещаются
не беспорядочно, а вдоль определенных линий — линий
разломов коры. Следовательно, и в случае образования
вулкана центрального типа магма поднимается из глубин по
разлому, но далеко не везде вдоль него существуют
благоприятные условия для движения магмы и ее выхода на
поверхность. Поэтому и возникают цепочки центральных
вулканов. Цепочки вулканов — залеченные глубокие раны
на теле земного шара.
Может показаться, что если лавовые потоки
возникают путем застывания расплавленной лавы, то все они
должны быть одинаковы, если не размером, то по форме,
особенностям строения и другим признакам. Но это далеко
не так. Все зависит от свойств лавы. Жидкая базальтовая
лава способна растекаться по земной поверхности со
скоростью 20 и даже 30 км/час. Застывая, она образует длин-
54
Рис. 21. Поток глыбовой лавы, излившейся из вулкана Апахончич
(Фото В. И. Лебединского)
ные, нередко до 40—60 км, потоки со сморщенной,
глянцевитой, словно стеклянной, поверхностью. Верхняя
поверхность застывшего потока обычно очень неровная и
волнообразная, а иногда как будто состоит из
перепутанных между собой толстых канатов. Лавы с такой
поверхностью называются волнистыми, или канатными. Потоки
волнистой лавы образуются, например, при извержении
вулканов Гавайских островов.
Вязкие лавы не способны течь так стремительно, как
жидкие; медленно, шаг за шагом продвигаются они по
долинам, проходя в час не более 10—15 м. Вязкая лава к
тому же быстро остывает; поэтому из нее получаются
короткие потоки, не превышающие в длину нескольких
километров. При остывании лава теряет много газов;
поэтому поверхность ее похожа на шлак. Застывая, поток
растрескивается до глубины нескольких метров и распадается
на отдельные глыбы, звучащие при ударе молотком
(рис. 21), с иззубренной и занозистой поверхностью, не
всегда прочно лежащие друг на друге. А под ними
находится массивная однородная лава.
Рис. 22. Вулкан Безымянный в сентябре 1964 г. Над разорванным кратером
подковообразной формы поднялся лавовый купол
(Фото В. И. Лебединского)
56
Рис. 23. Дайка магматической породы, отпрепарированная выветри-
■анием в аиде огромной вертикальной стены. Кара-Даг, Крым
(Фото В. И. Лебединского)
Две лавы разного состава. Одна подвижная, другая
вязкая. В одной было мало газов, в другой — много. Из
них возникли два потока совершенно разного строения.
А бывает и так, что вязкая дава в канале вулкана
настолько охладится, что на поверхность выдавливается в
виде купола очень вязкого вещества, не способного к
растеканию. Такой вулканический купол возник на глазах
геологов в 1955 г. после гигантского взрыва вулкана
Безымянного на Камчатке. Старый вулканический конус
Безымянного понизился на 200—3.00 м, а со дна возникшего
полукольца была выжата вязкая лава в виде купола
высотой более 300 м (рис. 22).
57
Частя магма не достигает поверхности и застывает на
глубине в трещинах, по которым она поднималась. В этих
условиях возникают особые магматические породы,
называемые глубинными. Массивы глубинных пород
отличаются друг от друга размерами, формой, особенностями
происхождения. При всем разнообразии есть у них одна
сходная черта — все тела глубинных пород образовались из
внедрившейся в земную кору магмы, поэтому их
объединяют в группу интрузивных тел (от латинского слова «ин-
трузио»—внедрение). Постепенно толщи покрывающих
горных пород уничтожались, и на поверхности обнажалась
застывшая в трещинах магма. Такую форму залегания
называют дайками. Нередко глубинные породы даек крепче
окружающих, тогда при выветривании дайки выступают в
виде стен (рис. 23). Этим обстоятельством и объясняется
название дайковой формы залегания (от шотландского
слова «дайкам — стена из камня).
Во многих случаях магма, проникая по трещинам, с
силой давила на окружающие горные породы, раздвигала
их и дробила и таким путем завоевала себе пространство
в глубинах Земли. Замечательным примером проявлений
механической активности магмы служат куполовидные
массивы магматических пород на Южном берегу Крыма.
Рис. 24. Мыс Плака с моря
(Фото В. И. Лебединского)
58
Кто плавал на катере от Алушты до Ялты, тот видел у
курорта «Кипарисное» скалистый мыс Плака (рис. 24). Он
закрывает с востока небольшую уютную бухту. Со
стороны моря мыс очень напоминает голову совы. Мыс Плака
сложен глубинными магматическими породами,
застывшими на небольшой глубине от поверхности. В результате
длительной эрозии глины и песчаники, в толще которых
застыл массив, были разрушены и массив оказался на
поверхности.
Замечательная особенность мыса Плака состоит в том,
что разрушение нигде не коснулось самого массива.
Подобно ядру ореха, освобожденному от скорлупы, массив
только что «вылупился» из окружающих осадочных пород, и
выветривание еще не успело его разрушить. Отчетливо
видно, что массив представляет собой короткое
гребневидное тело, в верхней части переходящее в свод. А у самой
воды боковые стенки массива местами сближаются, будучи
наклонены навстречу друг другу.
Форму массива хорошо подчеркивают также
концентрические трещины, разделяющие мыс Плака на огромные
каменные «скорлупы». Все эти признаки указывают на то,
что массив с глубиной сужается. По-видимому, он
образовался не путем спокойного застывания расплава, проник-
ягего в земную кору, а в условиях активного воздействия
магмы на окружающие осадочные породы. Под давлением
магма механическими усилиями завоевала для себя
пространство. Именно поэтому массив в средней части шире,
чем вверху и внизу.
Конечно, далеко не во всех случаях четко видна связь
формы магматических тел с разломами. При
формировании массивов изверженных пород большая роль нередко
принадлежит иным процессам, но об этом речь пойдет
в других главах.
Геология и время
«Однажды я проходил по улицам весьма древнего и
удивительно многолюдного города и спросил одного из
жителей, давно ли он основан?
—- Действительно, это великий город, — отвечал
горожанин, — но мы йе знаем, с какой поры он существует.
Пятьсот лет спустя я снова проходил по тому же
самому месту и не заметил ни малейших признаков населения;
59
я спросил крестьянина, косившего траву на месте прежней
столицы, давно ли она разрушена?
— Странный вопрос! — отвечал он. — Эта земля
никогда ничем не отличалась от той, какой ты теперь ее
видишь!
— Но разве прежде не было здесь богатого города? —
сказал я. — Никогда, — отвечали мне, — по крайней мере
мы никогда его не видели, да и отцы наши нам ничего об
этом не говорили.
Возвратившись еще через пятьсот лет, Кидца нашел
на том месте море, а на берегу его толпу рыбаков, которые
на вопрос, давно ли земля эта покрылась водой, отвечали,
что это место всегда было таким же, как теперь...»
Это отрывок из сочинения арабского писателя XIII в.
Магомеда Кацвини об аллегорическом путешествии
Кидца. В фрагменте ярко выражено представление об
изменяемости Земли, о смене одного ландшафта другим.
Однако меняется не только поверхность нашей планеты, но и
глубокие ее части.
Писатели-фантасты много раз обращались к
путешествиям в далекое прошлое. Герой Герберта Уэллса совершил
его в фантастической машине времени из никеля и
горного хрусталя, окруженный рычагами и циферблатами
сложных приборов. Профессор Челленджер из романа Конан
Дойля «Затерянный мир» попал в мир вымерших животных
в центре Южной Америки. А академик В. А. Обручев в
романе «Плутония» перенес читателя в подземную пустоту
с сохранившимися там древнейшими организмами.
Но все это из области фантастики. Геолог в наше время
погружается в глубь тысячелетий, вооруженный не только
классическими приемами геологических исследований, но
и новейшими данными, основанными на превращениях
химических элементов.
История нашей планеты длительна, она исчисляется,
по крайней мере, 4—5 млрд. лет. Геологические
документы долговечнее и прочнее любых свидетельств об истории
человеческого общества, они написаны не на пергаменте,
коже или бумаге, а на горных породах. Именно по ним
можно датировать события геологического прошлого.
В геологии различают относительную и абсолютную
геохронологию событий, горных пород, минералов.
Относительная геохронология дает возможность определять
только последовательность событий. Одни происходили раньше,
60
Рис. 25. Ракошины ископаемых моллюскош ■ керченской железной
РУДв.
(Фото В. И. Лебединского)
другие — позже. Абсолютная геохронология позволяет
определять время геологических событий в тысячах и
миллионах лет, отделяющих это событие от нашей эпохи.
Относительная геохронология пользуется разными
методами, однако главным из них является
палеонтологический. Он основан на изучении ископаемых остатков
организмов (рис. 25), заключенных в осадочных породах.
Ископаемые остатки — это минерализованные кости и
раковины, иногда — отпечатки растений и животных и
даже оставленные ими следы.
Относительная геохронология основывается на том, что
органический мир Земли испытал длительную и сложную
эволюцию, прежде чем приобрел современный облик.
Вначале, после образования Земли как планеты, на ней не
было никакой жизни. Затем появились примитивные
одноклеточные организмы, остатков которых почти не
сохранилось. Постепенно жизнь усложнялась, на смену простым
организмам приходили более совершенные. Последним
звеном в развитии органического мира явился человек. В
геологическом масштабе времени он — совсем молодой
обитатель нашей планеты. Его геологический возраст не
превышает миллиона лет.
61
В слоях земной коры, как по полочкам в музее,
разложены остатки некогда живших существ. В каждую
эпоху истории Земли жили определенные виды организмов.
Сравнивая друг с другом окаменелости, собранные из
разных слоев, можно узнать, как менялся животный и
растительный мир Земли.
Однако далеко не каждый ископаемый организм
пригоден для определения относительного геологического
возраста слоев. Некоторые группы организмов в течение
длительного времени почти не испытали изменений; они
не годятся для определения геологического возраста. Зато
большую роль играют организмы, быстро менявшиеся с
ходом времени. Такие организмы, жившие сравнительно
недолго, а затем быстро вымершие или резко
изменившиеся, исключительно важны для относительной
геохронологии. В ископаемом состоянии они называются
«руководящими окаменелостями».
Большое число руководящих ископаемых составляют
панцирные рыбы, моллюски, кораллы, простейшие
животные и другие организмы. Так, многие виды аммонитов —
вымерших животных из класса моллюсков — жили очень
короткое время. Они встречаются в толщах пластов
мощностью всего в десятки и даже единицы метров, что по
времени отвечает нескольким сотням тысячелетий. По
окаменелым аммонитам выделяют зоны слоев, например с
Паркинсониа Паркинсони, Кардиоцерас Альтернанс и др.
Окаменелости позволяют определить относительный
возраст осадочных пород и сравнить между собой по
возрасту породы не только из разных частей одного района,
но и с разных континентов, разделенных тысячами
километров. Так, по одинаковым окаменелостям найдены
горные породы, образовавшиеся в одно время в Европе, Азии,
Африке и других материках. Например, в некоторых
известняках в изобилии встречаются раковины ископаемого
сравнительно просто организованного существа
Нуммулита (корненожка из простейших). Они по форме
напоминают чечевицу или монету, с чем и связано их название
(«нуммулюс» по-латыни — монета).
Нуммулиты получили широкое развитие в
палеогеновый период истории Земли, когда из раковин этих погибших
животных сформировались нуммулитовые известняки. Они
слагают горные хребты Крыма, плоскогорье Сахары в
Северной Африке (из нуммулитовых известняков сделаны
62
пирамиды египетских фараонов), Кордильеры в Северной
Америке и т. д.
Интересно, что на окаменевшие раковины нуммулитов
обратили внимание еще в античное время. Греческий
географ Страбон (около 2 тыс. лет назад) узнал, что в
окрестностях египетских пирамид в большом количестве
встречаются загадочные камешки. Он заинтересовался ими и
специально приехал в Египет. Вокруг пирамид Страбон
действительно нашел камешки в виде чечевицы. Однако
он не мог объяснить, что это за образования, но в своих
трудах сообщил, что местные жители принимают эти
камни за окаменевшую чечевицу, которой будто бы кормили
рабов во время постройки пирамид.
Еще в прошлом столетии геологи собрали огромное
количество окаменелостей из разных пластов горных пород
на всех материках. Обобщив эти данные, они разделили
историю Земли на несколько эр: археозойскую (эра
древнейшей жизни), протерозойскую (эра первобытной жизни),
палеозойскую (эра древней жизни), мезозойскую (эра
средней жизни) и кайнозойскую (эра новой жизни).
Каждая эра охватывает огромные промежутки времени (150—
300 млн. лет и более). Нужно было выделить и меньшие
промежутки времени геологической истории. Поэтому эры
разделили на части, названные периодами. Эти последние
были подразделены на более мелкие единицы
—геологические эпохи, а последние на геологические века
(таблица на стр. 65).
К сказанному об относительной геохронологии нужно
еще добавить, что в течение каждого отрезка
геологического времени, большого или малого, образуются толщи
горных пород, получившие свои особые названия: группа,
система, отдел, ярус. Группа включает толщи горных
пород, образовавшихся в течение геологической эры;
система — в течение геологического периода; отдел — в течение
одной эпохи; ярус — за время геологического века. Таким
образом, летопись Земли, записанную самой природой в
слоях осадочных пород, можно сравнить с объемистой
каменной книгой, состоящей из томов, глав, разделов и
параграфов. Тома соответствуют группам, главы — системам,
разделы — отделам, параграфы — ярусам.
В приведенной геохронологической таблице показана
не только последовательность этапов геологической
истории, но и продолжительность каждого этапа. Продолжи-
63
тельность в миллионах лет — это уже абсолютная
геохронология. Еще в прошлом веке разными путями геологи
пытались определить продолжительность геологических
событий (например, по количеству поступавших ежегодно
солей в океан), но все эти попытки не были достаточно
точными. Надежный метод определения абсолютного
возраста горных пород появился только на рубеже XIX и
XX вв., когда стали известны естественные превращения
радиоактивных элементов.
Оказалось, что некоторые элементы способны
самопроизвольно разрушаться, превращаясь в конечном счете в
иные, более устойчивые элементы. Так, изотопы урана U238
и U235 и изотоп тория Th232 в результате радиоактивного
распада превращаются в атомы гелия и свинца.
Радиоактивный изотоп калия К40, распадаясь, выделяет Аг40
(атмосферный аргон представлен более легким изотопом Аг36).
Очень важно, что радиоактивный распад при любых
физических условиях на Земле протекает с постоянной
скоростью. Подсчитано, что в течение 65 млн. лет распадается
только один процент урана от его первоначального
количества с выделением радиогенного свинца. Для распада
еще одного процента оставшегося урана потребуется еще
65 млн. лет, при этом выделится радиогенный свинец.
Следовательно, чем больше накопилось в урановом минерале
свинца, тем возраст этого минерала древнее. Подобная
картина характерна и для минералов с иными радиоактивны-
ми элементами, скорость распада которых отличается от
скорости распада урана. Эта замечательная особенность
позволяет использовать радиоактивные минералы как
своего рода геологические часы. Зная количество
радиоактивного элемента и продуктов его распада в минерале, а также
скорость, с какой идет этот процесс, можно определить
время образования первичного радиоактивного минерала.
Для самых юных геологических образований
используется особый, так называемый радиоуглеродный метод.
Основан он на быстром распаде радиоактивного изотопа
углерода С14, который образуется в верхних слоях
атмосферы под влиянием бомбардировки атомов азота
космическими частицами. Затем воздушными течениями
радиоактивный углерод опускается на Землю и окисляется. Так
возникает двуокись радиактивного углерода, которая, как
и двуокись обычного углерода, усваивается растениями. В
организмах постоянно идет обмен между углеродом, заклю-
64
Геохронологическая таблица
Эра, млн. лет
Кайнозойская, 70
Мезозойская, 155
Палеозойская, 345
Протерозойская, 1280
Архейская,
1650
Период и его
продолжительность, млн. лет
Четвертичный,
1
Неогеновый,
24—25
Палеогеновый,
45
Меловой, 70
Юрский, 45
Триасовый, 40
Пермский, 45
К аменноуголь-
ный, 50
Девонский, 80
Силурийский,
20
Ордовикский,
60
Кембрийский,
| 90
Время,
про1гедтгее
о начала
периода,
млн. лет
1
25
70
140
185
225
270
320
400
420
480
570
1850
3500
Главнейтгие особенности
органического мира
Появление и развитие
человека
Развитие млекопитающих и
покрытосеменных растений
Примитивные
млекопитающие
Первые покрытосеменные
растения. Вымирание
гигантских рептилий и аммонитов
Расцвет гигантских
рептилий. Появление птиц.
Аммониты и белемниты.
Цикадовые и хвойные растения
Рептилии. Аммониты.
Цикадовые, хвойные и гинкговые
растения
Появление рептилий,
хвойных и цикадовых растений
Плауновые и хвощевые
древовидные растения. Древе-
видные папоротники.
Амфибии
Псилофиты. Панцирные
рыбы. Развитие древних
кораллов
Псилофиты. Трилобиты
Трилобиты
Водоросли. Беспозвоночные
Водоросли. Беспозвоночные
Зарождение примитивных
| форм жизни в конце эры
4 Популярная петрография
65
ченным в углекислоте воздуха, и органическим углеродом,
участвующим в строении живой ткани. Поэтому в живых
растениях и животных содержание С14 остается
постоянным. Но как только животное или растение умирает,
относительное количество изотопа С14 в нем начинает
уменьшаться за счет радиоактивного распада.
Время полураспада G14 составляет приблизительно
5600 лет. Зная средний процент содержания в древесине
или костях животных различных изотопов, можно
подсчитать, сколько лет пролежали органические остатки в
земле. Так по содержанию радиоактивного углерода в
костях был установлен возраст обнаруженного на Таймыре
мамонта. Он оказался равным 12 тыс. лет.
Радиоуглеродный метод имеет особенно большое значение в археологии,
благодаря ему создана абсолютная шкала времени для
исторического периода развития человеческой культуры (за
последние 5—6 тыс. лет).
Значит, по радиевым, ториевым, калиевым и другим
радиоактивным «часам» можно узнать абсолютный возраст
геологических событий. Определение абсолютного
возраста минералов и горных пород при помощи радиоактивных
минералов является одним из крупнейших достижений
геологической науки последнего времени и имеет большое
теоретическое и практическое значение. Оказалось, что
самые древние горные породы нашей страны имеют
абсолютный возраст около 3,5 млрд. лет (Карелия). Таким
образом, возраст Земли как небесного тела должен быть еще
больше. Считают, что наша планета образовалась 4,5—5
млрд. лет назад.
Хронология новейшего этапа геологической истории
выглядит следующим образом:
Появление человека 1 000 000 лет назад
Начало ледниковых эпох 1000 000 » »
Конец последней ледниковой эпохи 10 000 » »
Начало тонкой обработки камня . 7000 » »
Начала века меди . .* 6000 » »
Начало века железа . 3000 » »
V.
потомство
МОГУЧЕЙ ГРАНИТНОЙ МАГМЫ
Породы, возникшие из гранитной магмы, очень
разнообразны и широко распространены. Достаточно бегло
взглянуть на пестрый узор геологической карты Советского
Союза, чтобы увидеть множество красных пятен. Одни из них
занимают целые края, например Кольский полуостров,
другие — область среднего течения такой огромной реки,
как Днепр, третьи вытянулись в виде овалов в горах
северо-востока СССР, Казахстана, Кавказа и т. д. Этими
красными пятнами геологи обозначили массивы застывшей на
глубине кислой (богатой ЭЮг) гранитной магмы. А на
Дальнем Востоке, в Казахстане \к других частях нашей
страны мы увидим на геологической карте оранжевые
пятна. Ими обозначены вулканические породы и туфы,
возникшие из кислой лавы.
Исключительное значение гранитной магмы в
образовании магматических пород бесспорно. Академик Ф. Ю. Ле-
винсон-Лессинг еще в конце прошлого века пришел к
выводу, что роль гранитной магмы гораздо значительнее, чем
многих иных силикатных расплавов, время от времени
появляющихся в жизни Земли. Гранитная магма — одна из
немногих родоначальных магм. Из нее разными путями
возникли разнообразные магматические породы. Одни из
них образовались на поверхности — это породы так
называемой вулканической линии. Другие застыли на глубине
в виде различных гранитов.
Вулканическая линия
Все особенности залегания кислых вулканических пород и
их строения самым тесным образом связаны со
свойствами кислой лавы. В ее химическом составе очень много
(больше 65%) кремнезема — соединения, в расплавленном
4* ф7
Рис. 26, Вулканический конус с излившимся из него потоком кислой лам. Остро!
Липари, Средиземное море
(Из книги А. Н. Заварицкого)
состоянии очень вязкого. Вот почему кислые лавы не так
уж часто достигают поверхности Земли, а появившись,
нагромождаются в виде вулканических куполов или
растекаются на короткие расстояния, образуя небольшие потоки
(рис. 26) и покровы.
В кислой лаве мало железа и магния, образующих тем-
ноокрашенные минералы, поэтому кислые вулканические
породы, как правило, светлые — серые, розовые,
желтоватые и др. В этих породах очень часто выражено
порфировое строение — на фоне плотной шероховатой основной
массы выделяются крупные кристаллы серого кварца,
нередко с ярким блеском, и прозрачного, словно стекло,
полевого шпата с блестящими гранями. Такие породы
называют липаритами. Если кислые вулканические породы
пережили сложную историю — а это видно по потускневшим
вкрапленникам полевого шпата и утратившей
шероховатость основной массе — их называют кварцевыми
порфирами.
Бывает и так, что лава настолько быстро остывает, что
атомы и группы атомов не успевают собраться в постройки
с правильным внутренним строением — кристаллы. Тогда
лава застывает без кристаллизации, сохраняя
неупорядоченное внутреннее строение, свойственное жидкости.
Получается вулканическое стекло, которое по существу
представляет собой переохлажденную, чрезвычайно вязкую
лаву.
68
Вулканическое стекло, на первый взгляд,—твердое
вещество, но с научной точки зрения оно занимает
промежуточное положение между жидким и кристаллическим.
При переходе вещества из жидкого состояния в
кристаллическое происходит перегруппировка беспорядочно
расположенных разнородных частиц в стройную систему.
Чем подвижнее жидкость, а ее частички легче
перемещаются, тем легче она кристаллизуется. И наоборот, чем
вязче жидкость, а ее частички соответственно труднее
перемещаются, тем труднее она кристаллизуется. В этом
случае для смещения частиц нужна большая затрата энергии,
соизмеримая с энергией, связывающей частицы, поэтому
перегруппировка атомов происходит медленно.
При быстром охлаждении вязкого расплава частицы
не успевают перегруппироваться и построить
геометрически правильную решетку. Поэтому при затвердевании
сохраняется неупорядоченность, свойственная жидкому
состоянию. Но колебания атомов в вулканическом стекле
происходят, как в твердом веществе. Таковы особенности
внутреннего строения стекла. На рис. 27 на примере
двуокиси кремния показаны особенности внутреннего
строения стекловатого и кристаллического веществ.
Неупорядоченное внутреннее строение стекла находит
свое выражение в его внешних свойствах. В отличие от
кристаллов с их правильным расположением ионов или
других элементарных частиц и соответственно способностью
легко раскалываться вдоль некоторых плоскостей (вдоль
Рис. 27. Схема строения твердой двуокиси кремния. Геометрически
неупорядоченная сетке атомных связей у стеклообразной {1\ и геометрически
упорядоченная сетка тех же саязей у кристаллической двуокиси кремния (2|;
темные кружки — кремний, светлые — кислород.. Четвертый атом кислорода.
у кремния находится вне площади рисунка
(По Р, Г). Мюллеру)
них внутренние силы слабее всего), у стекла эта
способность отсутствует. При ударе оно разбивается по
всевозможным направлениям на куски неправильной формы. Так
как вещество это некристаллическое, то края его очень
острые и режущие, а поверхность излойа гладкая.
Эти физические свойства вулканического стекла были
хорошо известны первобытному человеку и прекрасно им
использовались. Острым обломком он рассекал тушу
убитого животного. Потом узнал, что при умелом ударе
куски вулканического стекла раскалываются на тонкие
осколки с режущими краями. Из такого камня первобытный
человек делал оружие и орудия труда: ножи, наконечники
стрел и копий, топоры, долота и скребки.
Широко использовал первобытный человек и
обсидиан — кислое безводное вулканическое стекло.
Правда, не всегда ясно, как обсидиан мог попасть
в районы, где не было молодых вулканов, например в
Краснодарский край. Откуда же первобытные люди, жившие
десятки тысяч лет назад на территории современного При-
кубанья, брали обсидиан? Было высказано предположение,
что он поступал из Армении, где этого камня
действительно очень много. Но в таком случае обсидиан должны были
доставлять на расстояние не менее чем 600—700 км,
переваливая при этом через высокий Кавказский хребет,
покрытый вечным снегом. И это в каменном веке, когда не
было дорог и далекий путь был особенно трудным!
Возникло контрпредположение — а не поступал ли
обсидиан из других, более близких месторождений?
Петрографы тщательно изучили оптические свойства
обсидиановых изделий из стоянок каменного человека в
Краснодарском крае и натурального обсидиана из месторождений
Армении, Грузии и месторождений Чегемского и Заюковско-
го на Северо-Западном Кавказе.
Оказалось, что по показателю преломления 1,487,
особенностям строения и окраски вулканического стекла
обсидиан орудий в точности совпадает с обсидианом
северокавказских месторождений и вместе с тем отличается от
армянского и грузинского. Так было доказано местное
происхождение обсидиана Прикубанья. Путь до него не
превышал 200—250 км.
Кислые вулканические стекла разнообразны по
внешнему виду и свойствам. А некоторые из них просто
удивительны. Например, сильно пористая, плавающая на воде
70
пемза. Это своего рода каменная вата, которая состоит
из вулканического стекла. Пемза образуется всякий раз,
когда из быстро застывающей лавы выделяется огромное
количество водяного пара и других газов.
Очень любопытен перлит — плотное вулканическое
стекло серого, голубоватого или желтоватого цвета с
восковым или эмалевым блеском. В нем видны небольшие
скорлуповатые шарики, напоминающие жемчужины. Этой
особенностью породы объясняется ее название (от
немецкого слова «перле» — жемчуг).
Удивительные свойства перлита обнаруживаются при
нагреве кусочков породы до 1000—1250°, когда стекло
размягчается, становится вязким и затем быстро
вспучивается. Резкое увеличение объема стекла происходит за счет
растворенной в нем воды. При высокой температуре вода
освобождается из стекла, переходит в пар, а он-то и
вспучивает вязкое стекло.
Вспученный перлит — удивительно легкий однородный
ячеистый материал белого или светло-коричневого цвета.
В нем очень много закрытых пор, т. е. пустот, не
связанных друг с другом; бывает так, что на долю пор
приходится до 60—90% объема вспученной породы. Поэтому у
вспученного перлитового щебня объемный вес очень
низкий, один его кубический метр может весить всего 200—
500 кг. Он является одним из самых легких заполнителей,
используемых в строительной промышленности.
Вспученный перлит применяется не только для изготовления легких
строительных изделий, но и для производства тепло- и
звукоизоляционных материалов. В сельском хозяйстве он
служит носителем удобрений и ядохимикатов, особенно
жидких; жидкость, пропитав пористый перлит, медленно, в
течение ряда лет уходит из его пор в почву и тем самым
длительное время благотворно влияет на рост растений.
Перед нами образец стекловатой лавы с удивительной
историей. Он взят из жерла древнего вулкана в
окрестностях города Калган в Северном Китае. Это темноокра-
шенное, почти черное вулканическое стекло с
рассеянными в нем каплеобразными выделениями другого стекла
коричневого цвета (рис. 28). В отдельных участках
каплеобразных выделений так много, что они составляют до
30—40% объема породы. Шарики при этом нередко
примыкают друг к другу, а иногда соединяются в линзочки и
даже тонкие слои толщиной до 5—7 мм.
71
Рис. 28. Полированный образец черной стекловатой
лавы с шариками коричневого вулканического стекла
(Фото В4 И. Лебединского)
Хотя вся лава застыла в виде стекла, но преобладающее
в ней темное вулканическое стекло с «плавающими»
коричневыми шариками отличаются по химическому
составу. Особенно это заметно по количеству кремнезема — в
темном вулканическом стекле его около 67,5%, а в
коричневых шариках 72,8%. Различие, как видно,
внушительное—более 5%.
Как возникла эта стекловатая вулканическая порода,
состоящая из двух видов естественного стекла?
Образование таких довольно редких горных пород объясняется
распадом огненно-жидкой лавы на несмешивающиеся между
собой жидкости. В расплаве капли одной жидкости
плавали в другой жщщости. В текущей лаве отдельные капли
сближались, соединялись и вытягивались в линзочки.
Затем последовало быстрое охлаждение, закрепившее в
твердом состоянии разделение лавы на две жидкости,
своего рода «дочерние» лавы.
11
Следовательно, в некоторых случаях магма
разделяется на несмешивающиеся между собой жидкости.
Благодаря этому явлению можно объяснить многообразие
изверженных пород.
А теперь без видимой связи с содержанием этой главы
поговорим о... космических путешествиях. Подготовка к
полетам в космос заставила ученых задуматься о почве
для внеземных оранжерей. Ведь во время длительных
космических перелетов придется выращивать овощи на борту
межпланетных кораблей. Тогда можна будет создать в
космосе «земной круговорот веществ» и предложить
космонавтам свежие овощи. Биологи провели
соответствующие исследования и установили, что одной из лучших
искусственных почв для внеземных оранжерей может
служить вспученный перлит. Этот пористый и очень легкий
материал, хорошо впитывающий и удерживающий влагу,
оказался вполне пригодным для выращивания овощей на
борту будущих спутников и межпланетных кораблей...
Всего лишь несколько десятков лет назад была
разгадана тайна происхождения огромных толщ вулканических
горных пород, очень похожих на кислые лавы и раньше
считавшихся лавами. В Северной Америке, Новой
Зеландии, Средней Азии, Армении, на Дальнем Востоке и в
других местах давно известны огромные площади,
занятые кислыми вулканическими породами. Колоссальные
размеры этих толщ, занимающие по площади тысячи квадрат-
пых километров и достигающие мощности многих сотен
метров, никак не увязывались с представлением о вязком
состоянии кислой лавы, не способной к растеканию на
большие расстояния.
Разгадка образования огромных толщ кислых
вулканических пороД была найдена в Новой Зеландии.
Тщательное изучение их показало, что они сложены не одной
породой, а несколькими. Внизу находятся пористые,
наподобие пемзы, рыхлые отложения; выше они постепенно
переходят в плотную массу, состоящую из сварившихся
кусочков лавы; самая верхняя часть состоит из пористых
пемзовидных кусочков лавы.
Оказалось, что толщи, считавшиеся покровами кислой
лавы, в действительности целиком состоят из пирокласти-
ческого материала, но с особыми свойствами. Он выпадал
на поверхность Земли горячим (и потому был в
пластическом состоянии). В средней части этой толщи, где
73
остывание шло медленнее всего, пирокластичеокие
частички слипались в компактную плотную, наподобие
вулканической породы, массу. А в нижней и верхней чаетях
покрова, где потеря тепла шла гораздо скорее, пирокласти-
ческие частицы уже не слипались и потому сохранили
рыхлость.
Сваренные туфы кислого состава, внешне сходные с
застывшей лавой, назвали игнимбритами. Название это
происходит от латинских слов «игнис» — огонь и «им-
бер» — ливень, что"в целом значит — образованные
«огненным ливнем».
Возможно, что игаимбриты возникли при особого рода
вулканических извержениях, когда по земной поверхности
вместе с газом бурно неслись раскаленные капли и струи
жидкой или пластичной лавы. Этим путем накапливались
рыхлые игнимбритовые отложения, а они уже в
зависимости от температуры, давления, оказываемого верхними
горизонтами той же толщи, и количества летучих веществ
либо сваривались (в центральных частях), либо
оставались рыхлыми (вверху и внизу).
Игнимбритовые извержения происходили не только в
геологическом прошлом. Подобное извержение было,
например, в 1912 г. на Аляске, когда вулкан Катмаи
выбросил из недр гигантскую струю раскаленного
вулканического песка.
На крайнем юге нашей страны, в солнечной Армении,
где совсем недавно, геологически «вчера», еще бурно
действовали вулканы, широко распространены игнимбриты.
Они образуют обширные покровы, строение которых
прекрасно видно в крутых обрывах речных долин (рис. 29).
Армянские игнимбриты давно завоевали славу
замечательного строительного материала: при вполне достаточной
прочности они легко механически обрабатываются,
колются и режутся. Эта их особенность позволяет без труда
получать куски и глыбы любых размеров и формы прямо в
карьере с помощью механических круглых пил.
Не менее важная особенность игнимбритов,
заключающаяся в их пористом строении,— легкость по сравнению с
другими естественными строительными материалами.
Блок игнимбрита в 1,5—2 раза легче блока такого же
объема из любой другой породы. А некоторые сорта
игнимбритов настолько легки, что плавают на воде! Игнимбриты
поддаются скульптурной обработке и могут использоваться
74
Рис. 29. Скалы игнимбритов в долине реки Аштарак, Армения
(Фото В. И. Лебединского)
как ценный декоративный материал. Кроме того, у камня
удивительно красивая раскраска — на красном, оранжевом
и коричневом фоне встречаются черные пятна.
Эти ценные свойства игнимбритов были известны
давно. В Армении, Турции, Иране игнимбриты много веков
назад нашли широкое применение в строительстве
крупных зданий — церквей, замков, крепостей, памятников.
В необработанном виде этот камень шел на постройку
крестьянских хижин, стен, заборов, для мощения дорог и т. п.
А сейчас в Ереване можно любоваться новыми широкими
улицами и проспектами, полностью застроенными
оранжево- и коричнево-красными многоэтажными домами из иг-
нимбрита. Особенно красив ансамбль зданий на площади
им. Ленина, выстроенных в стиле древней армянской
архитектуры.
Гранит вокруг нас
Трудно найти человека, который не видел бы гранита.
На улицах и площадях, бульварах и набережных, в
парках и скверах больших городов можно видеть красивый,
сияющий гранями кристаллов крепкий камень розового,
75
красного, коричневого или серого цвета. Из него
высечены монументальные памятники. Для памятника Карлу
Марксу в Москве скульпторы после длительных поисков
в разных уголках нашей страны остановили свой выбор
на сером граните из Днепропетровской области. Отсюда был
добыт огромный монолит гранита размером 15 X 5 X 3,6 м
и весом 750 т!
В историческом Мавзолее Ленина с черным габбро,
темным и светлым лабрадоритом красиво сочетается
красный гранит. Удивительно интересен гранитный цоколь
гостиницы «Москва», сделанный из украинского гранита,
прорезанного жилами. Из красного гранита высечен
памятник Владимиру Ильичу Ленину в Киеве на бульваре
Шевченко. Лучшие постаменты для монументальных
памятников делаются из гранита.
Особенно много его в Ленинграде. Грандиозные
гранитные колонны выстроились у входа в Исаакиевский собор,
на огромной гранитной скале, вывезенной из Финляндии,
высится памятник Петру I (рис. 30). Кстати, на
набережной Невы у здания Академии художеств можно видеть
одну из древнейших скульптур из гранита — сфинкс
египетской работы XV в. до н. э., привезенный в Россию из
Фив в 1832 г.
Гранит замечателен еще и тем, что он образует самые
крупные монолиты. «Чемпионом» среди них является
монолит, из которого изготовлена Александровская колонна
на Дворцовой площади в Ленинграде. Первоначально этот
монолит весил 3700 т и имел длину 30 м! Затем его
обтесали и высекли колонну длиной 25,6 м и диаметром 3,6 м.
Но даже и в таком обработанном виде Александровская
колонна является величайшим изделием из монолитного
камня. Выдающиеся размеры и у грандиозного валуна, из
которого высечено подножие «Медного всадника» в
Ленинграде. Длина скалы 13,4 м, ширина 6,7 м и высота 8,2 м!
В современном строительстве граниту принадлежит
очень большая роль. На облицовку, например, новых
московских мостов потребовалось 3 тыс. вагонов гранита.
Гранит не только красив, он надежный, крепкий и
прочный камень. Поэтому он нашел и более прозаическое
применение. На гранитных фундаментах покоятся самые
тяжелые и большие здания. Гранитная щебенка кладется
в основание автострад. Гранитной брусчаткой вымощены
улицы многих городов.
76
Рис. 30. Памятник Петру I в Ленинграде. Постамент сделан из серого гранита.
(Фото В. И. Лебединского)
Чем же объясняются замечательные свойства гранита
как строительного и облицовочного камня? Они вытекают
из его минерального состава и строения. Поговорим об
этом.
Минеральный состав гранитов довольно прост —
примерно 90% объема камня захватили три минерала: кварц
и два вида полевых шйатов — калиевый шпат и плагиоклаз
(точнее кислый плагиоклаз; в нем натрия гораздо больше,
чем кальция). Из этих трех минералов (их называют
породообразующими) более всего распространен калиевый
шпат. В небольшом количестве встречаются слюда и
роговая обманка (эти минералы называют
второстепенными) .
Окраска гранитов обусловлена цветом преобладающего
минерала — калиевого шпата. Встречаются граниты серые,
розовые, мясо-красные, коричневые, зеленоватые, даже
синевато-серые и почти черные. Полировка
облагораживает гранит и сообщает ему необыкновенную красоту,
особенно крупнозернистому.
77
Прочность гранитов определяется твердостью главных
минералов: полевых шпатов и кварца. Как известно,
твердость минерала характеризуется сопротивлением, которое
он оказывает механическому воздействию другого, более
прочного тела. Приближенно твердость можно определить,
если сделать царапины на эталонных минералах по
шкале Мооса. В шкале минералы расположены в порядке
возрастания твердости, а порядковый номер дает твердость
в условных единицах:
1. Тальк 7. Кварц
2. Гипс 6. Полевой шпат
3. Кальцит 8. Топаз
4. Флюорит 9. Корунд
5. Апатит 10. Алмаз
Как видим, главные минералы гранитов — полевые
шпаты и кварцы — относятся к твердым (твердость
соответственно 6 и 7 единиц шкалы Мооса). К этому над|о еще
добавить, что минералы самым тесным образом, без
зазоров, соприкасаются друг с другом. Все это вместе
взятое обусловливает высокую прочность гранитов. Он — один
из самых прочных строительных материалов, хорошие
сорта гранита выдерживают нагрузку в 2000—2500 кг/см2.
Но гранит не только ценный строительный и
декоративный камень. В последнее время выяснилось, что он
может использоваться как... руда редких элементов.
Точнейшие химические и спектральные анализы показали, что в
граните содержатся почти все элементы таблицы
Менделеева, в том числе и редкие элементы. Правда, количество
редких элементов ничтожно, измеряется только
тысячными, десятитысячными и даже еще меньшими долями
процента. Сосредоточены они в так называемых акцессорных
минералах — цирконе, монаците, ортите и др., количество
которых незначительно и только в редких случаях
достигает 1 %. Но зато граниты занимают огромные площади на
поверхности Земли, и поэтому в них заключены
колоссальные количества редких элементов.
Известно, что только в 1 км3 гранита находится лития
112 000 т, урана, главной «пищи» ядерных реакторов —
10 000 т, ниобия — 84 000 т.
Уже проведены успешные опыты по добыче редких
элементов из гранита. В Бразилии получили тантал, в Аф-
78
рике — ниобий. Но это только первые шаги. В недалеком
будущем будут заложены многокилометровые карьеры и
мощные термобуры глубоко проникнут в гранит.
Граниты из магмы
С точки зрения науки о камне, можно сказать, что гранит
образовался из застывшей в глубинах Земли кислой
магмы. Как и вое глубинные породы, он обладает
полнокристаллическим строением, в нем нет ни вулканического
стекла, еж очень мелких кристалликов, различимых только
под микроскопом. Именно с этими свойствами связано
название гранита, появившееся в XVI в. Оно происходит от
латинского слова «гранум» — зерно. В те времена человек
различал немного камней и все зернистые породы называл
гранитами. Позже название вошло в геологию, но одной
зернистости породы оказалось недостаточно, чтобы
относить ее к гранитам. С понятием «гранит» нераздельно
связан определенный минеральный состав.
В земной коре граниты часто слагают огромные
массивы с относительно плоской верхней поверхностью и
крутыми боковыми стенками. Такие массивы занимают
колоссальные пространства: в Киргизской степи, например,
встречаются тела размерами около 10 000 км2; граниты
Аляски: обнажены на площади около 100 000 км2. Долгое
время считали, что у таких массивов нет «дна» и что они
своими корнями уходят на большие глубины, прямо до
очагов гранитной магмы. Отсюда и название этих тел —
батолиты (от греческого слова «батос»—глубина).
Однако представление о батолитовой форме залегания
гранитов теперь вызывает ряд сомнений. Трудно,
например, представить непосредственную связь с
магматическими очагами этих огромных гранитных масс, да еще при
непрерывном увеличении с глубиной их поперечных
размеров. Еще труднее объяснить, каким образом батолиты
смогли завоевать в земной коре огромные пространства.
Некоторые ученые предполагают, что по мере
проникновения магмы вверх происходило обрушение кровли.
Обломки вмещающих пород при этом как бы погружались в
магму, а затем расплавлялись. Однако геологические
Данные не подтверждают это. В гранитах встречаются обломки
вмещающих пород — ксенолиты, обладающие часто остро-
7?
угольными очертаниями. Следовательно, они совершенно
не затронуты расплавлением.
Немаловажное значение для выяснения формы
гранитных батолитов имели наблюдения за «архитектурой»
пород — трещинами, пересекающими массивы,
расположением темных минеральных сгустков и минеральных жил.
Многие данные свидетельствуют о том, что магма в период
застывания гранитных массивов текла в горизонтальном
направлении.
Рис. 31. Мощное внедрение гранитной магмы (обозначено крестиками) в виде
огромного пластинообразного тела между разными толщами горных пород.
Юго-Западный Алтай
(По Г. Д. Ажгирею)
Специальные наблюдения за строением батолитов и
геофизические данные о залегании пород различной
плотности на глубине показали, что у батолитов есть «дно».
Вероятно, многие батолиты образовались путем внедрения
гранитной магмы вд|оль границ между толщами горных
пород. Значит батолиты — не бездонные тела, а огромные
гранитные пластины (рис. 31).
В конце XVIII в., когда геология начала складываться
как наука, было немало ученых, счатавпгих, что
большинство горных пород образовалось на дне морей из вод
библейского «всемирного потопа», или, как теперь говорят,
осадочным путем. К осадочным породам относили и
граниты. Это направление в ранней геологии, придававшее
исключительную роль осадочному пути образования
горных пород, получило название нептунизма (по имени бога
морей Нептуна в древнеримской мифологии). Нептунистам
противостояли плутонисты (по имени Плутона — бога
земных недр в древнегреческой мифологии); последние
считали, что граниты и многие Другие горные породы
возникли из расплавленной магмы. Спор нептунистов и плу-
тонистов закончился к началу XIX в. победой плутонис-
тов; после этого в геологии утвердилось мнение о проис-
80
хождении гранитов, базальтов и других магматических
пород из магмы.
Как же геологи доказывают образование гранитов из
магмы? Доказательств известно много.
О том, что гранитная магма действительно существует,
убедительно говорят кислые лавы, извергавшиеся
вулканами во все времена геологической истории. А это
свидетельствует о том, что в глубинах Земли существуют
очаги кислого силикатного расплава. На глубине кислая
магма должна остывать очень медленно, поэтому она
кристаллизовалась в полнокристаллический гранит.
Рис. 32. Шлиф гранита под микроскопом. Минералы
отличаются степенью совершенства формы
(По В. И. Лебединскому)
1 — слюда; 2 — калиевый шпат; 3 — плагиоклаз;
4 — кварц
О возникновении гранита из магмы путем
кристаллизации говорит изучение шлифов этой породы при помощи
поляризационного микроскопа. Глядя в микроскоп, мы
заметим, что степень совершенства формы минералов
разная (рис. 32). Одни из них правильной формы (слюда) и,
значит, образовались рано, когда кристаллов в расплаве
еще было мало и их рост ничто не стесняло. У других
минералов нет совершенно правильной кристаллографической
81
формы, одни контуры прямолинейны, Другие извилисты
(полевой шпат). Значит, произошла «подгонка» формы
этих минералов к другим, уже существовавшим. Такие
минералы частично правильной формы возникли тогда, когда
в расплаве уже были «соседа» (слюда), стеснившие их
рост. А вот у кварца не видно прямолинейных контуров;
20 н
j
Рис. 33. Секущий контакт гранита
(По В. И. Лебединскому)
f — гранит; 2 — песчаники и сланцы, вмещающие
гранит; 3 — внедрение гранита в окружающие
песчаники и сланцы; 4 — обломки песчаников и сланцев,
захваченные гранитом
они всегда извилисты. Объясняется это тем, что кварц из
всех минералов — «младший», он выкристаллизовался из
расплава последним и занял оставшееся пространство.
О жидком состоянии гранитной магмы говорят также
формы залегания гранитов в виде даек и других секущих
тел в окружающих породах. Секущие контакты
свидетельствуют о том, что вещество, из которого образовались
граниты, проникало в горные породы в жидком или хотя бы
пластичном состоянии. Подвижное состояние магмы
хорошо доказывается присутствием обломков боковых пород в
граните (рис. 33). Ведь для того чтобы куски вмещающих
пород попали в гранит, вещество его должно быть
жидким.
О высокой температуре гранитной магмы убедительно
говорят глубокие изменения в породах, окружающих гра-
82
нитные массивы. Под воздействием высокой температуры
гранитной магмы боковые породы изменены, они
перекристаллизованы и превращены в метаморфические породы —
роговики.
На высокий нагрев гранитной магмы указывают
«геологические термометры» — некоторые минералы гранитов,
для которых установлены температуры образования.
Например, известно, что кварц в гранитах образуется при
температуре выше 575°. А белая слюда устойчива при
температуре 700°. Эти и другие данные привели ученых к
выводу, что гранитная магма затвердевает при
температуре около 600—700°.
А теперь посмотрим, что известно о температурах
плавления отдельных минералов гранитов. Оказывается, что
все они тугоплавкие. Например, кварц (точнее, свободный
кремнезем) расплавляется при температуре 1713° С,
калиевый полевой шпат — 1190°, а кислые плагиоклазы —
около 1100—1200° С. Полагаясь на эти данные, можно было бы
считать, что гранитная магма должна застывать при
какой-то промежуточной, но все же высокой температуре,
например около 1400° С. Однако геологические
термометры, опыты по плавлению силикатов и другие данные
определенно говорят, что гранитная магма более
низкотемпературна и, как уже упоминалось выше, кристаллизация ее
оканчивается при температуре около 600—700° С.
В чем же дело? Почему магма состоит из минералов,
каждый из которых в отдельности тугоплавкий, а расплав
в целом кристаллизуется при гораздо более низкой
температуре? Это, на первый взгляд, удивительное различие,
между высокими температурами кристаллизации
отдельных минералов гранитов и низкой температурой затвердев
вания самой магмы объясняется двумя причинами.
Первая — кристаллизация магмы по так называемой
эвтектической схеме, вторая — влияние воды и газов на
кристаллизацию расплава. Познакомимся ближе с этими
причинами.
Рассматривая кристаллизацию магмы, нужно иметь в
вид|у, что магма представляет собой расплав силикатов,
другими словами,—раствор. Следовательно,
кристаллизация магмы должна происходить по законам, управляющим
кристаллизацией растворов. Ход ее изображается на
диаграммах остывания, вид которых зависит от поведения
минералов при кристаллизации. Они кристаллизуются в од-
83
них случаях раздельно, в других образуют химические
соединения, в третьих смешиваются не только в жидком
состоянии, но и в твердом.
Для понимания особенностей кристаллизации
гранитной магмы важно то, что выделяющиеся из расплава
минералы кристаллизуются раздельно. Познакомимся с этим
на более простом примере.
Предположим, что мы имеем дело с горной породой,
состоящей из двух минералов А ж Б, образующих в
расплавленном состоянии
однородную жидкость,
из которой при
понижении
температуры
выкристаллизовываются отдельно
те же минералы А
и Б.
Ход отвердевания
такого расплава
показан на диаграмме
(рис. 34).
Графически можно
изобразить любой состав
такого расплава. В
точке А расплав
состоит из 100%
вещества А, в точке Б— из 100% вещества Б. В промежутках
между ними расположены точки, соответствующие
расплавам промежуточного состава. Чем ближе точка к
концу диаграммы А, тем больше в расплаве вещества А и
соответственно меньше вещества Б, и наоборот. На концах
вертикалей над точками А и Б показаны температуры
плавления ТА и ТБ минералов А и Б.
Что же скрывается за прямыми и кривыми линиями
диаграммы, и какие выводы можно получить из нее? Мы
уже знаем, что чистые минералы плавятся при
определенных температурах. А при каких температурах будут
плавиться их смеси? Для случая, когда минералы из
расплава кристаллизуются раздельно и не вступают между
собой в химические соединения, одно из правил физической
химии говорит, что если к веществу А прибавить-вещест-
бо Б, то температура плавления смеси понизится по
сравнению с температурой плавления чистого вещества А.
Рис. 34. Диаграмма остывания
•еществ по эвтектической схеме
сплава двух
84
И чем больше будет в смеси второго вещества, тем сильйее
понизится ее температура плавления. Отсюда понятно, что
кривая плавления вещества А со все возрастающей
примесью вещества Б на диаграмме будет выглядеть в виде
кривой линии, постепенно опускающейся слева направо.
Точно так же происходит понижение температуры
плавления смесей, когда к веществу Б прибавляют все больше
вещества А. График плавления таких смесей выглядит в
виде кривой, опускающейся справа налево.
Кривые плавления смесей из вещества А с примесью
Б и смесей из вещества Б с примесью А направлены
навстречу друг другу и пересекаются в точке Э. Она
обозначает смесь из А и Б, которая плавится при самой низкой
температуре. Эта точка называется эвтектической, а сама
смесь минералов — эвтектикой, что значит «легко
плавящаяся», или «самая легкоплавкая» (от древнегреческого
слова «эвтектос»).
Кристаллизация расплава с образованием эвтектики
объясняет многие особенности глубинных пород, но мы
остановимся только на двух из них. Предположим, что состав
расплава точно отвечает эвтектике, тогда на диаграмме
остывания он может быть изображен точкой «у». При
понижении температуры расплав до поры до времени
испытывает простое охлаждение, но как только достигнет
эвтектической точки, начнется кристаллизация.
Чтобы узнать, какие минералы кристаллизуются в
эвтектической точке, проведем через точку эвтектики
горизонтальную линию и посмотрим, с какими вертикальными
линиями диаграммы она пересечется. Каждое такое
пересечение обозначает, что из расплава кристаллизуется то
или иное вещество. Проведя эту линию, мы увидим, что она
пересекает две вертикали, соответствующие веществам А
и Б. Эти линии отвечают насыщению расплава
веществами А и Б, значит в эвтектической точке идет
одновременная кристаллизация минералов А и Б. Обратите внимание
на постоянный состав эвтектики, образующие ее минералы
находятся не в произвольных, а в постоянных
соотношениях. Правда, на положение эвтектической точки влияет
давление, но вызванное им изменение температуры плавления
невелико, и им можно пренебречь.
Кристаллизация по эвтектической схеме интересна еще
и тем, что объясняет порфировидную структуру
глубинных пород. Нередко в полнокристаллической гранитной
85
массе встречаются значительно более крупные кристаллы
того же минерала, который входит и в основную массу
породы. Эта структура напоминает порфировую, но
отличается отсутствием в породе мельчайших кристалликов и
вулканического стекла; поэтому ее и называют порфиро-
видной.
Порфировидная структура возникает тогда, когда
состав расплава отличается от эвтектического. Если расплав
обогащен веществом Л, то на диаграмме его состав
изобразится, например, точкой х. Когда температура расплава
настолько понизится, что начнется кристаллизация
(точка #i), станут образовываться кристаллы. Чтобы узнать,
какое вещество будет выпадать из расплава, проведем
через точку х\ горизонтальную линию. Правый ее конец не
попадет в поле кристаллов: он еще находится в поле
расплава. А левый конец пересечет линию насыщения
веществом А. Значит, в точке х\ начинается выделение
кристаллов А.
По мере охлаждения происходит кристаллизация
вещества А, и расплав постепенно обогащается веществом Б;
его состав непрерывно изменяется, постепенно
приближаясь к эвтектике. Условно это показано на диаграмме
рядом точек Х2 и хъ. Перпендикуляры, опущенные из этих
точек на основании диаграммы, покажут изменение
состава расплава. Когда состав становится эвтектическим,
начинается, как нам уже известно, одновременная
кристаллизация вещества А ж Б. Она будет происходить до тех
пор, пока не исчезнет последняя капля жидкости.
Как же будет выглядеть образовавшаяся парода? В ней
будут четко выделяться крупные кристаллы минерала А,
кристаллизовавшиеся из расплава, пока его состав
отличался от эвтектического. Данные кристаллы самые ранние,
они росли дольше других и поэтому самые крупные. Это —
порфировидные выделения. Они заключены в более
мелкозернистой, но полнокристаллической массе, состоящей из
смеси минералов А и Б, выделившихся одновременно в
эвтектической точке.
Значит, порфировидная структура по своему
происхождению коренным образом отличается от порфировой.
Образование порфировидной структуры связано только с
кристаллизацией расплава по эвтектической схеме на глубине.
Порфировидную структуру совсем нетрудно получить, как
показывают данные металлургии, искусственным пу-
86
тем: расплав двух или нескольких металлов, по составу
отвечающий эвтектике, застывая <в течение нескольких
минут, приобретает типичную порфировидную структуру.
В шлаках, выливаемых из доменных печей, также
нередко образуются вкрапленники. Порфировая структура
возникает в результате неполной кристаллизации магмы на
глубине и затем быстрого ее подъема с выходом на
поверхность Земли; при этом нераскристаллизованный на
глубине остаток застывает в виде вулканического стекла и
отдельных мельчайших кристалликов.
Мы рассмотрели особенности кристаллизации по
эвтектической схеме. Эта схема имеет самое прямое отношение
к образованию гранитов. Уже давно по петрографическим
данным считали, что состав гранитов отвечает эвтектике
или близок к ней. Подтверждением служили опыты по
кристаллизации расплавов главнейших минералов гранитов —
эвтектики образуют как кварц с альбитом (он входит в
состав целого ряда гранитов), так и кварц с калиевым
шпатом.
Очень важными для понимания того, как образуются
граниты, оказались опыты американского ученого О. Тат-
тла. В 1955 г. он изучал кристаллизацию расплавов,
полученных путем плавления всех трех главнейших минералов
гранита — кварца, калиевого полевого шпата и альбита
при участии воды и под большим давлением. Ему удалось
искусственно создать модель гранитной магмы. Изучение
модели подтвердило старые предположения о том, что
состав гранитов из разных районов земного шара
соответствует составу тройной (по числу минералов)
эвтектики.
Теперь нам понятно, почему температура
затвердевания гранитной магмы гораздо ниже, чем температура
затвердевания расплавов, получающихся при плавлении
отдельных минералов гранитов.
Однако есть еще и другая причина низкой температуры
затвердевания гранитной магмы. Пришел черед рассказать
о значении газов в жизни магмы. Наиболее очевидна роль
газов при извержениях лавы. Действующие вулканы
выбрасывают огромное количество газов, они поднимают
лаву на поверхность, разбрызгивают и распыляют ее,
образуя вулканический пекел и песок. Не менее значительна
роль газов в магме на глубине, но там она далеко не так
наглядна, как в лаве,
87
fOODOr-
8000}
6000\
WOO
2000
Жидкость
О роли газов можно
судить по опытам
затвердевания силикатных расплавов с
участием водяных паров —
главнейшего вещества среди
газов в лавах и магмах.
Остановимся на самом простом
случае — кристаллизации из
расплавов под давлением
водяного пара (рис. 35). По
горизонтальной оси диаграммы
показана температура, по
вертикальной — давление в
барах. Слева от линии
диаграммы — поле твердого
кремнезема (для упрощения
будем считать его кварцем),
справа — поле
расплавленного кремнезема.
Кривая диаграммы идет
снизу вверх и налево, а
затем поднимается почти
вертикально. Значит, повышение
давления водяных паров
понижает температуру кристаллизации кварца, особенно до
давления 1500—2000 бар. А вот конкретные данные: без
водяного пара кремнезем плавится при температуре
1713° С, а когда давление водяного пара достигает 2000 бар,
температура плавления кварца снижается до 1120° С.
Итак, давление водяного пара на расплав в 2000 бар
понизило температуру кристаллизации кварца ни много ни
мало как на 600°! А на глубинах в несколько десятков
километров, там, где рождается гранитная магма, давление еще
больше. Оно само по себе понижает температуру
плавления кремнезема на еще большую величину.
Значит, водяные пары и другие газы понижают
температуру затвердевания гранитной магмы; впрочем, не
только гранитной. Газы в магме разжижают расплав и делают
его более низкотемпературным.
/200
Рис. 35. Диаграмма кристаллизации
кремнезема из расппааа под
давлением юдяного пара
(По Д. К. Кеннеди, упрощена)
88
Другие граниты
Читатель уже представляет теперь, как получаются
граниты из магмы. Однако не следует думать, что это —
единственный способ образования. Еще в середине XIX в.
появились идеи об ином, немагматическом происхождении
гранитов. Особенно широкое распространение эти идеи
получили два-три десятилетия назад. Возникла дискуссия о
гранитах, в которую включились ученые многих стран. Не
обошлось и без крайностей; некоторые ученые настолько
увлеклись новыми взглядами, что начали отрицать само
существование гранитной магмы.
Широкое развитие геологических работ и
усовершенствование геологических и петрографических методов
показало, что происхождение всех гранитов нельзя объяснить
только одним каким-либо путем. Большое значение
придавалось изучению транитов на территориях древнейших
щитов земной коры, сложенных докембрийскими
кристаллическими гнейсами и сланцами — в СССР (на Украине,
Кольском полуострове и в Карелии), в Финляндии,
Швеции, Канаде и других странах.
Финский геолог И. Седерхольм, советский петрограф
Н. Г. Суда/виков, французский ученый П. Мишо и другие
обнаружили немало случаев переплетения гранитных
пород с метаморфизованными, дающего сложные смешанные
породы — мигматиты. При увеличении гранитного
материала такие толщи горных пород становятся неяснополос-
чатыми с расплывчатыми остатками первичных пород.
Сторонники немагматического происхождения гранитов
считают, что гранит никогда не был в жидком состоянии,
что на его месте первоначально находилось иное вещество,
которое в твердом состоянии было преобразовано в гранит.
Такой процесс преобразования негранитного материала в
гранит получил название гранитизации, или
трансформации (метаморфизма), поэтому сторонников этих взглядов
называют гранитизаторами, или трансформистами.
Гранитизаторы обратили внимание на некоторые
особенности строения гранитов, не поддающиеся объяснению
с классической (магматической) точки зрения. В участках
распространения сильно метаморфизованных докембрий-
ских толщ в гранитах прослеживаются отдельные
горизонты окружающих кристаллических сланцев и гнейсов; это
создает впечатление, что веществом гранита замещены
89
метаморфические породы и от них остались Только
неясные следы.
Такие породы называют «теневыми» гранитами,
потому что в них в виде теней сохранились признаки былых
пород. Привлекали внимание и контакты гранитов с
окружающими породами — они были пе четкие, как этого
требует магматическая природа камня, а расплывчатые, как
будто вещество гранита пропитывало сланцы и гнейсы.
Гранитизаторам удалось установить, что характерные
минералы гранитов — калиевый шпат и альбит — в
некоторых случаях образуются в песчаниках, сланцах и даже в
однообразных по составу породах — кварцитах. В
результате осадочные породы приобрели облик гранитов. Это, на
первый взгляд, совершенно необычное явление — наличие
крупных правильных кристаллов, никогда не
образующихся в осадочных породах,— объясняется влиянием
гранитной магмы на удаленные от нее породы. Оказалось, что
гранитная магма отдает в растворы различные элементы,
входящие в состав калиевого шпата и альбита. Уходя на
далекие расстояния от очагов, эти растворы проникали в
песчаники и сланцы, в результате чего возникали крупные
кристаллы калиевого шпата или альбита, напоминающие
порфировидные выделения в гранитах.
В шлифах под микроскопом видны и другие
особенности. Оказывается, что полевые шпаты кроме крупных
кристаллов образуют мелкие зерна, занимающие место
между другими минералами. Межзерновая форма развития
полевого шпата говорит о том, что этот минерал
совершенно иного возраста, что он гораздо моложе других
минералов и представляет собой новообразование.
Гранитная дискуссия оказалась очень полезной. Она
показала, что крайние представления о происхождении
гранитов — только магматическом или исключительно
путем гранитизации,— односторонни и упрощают сложную
историю образования гранитов.
Дискуссия заставила задуматься не только над
свойствами гранитной магмы, но и над тем, как она
зарождается в глубинах Земли. Магматические и метаморфические
граниты не исключают друг друга, а взаимосвязаны.
Известный финский петрограф П. Эскола о споре магматистов
и гранитизаторов сказал следующее: «Мне кажется, что
дискуссия приближается к концу, и притом к счастливому
концу, когда спорщики могут считаться одновременно и
противниками и союзниками».
90
Как рождаются граниты!
Граниты, независимо от того, магматические они или
метаморфические, зарождаются на довольно больших
глубинах в несколько десятков километров. В этих условиях, по-
видимому, уже не сохраняются ни осадочные, ни
вулканические породы — все они теплом и давлением превращены
в метаморфические. Во многих из них присутствуют все
химические элементы, входящие в состав гранита. При
этом происходит перераспределение вещества (так
называемая метаморфическая дифференциация), в ходе
которого отдельные участки настолько изменяют свой состав, что
приближаются к гранитам. Если в этих породах достаточно
воды, то при температуре около 600—700° С и
соответствующем давлении из них начинает выплавляться
низкотемпературная гранитная эвтектика. Так появляется, или,
как говорят, «мобилизуется», гранитная магма. Поначалу
она рассеяна в виде небольших скоплений, именуемых
геологами «потом Земли».
Выплавление эвтектики — не только допущение,
основанное на законах физической химии, но и самое реальное
геологическое событие, следы которого многократно
наблюдались учеными. О таком очень интересном геологическом
наблюдении более 50 лет назад писал А. А. Полканов. Он
тщательно изучил скальный выход полосчатого гранита на
берегу Онежского озера, рассеченный дайкой диабаза
(изверженной глубинной породы основного состава). Он
обнаружил удивительную картину: хотя дайка была моложе
гранита и рассекала его, все же тонкие жилки гранита
разрезали дайку. Значит, нужно было допустить возрождение
гранитной магмы под влиянием дайки диабаза.
А. А. Полканов установил, что при внедрении
диабазового расплава произошло следующее. Основная магма,
значительно более высокотемпературная, чем гранитная,
проникла в гранит и вызвала сильное повышение
температуры. Это привело к тому, что в граните при общем
сохранении твердого состояния на границе двух минералов,
находящихся в эвтектических отношениях,— кварца и
полевого шпата — появился эвтектический гранитный расплав.
Когда получилось достаточное количество расплава, он в
виде жилок рассек диабазовую дайку. Под влиянием
высокой температуры гранит испытал «омоложение» и в этих
участках оказался моложе дайки диабаза.
91
Рис. 36. Гранитизированная полосчатая порода у села
Раздольного Донецкой области
(Фото В. И. Лебединского)
Что будет дальше с рассеянной гранитной магмой? Если
обстановка спокойная и к метаморфической толще не
прилагаются какие-либо внешние воздействия, расплав
остается на месте и находится в равновесии с оставшимся
материалом материнской породы. При охлаждении гранит
застынет в виде жилок, скоплений неправильной формы,
как бы пропитывающих всю метаморфическую толщу. Так
в глубинах Земли «консервируется» магматический очаг.
Этим путем возникают смешанные породы, состоящие
из гранитного вещества и других пород,— мигматитад
92
(рис. 36). Их очень часто можно видеть на древнейших
участках земной коры—щитах: Балтийском, Украинском,
Канадском и в других местах. А если вещество гранита
преобладает над исходным материалом, то это будет мета-
соматический гранит.
Однако нередко бывает и так, что равновесие в недрах
Земли нарушается и капли гранитной магмы, рассеянные
в толще метаморфических пород, собираются и
отжимаются. Возникшие скопления гранитного расплава ищут
выход. Как легко подвижное вещество, магма проникает в
ослабленные участки земной коры, заполняет трещины и
может удалиться от материнских пород на десятки
километров, внедряясь в верхние горизонты земной коры.
Она легко распространяется и вдоль границы между
разными толщами пород. Так возникают самостоятельные
внедрения настоящей жидкой магмы кислого состава.
Нужно иметь в виду, что состав кислой магмы не
строго одинаков. Оказывается, что он зависит прежде всего
от того, в каких толщах горных пород магма зародилась.
Если это песчаные и глинистые породы, то из кислой
магмы получаются граниты. В толщах более сложного состава,
в составе которых видная роль принадлежит
вулканическим и карбонатным породам, зарождаются несколько иные
кислые магмы, в них по сравнению с гранитными меньше
кремния, натрия и калия и больше магния, кальция и
железа. Такие магмы дают начало несколько отличающимся
горным породам — гранодиоритам.
Таким образом, в веществе глубинных горных пород,
образовавшихся из кислой магмы, природа сохранила
особенности их происхождения.
Выплавление гранитной эвтектики обычно происходит
на глубине, где встречается плавень (вода),
содействующий «мобилизации» гранитного вещества. Глубже, где
температура еще выше, но породы безводны, гранит не
образуется. И только на еще больших глубинах, измеряемых
многими десятками километров, где температура
оказывается достаточной для сухого плавления, а материнские
породы обладают иным составом, появляется
высокотемпературная основная (базальтовая) магма.
Вопрос о происхождении гранитов — это не только
область споров ученых. Несомненно, с гранитами разного
происхождения связаны и различные полезные
ископаемые,
?3
Гранитные пегматиты
Когда гранитная магма застывает, не сразу возникает
сплошной твердый массив. Сперва с краев появляется
тонкая твердая оболочка, которая постепенно становится
толще и как бы оттесняет остаток гранитного расплава.
Меняются и свойства расплава — в нем все больше становится
легкоплавких веществ и газов, ведь они почти не входят
в состав застывшего гранита, поэтому магматический
остаток обогащен ими.
Этот остаточный расплав может легко удаляться от
места рождения. В затвердевшей гранитной оболочке
образуются не только тонкие трещинки, но и более
значительные каналы и полости. Среди них есть и трещины,
получившиеся от сокращения гранита при охлаждении. Они
возникают также под огромным механическим давлением
со стороны окружающих каменных масс, которые
принимают участие в движениях земной коры. Встречаются и
пустоты, оставшиеся на месте скоплений магматических
газов. Можно встретить и огромные полости,
получившиеся за счет разложения включений посторонних пород в
гранитной магме.
Остаточная гранитная магма, заполнив трещины и
пустоты, застывает и превращается в особую породу —
пегматит. А так как он связан с гранитной магмой, его называют
гранитным пегматитом. У типичного пегматита очень
интересное строение: кристаллы кварца прорастают сквозь
полевой шпат, создавая загадочный рисунок на
поверхности камня. Недаром пегматит издавна называют
письменным гранитом, руническим или еврейским
камнем. Даже беглый взгляд на излом этого камня делает
понятным его название. Неправильно ограненные кристаллы
темного кварца на фоне розового, красного или зеленого
(редко) калиевого шпата образуют странные фигуры в
виде клиньев, напоминающие иероглифы, рунические
письмена древних скандинавов или знаки древнееврейской
письменности. Сходство настолько велико, что, глядя на
пегматит, хочется прочитать загадочные знаки.
М. П. Шаскольская в книге «Кристаллы» пишет о том,
что один немецкий профессор геологии в начале прошлого
века, когда еще не умели читать египетские иероглифы,
утверждал, что иероглифы и узоры письменного гранита —
одно и то же. И надписи на египетских пирамидах ученый
94
считал не делом рук человека, а результатом «игры
Кристаллических сил».
Замечательная письменная структура пегматита
послужила причиной наименования этой горной породы. В
1801 г. французский ученый Р. Ж. Гаюи ввел в
геологический лексикон новое слово «пегматит». Образовано оно от
греческого слова «пегма», что значит содержащий кусочки,
которые как бы воткнуты в основную материю. Гаюи имел
в виду многочисленные включения кварца в крупных
кристаллах калиевого шпата.
Загадка письмендой структуры пегматита уже давно
расшифрована. Очень много для расшифровки законов
образования пегматитов сделал академик А. Е. Ферсман.
Выяснилось, что эта правильная структура возникает при
эвтектической кристаллизации расплава калиевого шпата и
кварца. При низкой температуре из расплава
одновременно кристаллизуются калиевый шпат и кварц, прорастая
друг друга. Правда, в последние два десятилетия были
также обнаружены породы, по внешним признакам не
отличающиеся от пегматитов, но возникшие иным путем —
путем перекристаллизации гранитов вдоль трещин, по
которым поднимались газы и горячие растворы. Такие
пегматиты, по мнению академика А. Н. Заварицкого, возникли
не из расплава, а в твердом состоянии, поэтому их
называют метасоматическими (метасоматоз — процесс
замещения одних минералов или горных пород другими в твердом
состоянии).
Но, конечно, правильная письменная структура — не
обязательное свойство пегматита. Ведь бывает и так, что
минералы кристаллизуются одновременно, но не
прорастают друг друга. А как часто состав расплава лишь
приближается к эвтектическому, но не достигает его! Тогда вместо
крупных кристаллов калиевого шпата, проросших кварцем,
возникают грубо- и гигантозернистые граниты. Их
называют пегматоидными гранитами. В них, как и в типичных
пегматитах, обязательно встретятся минералы, в состав
которых вошли газы. Это фторсодержащий флюорит и бор-
содержащий турмалин, это топаз, в составе которого
непременно есть фтор и вода и еще другие минералы. И это
понятно. Является ли пегматит магматическим или ме-
тасоматическим, он обязательно формируется при участии
газов. А всепроникающие газы не только ускоряют
рождение минералов, но и входят в их состав.
95
Пегматитовые жилы пройизывают массивы гранита и
встречаются в окружающих породах. Жилы пегматита
имеют исключительную ценность. Из них добывают слюду,
горный хрусталь, полевой шпат, такие драгоценные камни,
как берилл, изумруд, аквамарин, рубин, сапфир, топаз,
аметист и др. Из пегматитов получают редкие минералы,
содержащие бериллий, ниобий, литий, церий. Полости в
гранитах, в которых пегматитовый процесс не дошел до
конца,—это настоящий минералогический «рай». Размеры
таких полостей различны — от нескольких миллиметров
до многих метров. На Полярном Урале в районе Нер-Ойка
были найдены хрустальные «погреба» поперечником 10—
15 м. В этих гигантских полостях ничто не мешало росту
кристаллов, поэтому здесь встречены великолепные
многогранники колоссального размера. Среди них были
кристаллы кварца длиной до 1,5—2 м и полевого шпата с
площадью граней в десятки квадратных метров.
В 1959 г. в нашей стране в пегматитовом теле был
обнаружен кристалл кварца столбчатой формы длиной 2,4 м
и шириной 1,1 м. Вес кристалла — около 7 т! Этот гигант
представляет интерес не только своими размерами, но и
очень крупными включениями газа и жидкости, по составу
которых можно судить о материнском минералообразую-
щем растворе. Самая крупная полость длиной 20 и
шириной 7 см имеет объем примерно 400 см3. Анализ
жидкости показал, что минерализованный водный раствор
содержит хлориды, бикарбонаты и сульфаты кальция и
натрия.
При образовании пегматитов из летучих соединений
бора возникли трехгранные призмы турмалина; некоторые
из них представляют собой колонны высотой до 3 м.
Минералы элемента бериллия выкристаллизовываются в
пустотах — «погребах» в виде драгоценных голубых
аквамаринов, густо-зеленых изумрудов и желтовато-зеленых
бериллов. Их кристаллы длиной 5,5 м и толщиной 1,2 м весят
18 т. Слюда встречается в виде громадных пластинчатых
кристаллов площадью до 5—7 м2.
Включения газов, жидкости и твердых веществ, которые
встречаются в минералах (рис. 37) и делают его вещество
«нечистым»,— не что иное, как законсервированные
остатки минералообразующей среды. По ним определяют
химический состав материнской среды, температуру и давление,
при которых формировался минерал. Крупные включения,
96
Рис. 37. Кристалл кварца с включением жидкости.
Длина его 0,3 мм
(Фото Н. Н. Макарова)
наподобие указанного раньше,— редкость. Обычно они
настолько малы, что изучаются под микроскопом.
Большой интерес вызывают включения, состоящие из
жидкости и сферического пузырька газа. Пузырек тем
крупнее, чем горячее был раствор при образовании
минерала. Объясняется это просто. Первоначально во время
«консервирования» горячий водный раствор полностью
заполнял пустоту. При охлаждении минерала до комнатной
температуры герметически закупоренная в пустоте
жидкость сжималась и образовывала свободное пространство,
которое заполнялось газом. Если же минерал возник из
газовых растворов, тогда при охлаждении появлялась
жидкость.
Чтобы включения «заговорили» и по ним можно было
судить об условиях образования минералов, «узники»
гомогенизируют (делают однородными) путем нагрева. При
повышении температуры газовый пузырек постепенно
сокращается, и при некоторой температуре остается только
одна жидкость, полностью заполняющая пустоту.
Температура гомогенизации и есть примерно та температура, при
которой образовался минерал. Это касается минералов,
выделившихся из горячих растворов. А если минерал
образовался из газа, тогда при нагреве газовый пузырек посте-
5 Популярная петрография
97
пенно расширяется и гомогенизация происходит путем
исчезновения жидкости.
Вот некоторые данные о температурах образования
минералов, полученные путем гомогенизации газо-жидких
включений: оптический флюорит из месторождения Кули-
коон в Средней Азии образовался при температуре около
165° С, внутренние части кристалла горного хрусталя из
Майдантала в Средней Азии при 200° С, внешние — 187° С.
Термометрические исследования показали, что минералы
нередко формируются в большом интервале температур.
Так, в месторождении Писек (Чехословакия) встречаются
кристаллы кварца с наростом фиолетового аметиста и
бесцветного горного хрусталя. Кварц образовался в интервале
305—145°, аметист 231—150°, горный хрусталь 190—
145° С.
VI.
ПОРОДЫ ИЗ МАНТИИ ЗЕМЛИ
В предыдущей главе мы рассмотрели обширное семейство
гранитоидов, к которым принадлежат наиболее
распространенные изверженные породы горных хребтов и из
которых в значительной мере сложены наиболее древние части
материков.
Изверженные горные породы основного и
ультраосновного состава (базиты и ультрабазиты)
распространены в земной коре гораздо меньше. Тем не менее эти
породы встречаются во многих районах Земли и представляют
ценность для изучения истории развития Земли.
По химическому составу данные породы резко
отличаются как от гранитов, так и от осадочных пород. Они
значительно богаче всех остальных пород железом,
магнием, кальцием, отчасти алюминием и беднее —
щелочами (калием и натрием) и кремнеземом. Среднее
содержание кремнезема в гранитах примерно 70, в базитах 50, в
ультрабазитах—40%; окиси магния в гранитах около 1, в
базитах — 6—8, в ультрабазитах — 20—40%. В
ультрабазитах глинозема гораздо меньше (обычно 1—6%), чем в
остальных магматических породах. А так как для
образования полевых шпатов нужно много глинозема, то в
ультрабазитах или вовсе нет полевых шпатов, или их очень
мало. В соответствии с таким химическим составом цвет
этих пород по большей части темный или темно-зеленый;
удельный вес (2,8—3,3) значительно выше, чем у
гранитов (2,3—2,5). Особенно заметны различия в
минеральном составе.
Что такое базальт!
Пожалуй, наиболее широко известны из данной большой
группы пород — базальты. В пределах нашей страны их
обнажения можно наблюдать, проезжая дорогами Южной
5* 99
Армении, вдоль долины реки Раздан от Еревана к озеру
Севан или по железной дороге в районе станций Алавер-
ды, Ахтала, Калагеран по пути из Еревана в Тбилиси.
Широко распространены базальты и в других местах — в
Прибайкалье, Приморье, на Камчатке, а также за
пределами нашей страны: в Японии, Исландии, Сирии, Сахаре
и районах Восточной Африки. Базальтовыми лавами
сложено большинство мелких островов в Атлантическом и
Тихом океанах.
В естественных обнажениях этих пород особенно
бросается в глаза характерная столбчатая отдельность,
отчетливо заметная в обрывистых участках склонов.
Здесь видны тесно соприкасающиеся друг с другом
вертикальные столбы высотой 4, а иногда 10 м. В
поперечном разрезе они имеют форму пяти-шестигранника
и сохраняют свою толщину по всей высоте. Издали такое
обнажение напоминает органные трубы. Замечательным
свойством этих столбов является то, что они всегда
направлены точно под прямым углом к верхней и нижней
частям потока в целом. Поэтому по положению столбчатой
отдельности можно определить залегание всего потока,
даже если (как это часто бывает) его нижнюю или
верхнюю части непосредственно не удается наблюдать. Такая
же столбчатая отдельность характерна и для «подземных»,
т. е. застывших на некоторой глубине (сотни метров) от
поверхности, пластовых тел (интрузий) базальтов и доле-
ритов. Образование таких столбов связано с уменьшением
объема породы при ее застывании.
Базальты, черные, плотные и непохожие на все
другие породы, выделялись еще в давние времена. В конце
XVIII в. базальт наряду с другими горными породами
относили к породам осадочного происхождения. Считали,
что они образовались в результате осаждения
мельчайших частичек из воды, с последующим их уплотнением.
Возглавлял «осадочное» направление немецкий профессор
А. Вернер. Лишь немногие геологи считали, что базальты
произошли при застывании первоначально раскаленной
вулканической лавы. Особенно ревностным сторонником
вулканического происхождения базальтов был в те
времена французский геолог Демаре. Он наблюдал слои
древних базальтовых лав у подножия горного массива Пюи де
Дом во Франции. Увлеченный этой идеей, Демаре решил
проверить геологическое строение других частей Оверни,
100
где расположен Пюи де Дом. В течение 10 лет он сумел
составить геологическую карту этой местности, на
которой были показаны места нахождения древних вулканов,
лавовых потоков и пр. Различия между отдельными
потоками по составу и форме он правильно объяснял разно-
возрастностью этих потоков. Работа эта привлекла
внимание.
Дискуссия стала разгораться. В конце концов весь
научный мир разделился на Два лагеря: плутонистов —
сторонников «огненного» происхождения базальтов и яепту-
нистов—сторонников происхождения их из осадков
«единого первичного океана», из которого, по их мнению,
взялись вообще все горные породы. Надо сказать, что в
Германии, где работал Вернер, базальты действительно
залегают несколько необычным образом — в виде мощных
пластов, налегающих на известняки и не
обнаруживающих никакой связи с вулканической постройкой, с
жерлом, подводящим каналом и т. п., а также не
сопровождаются туфами (которые обычно наблюдаются в древних
вулканах).
Развязка спора пришла неожиданно со стороны
учеников и последователей самого Вернера — Леопольда фон
Буха и французского геолога Обуиссона, побывавших в
Оверни. Они убедились в вулканическом
происхождении не только базальтов Оверни, но и всех базальтов
вообще.
Дальнейшее подтверждение изверженного
происхождения базальтов пришло после изобретения
поляризационного микроскопа. Дело в том, что без микроскопа порой
действительно трудно отличить тонкокристаллический или
тем более стекловатый базальт от уплотненной глины или
песчаника. При небольшом увеличении хорошо заметна
картина кристаллического строения базальта, состоящего
из трех-четырех главных минералов. Наиболее отчетливо
выступают удлиненные кристаллы плагиоклаза — извеет-
ково-натриевого# полевого шпата, состоящего из
множества параллельно срастающихся пластинок (двойников).
Другой особенностью, свойственной именно плагиоклазам
базальтов, является так называемое зональное строение.
Зерно плагиоклаза в разрезе напоминает игрушечное
деревянное яйцо, состоящее из множества вложенных одно
в другое яичек. Так и здесь — зоны различного состава как
бы вложены одна в другую. Внутренняя часть, или «ядро»,
101
состоит из самой богатой кальцием разности
плагиоклаза — из битовнита или Лабрадора. Следующая зона
менее богата кальцием; внешняя оболочка иногда
представлена почти чистым альбитом, т. е. натриевой разностью
плагиоклаза. Каждая такая оболочка образуется в ходе
постепенной кристаллизации этого минерала при
постепенно понижающейся температуре расплава и постепенном
изменении его состава. Таким образом, наблюдая
последовательность строения отдельных зон и их состав, можно
судить о ходе процесса кристаллизации самой
базальтовой магмы.
Другим важнейшим минеральным компонентом
базальта является пироксен. По составу это силикат (соль
кремневой кислоты) магния, железа и кальция. Нередко в ходе
кристаллизации, а иногда уже в твердом состоянии этот
минерал, подвергаясь воздействию водяных паров,
накапливающихся в магме, испытывал превращение и
переходил в другой, близкий к нему по составу, но содержащий
небольшое количество воды,— роговую обманку (или
амфибол) .
Еще один постоянный минерал данных пород — оливин.
По общему химическому составу он довольно близок к
пироксену, но отличается от него отсутствием кальция и
алюминия и бедностью кремнеземом. Он поэтому
образуется преимущественно в породах более основного
состава, т. е. обедненных кремнеземом, особенно в ультраба-
зитах.
И, наконец, рудная часть базальтов и других основных
пород представлена обычно магнетитом или ильменитом
(или их срастаниями). Эти минералы, в отличие от
предыдущих, не содержат кремния, т. е. не являются
силикатами, а представляют собой окислы, соединения железа
и титана с кислородом.
Каждый из этих минералов обладает переменным (в
некоторых пределах) составом; как уже говорилось выше,
плагиоклаз колеблется между кальциевой и натриевой
разностями; пироксен может содержать большее или меньшее
количество железа, иногда совсем не иметь кальция; в
магнетите колеблется отношение железа к титану, а
также может изменяться степень окисления железа и т. ц.
Свойства и состав каждого из этих минералов зависят
от температуры и от других условий, при которых
происходила кристаллизация.
102
Условия кристаллизации основных пород были в
последнее время довольно подробно изучены в лабораториях
как у нас, так и за рубежом. Изучая ход плавления и
застывания различных по составу искусственных смесей,
соответствующих различным типам природных базальтов,
ученым удалось установить, при каких именно
температурах и составе магмы происходит образование минералов
с теми или иными свойствами — например, с большей или
меньшей железистостью, щелочностью и т. д. И, наоборот,
зная точный состав минералов в данной породе, петрограф
может решить вопрос — при каких условиях и из какой
магмы образовалась данная порода в земной коре.
Некоторые лавы базальтового состава очень богаты во-
досодержащими минералами — роговой обманкой, хлоритом
и отличаются особенностями состава и структуры. По
всей вероятности, это связано с тем, что данные породы
образовались за счет вулканических лав при извержениях,
происходивших на дне моря, под покровом мощной толщи
морской воды. Такие породы очень широко
распространены в складчатых горных хребтах Урала, Кавказа, Тянь-
Шаня, Альп, Северо-Американских Кордильер и других
и относятся к так называемым зеленокаменным
формациям.
Отметим еще одну интересную особенность
базальтовой магмы — очень высокую температуру в момент
ее излияния, достигающую 1100—1200° С, тогда как
температура, скажем, гранитной магмы — «всего» 700—800° С.
Благодаря этой особенности, а также благодаря обилию
растворенного в ней железа базальтовая магма при
высоких температурах становится очень жидкой, текучей и
способна растекаться на большие расстояния от центра
излияния — на десятки и даже сотни километров. Кроме того,
высокотемпературная и легкоподвижная базальтовая
«жидкость» легко проникает в трещины и разрывы в
изверженных породах, а также на плоскости наслоений в
породах осадочных толщ, образуя многочисленные жилы и
дайки основных пород, которые широко распространены
во всех районах мира.
С базальтами связано еще одно интересное
обстоятельство. Оказывается, что эти породы распространены не
только на суше, но широко представлены и на
океаническом дне. Базальтовыми лавами, как это показали
исследования последних лет, проведенные океанографическими
103
экспедициями, покрыты, вероятно, значительные
поверхности океанического дна в пределах Тихого,
Атлантического и Индийского океанов. Их появление на морском дно
связано, видимо, с деятельностью подводных вулканов,
присутствие которых также установлено глубоководными
наблюдениями. Например, в северной части Тихого
океана морское дно покрыто местами гюйотами — горами
вулканического происхождения со срезанными вершинами.
Некоторые из них поднимаются на значительную высоту
над,дном океана, почти достигая поверхности воды.
Все эти данные свидетельствуют о чрезвычайно
широком распространении базальтовой магмы как на
материках, так и в океанических впадинах, что говорит о
«планетарном» характере ее распространения и,
следовательно, вероятности связи с глубокими, подкоровыми зонами
или оболочками Земли.
Каменные лестницы
Каменные лестницы — траппы — так называли горняки
в старое время в Швеции черные плотные породы,
выходившие на склонах гор и речных долин в виде скалистых
уступов. Выветриваясь и распадаясь на большие
прямоугольные глыбы, они образуют как бы огромные ступени,
рассчитанные на шаги неких фантастических великанов.
Мы уже кратко говорили о таких породах в области Ени-
сейско-Ленского плоскогорья (Сибирской платформы).
Что же такое трапп в петрографии?
Это — черная плотная порода массивного сложения, по
внешнему виду несколько похожая на базальт, но обычно
с более ясно видимым кристаллическим строением, т. е.
более крупнозернистая.
В отличие от базальтов, в основном связанных с
вулканическими областями, породы группы траппов
распространены обычно вне явной зависимости от вулканов. Как
правило, траппы дают мощные, местами в сотни метров
толщиной залежи на обширных пространствах
плоскогорий (плато). Эти покровы чередуются в вертикальном
разрезе с прослоями осадочных пород — известняков,
песчаников, аргиллитов и др. Каждый горизонт (слой),
сложенный траппами, образует самостоятельное геологическое
тело, прослеживающееся на земной поверхности часто на
104
Рис. 38. Трапповые «башни» на реке Подкаменной Тунгуске
(Фото А. П. Лебедева)
105
десятки и даже (в Индии) сотни километров в длину.
Такие трапповые пласты лежат обычно горизонтально или
с очень небольшим наклоном — порядка 2—5°.
Примером области с огромным распространением
траппов может служить Сибирская платформа, прорезанная
глубокими долинами Енисея, Лены, Нижней Тунгуски и
их многочисленных притоков. В бортах этих долин
хорошо видны слои осадочных пород палеозойского возраста —
известняков, песчаников, туфов, которые в верхах
«бронируются», трапповыми силлами различной толщины и
протяженности. В них при выветривании возникают
огромные «башни» (рис. 38).
Породы группы траппов широко распространены на
земной поверхности. Ими сложены, в частности, плато
Декан (центральная часть Индийского полуострова),
равнинные области Карру (Южная Африка), значительные
площади в Антарктиде и других района* мира.
Глубинные «родственники» базальтов и траппов
Такие породы, как габбро, нориты и другие, по своему
химическому составу иногда совершенно тождественны
базальтам или траппам, но заметно отличаются от них по
структуре. В них обычно хорошо различимы и без
помощи микроскопа темные кристаллы пироксена и светлые
плагиоклаза. Крупность зерна этих пород,
полнокристаллическая структура говорят о том, что данные породы, в
противоположность базальтам и траппам,
кристаллизовались из магмы на гораздо большей глубине, вероятно,
порядка 2—5 км, а возможно, и более, следовательно, под
большим давлением вышележащих пород. Поэтому магма
здесь кристаллизовалась медленнее и зерна минералов
получились крупнее, чем у базальтов. В данных породах
кристаллы плагиоклаза имеют, например, не игольчато-
призматическую (как в базальтах), а таблитчатую форму.
Несколько изменяется и состав отдельных
породообразующих минералов. Например, пироксены габбровых
пород по сравнению с пироксенами базальтов и траппов
богаче кальцием и железом; плагиоклазы большей частью
лишены зонального строения, в них чаще, чем в
базальтах, присутствует примесь содержащих воду минералов,
таких, как биотит, амфибол и др.
106
Габбро и нориты образуют в земной коре сравнительно
крупные интрузивные массивы, часто имеющие форму
воронки или столба. Они обладают небольшими размерами,
но уходят на значительную глубину (что доказывается
бурением).
Изучение пород этого типа представляет для геолога
большой интерес. Дело в том, что, изучая материал,
относящийся к базальтовым лавам, петрограф судит главным
образом только о составе данного вулканического центра,
о его истории. Исследование же глубинных
(плутонических) основных пород — габбро, норитов и других, а
также ультрабазитов дает возможность заглянуть глубже
в строение внутренних частей земной коры, откуда
поступает основная магма и, что особенно важно,
обнаружить многие ценные рудные и нерудные полезные
ископаемые, связанные по своему происхождению с этими
глубинными основными породами,— руды железа, титана,
никеля, хрома, месторождения асбеста, талька и других
минералов.
Связь между этими рудами и породами основного
состава была обнаружена не сразу, а лишь в результате
длительных и систематических исследований, когда шаг за
шагом устанавливались действительные соотношения
между рудами металлов и изверженными породами.
Из числа других разновидностей основных пород
отметим еще одну — лабрадорит,— представляющую особый
интерес как в научном (с точки зрения происхождения),
так и в практическом отношениях (как ценный
строительный и облицовочный материал). Лабрадорит представляет
собой крупнозернистую горную породу, которая почти
целиком состоит из плагиоклаза, обычно имеющего состав
Лабрадора (смесь кальциевого и натриевого компонентов
примерно поровну). В них может присутствовать лишь
небольшая примесь пироксена и других минералов.
Отдельные кристаллы плагиоклаза в лабрадоритах
достигают метра в длину и более, например гигантский
кристалл в 1,2 м длиной, описанный академиком Полкано-
вым в лабрадоритах Волынского массива. Такие
громадные кристаллы неизвестны в других горных породах;
иногда лишь встречаются в пегматитовых жилах. Способ их
образования, так же как и лабрадоритов в целом, еще
недостаточно ясен. Искусственным путем, т. е. расплавляя
в лабораториях смеси соответствующего состава и подвер-
107
гая их затем кристаллизации, плагиоклаз получить трудно
или даже невозможно. Следует предполагать, что наряду
с прямой кристаллизацией из магмы данного состава
здесь имело место укрупнение этих кристаллов при
последующих процессах, происходивших уже в застывшей
породе под действием растворов.
Существует два главных типа лабрадоритов — черный
и светло-серый. Светлая окраска последнего связана с
некоторой измененностью плагиоклаза (замутнением его
вторичными глинистыми частичками). Оба они являются
отличным декоративным материалом при их полировке,
которой они сравнительно легко поддаются.
Полированные поверхности лабрадорита дают красивый радужный
отблеск (иризацию). Поверхность камня как бы
переливается различными цветами спектра. Это удивительное
явление не свойственно другим минералам. Оно
объясняется особенностями тонкой структуры, возникающей в
связи с тончайшим (субмикроскопическим) двойникова-
нием в кристаллах полевого шпата, которое вызывает
появление радужного эффекта.
Рассмотрим из основных пород еще эклогиты. Эти
породы, довольно редкие на земной поверхности,
представляют большой интерес с точки зрения происхождения. У нас
они известны на Полярном и Южном Урале, вблизи Бай-
дарацкой губы, где эклогитами сложен невысокий горный
хребет, круто поднимающийся над болотистой тундрой, в
Северном Казахстане. Известны эклогиты в Польше, ФРГ,
США (штат Калифорния) и в других странах, где они
всегда образуют небольшие по объему залежи.
Несмотря на крайне незначительное распространение,
многие петрографы, занимающиеся изучением состава и
строения внутренних частей Земли, придают этим
породам большое значение. Они считают, что количество экло-
гитов не только возрастает в земной коре с глубиной, но
что ими сложена нижняя часть земной коры и
подстилающая ее верхняя мантия.
Чем же вызвано появление такой гипотезы? Дело в
том, что эклогиты по своему составу — породы очень
своеобразные. Типичный эклогит — это темная средне- или
мелкозернистая порода, состоящая в основном из особой
разновидности пироксена — омфацита (отличающегося
присутствием натрия и алюминия) и из граната, богатого
магнием (пиропа), почти не содержит полевого шпата.
108
По химическому же составу эклогит почти не отличается
от обычных базальтов или габбро. Различие состоит лишь
в том, что место плагиоклаза занимает в эклогите гранат.
Чем же оно объясняется?
Как показали опыты с кристаллизацией расплавленных
базальтов, пироп кристаллизуется вместо плагиоклаза
только в условиях большого давления — несколько тысяч
атмосфер. При плавке их и кристаллизации при
нормальном (атмосферном) давлением из того же материала
получается обычный базальт. Отсюда можно заключить, что
эклогиты, содержащие пироп, кристаллизовались на
глубине нескольких десятков километров ниже земной
поверхности, там, где было соответствующее высокое
давление. Так возникла гипотеза об эклогитовом составе
нижней части коры и верхней мантии Земли, разделяемая,
правда, не всеми геологами.
О самых тяжелых породах на Земле
Ультраосновные породы, или, как их еще называют, уль-
трабазиты, в природе встречаются либо вместе с
описанными выше габбро, либо дают самостоятельные массивы.
Общее распространение их в земной коре невелико —
приблизительно 0,5%.
Свое название они получили в связи с особенностями
химического состава. Для них характерно резкое
преобладание соединений тяжелых металлов — железа, магния,
кальция, титана над более легкими — калием, натрием,
алюминием. Низкое содержание кремнезема приводит
к тому, что эти породы содержат минералы, бедные
кремнеземом, т. е. оливин вместо пироксена; они почти лишены
полевых шпатов.
В этой группе пород в зависимости от преобладания
того или иного окрашенного минерала можно выделить ду-
ниты и оливиниты, состоящие из одного оливина, и
перидотиты — из смеси оливина с пироксеном.
Для большинства пород этой группы характерным
признаком является то, что они частично, а нередко и
полностью замещены серпентином или сходными с ним
минералами — хлоритом и другими, представляющими в
химическом отношении соединения первичных минералов —
оливина и пироксена — с водой (рис. 39). Получившиеся в
109
Рис. 39. Сильно серпентинизированный дунит. От первичных зерен оливина остались
только «островки» в серпентинитовой массе, увел. 22
результате породы содержат свыше 10% воды, входящей
в кристаллическую структуру минералов.
Происхождение этой воды и природа самого процесса
серпентинизации до сих пор остаются загадкой.
По-видимому, одна часть воды поступила в ультрабазиты из
осадочных пород, богатых водой, которые ультраосновная
магма прорывала при своем поднятии к земной поверхности;
другая — была заимствована непосредственно из газов,
содержащихся в земных недрах. Согласно представлениям
некоторых ученых, возможно, в определенных условиях эта
часть воды синтезируется из водорода и кислорода,
присутствующих в магме.
Интересно, что благодаря поглощению значительного
количества воды, вплоть до полного превращения в сер-
110
пентин с 13% воды, многие ультраосновные породы
приобретают новые механические свойства. У них появляется
способность к пластическим деформациям, т. е. они в
результате горообразующих процессов могут вдавливаться
в трещины или пустоты, скользить по породам другого
состава, приобретать сланцеватость и т. п. Возможно, что
именно этими свойствами объясняется тот факт, что
серпентиниты всюду приурочены к узким трещинам в земной
коре и образуют удлиненные тела, вытянутые параллельно
с вмещающими осадочными породами иногда на огромное
расстояние. Можно предполагать, что серпентиниты
вдавливаются в гигантские трещины земной коры,
сопровождающие зоны разломов или пояса складчатости. Все это
отчетливо можно наблюдать на примере Уральского
хребта, где серпентиниты образуют вытянутые вдоль этих
предполагаемых разломов массивы и целые пояса.
Мал золотник, да дорог
К числу ультраосновных относится еще одна порода,
встречающаяся в природе исключительно редко. Однако ее
свойства и местонахождение интересуют не только
петрографов, но и геологов, занимающихся поисками алмаза. Это —
знаменитые кимберлиты, названные так по имени
маленького городка Кимберли в Южно-Африканской республике,
вблизи которого они стали известны в XIX в.
Всего десяток лет назад о существовании кимберлитов
знали лишь немногие специалисты- Было известно, что в
Южной Африке они образуют так называемые трубки
(трубчатые или столбчатые тела) и что в них бывают
заключены в очень небольшом количестве мельчайшие
кристаллики алмаза.
Лишь в 1954 г. о кимберлитах заговорили широко и у
нас, в Советском Союзе. Именно в этом году впервые в
нашей стране, в глухой якутской тайге, почти за Полярным
кругом, были найдены после долгих поисков коренные
выходы кимберлитов в верховьях реки Вилюй. Как оказалось,
они слагают здесь трубку диаметром в несколько сотен
метров, уходящую в глубь Земли почти в вертикальном
направлении и содержащую мелкие кристаллики алмаза.
Что же представляет собой эта удивительная порода по
составу? Во-первых, она имеет обломочное или брекчие-
111
Рис. 40. Брекчиевидный кимберлит из Якутии. Состоит из обломков ультраосновных
пород, известняков и других пород, заключенных в связующей серпентин-кальцито-
вой массе. Длина образца 30 см
(Фото А. П. Лебедева)
видное строение — состоит в основном из мелких
кристалликов оливина или продуктов его изменения (рис. 40).
Кроме того, в ней в изобилии присутствуют разной
величины обломки разнообразных осадочных пород,
заимствованных из боковых пород, прорезанных кимберлитовой
трубкой. Как полагают, кимберлиты образовались в
результате сильных взрывов, происходивших на небольшой
глубине, которые привели к полному раздроблению ранее
образовавшихся здесь пикритов. Все эти кусочки были в
дальнейшем сцементированы более поздними минералами
и превратились снова в плотную крепкую породу с мелко-
обломочным строением.
В последнее время геологи в СССР сравнительно быстро
научились находить кимберлитовые трубки, используя
различные физические методы, например магнитную съемку
с самолета.
Мы рассказали лишь о некоторых типах основных и
ультраосновных пород, существующих в природе. Известно
гораздо больше разновидностей; с ними связаны такие
виды минерального сырья, как платина, хромит, асбест,
тальк и др. С некоторыми из них мы еще встретимся в
книге.
VII.
ЩЕЛОЧНЫЕ ПОРОДЫ — ИСТОЧНИК
РЕДКОСТЕЙ
Сокровища Хибинских тундр
Немало уже написано о замечательных минералах
Хибинских тундр — о кроваво-красном эвдиалите, золотисто-
желтом лучистом астрофиллите, зеленом апатите — «камне
плодородия», о бутылочно-зеленом нефелине, который
становится одной из важнейших руд для получения алюминия.
Чем же объясняется такое необыкновенное сочетание
редких и ценных минералов и химических элементов на
сравнительно небольшом участке Земли (рис. 41—42)?
Причину следует искать прежде всего в своеобразии
состава и геологического положения так называемых
нефелиновых сиенитов (хибинитов, луявритов и других
разновидностей) — изверженных горных пород, которыми
сложены массивы Кольского полуострова. Они исключительно
богаты щелочами.
Так, содержание окиси натрия в хибинитах составляет
около 10%, в уртитах (особенно богатых щелочами)—
около 16, тогда как в гранитах оно равно примерно 4—5, а в
габбро и базальтах — 1—2%. Богат натрием и нефелин —
минерал, представляющий огромную ценность. В других
щелочных породах преобладает окись калия (в основном
концентрирующаяся в минерале лейците).
Помимо повышенного количества щелочей в данных
породах присутствуют фосфор, цирконий, титан и пр.
Характерные особенности большинства щелочных
пород, особенно жильных и эффузивных,— крайнее
разнообразие их состава и быстрая его изменчивость. В
противоположность гранитам — породам, крайне однообразным
по составу, прослеживающимся часто без изменений на
протяжении многих десятков километров вдоль
какого-нибудь горного хребта, в щелочных породах состав иногда
меняется буквально на каждом шагу. Например, две рядом
расположенные жилы или дайки щелочпых пород могут
113
обладать разным содержанием нефелина, разной степенью
его изменения, неодинаковым составом акцессорных
минералов.
Для обозначения разных типов щелочных пород
появилось множество терминов. Часто получалось так, что
порода, найденная по соседству с ранее известной и
незначительно от нее отличающаяся, получала новое название,
хотя по существу представляла лишь разновидность
первой. Нередко петрографы даже увлекались
придумыванием новых названий, усложняя и без того слишком сложную
номенклатуру. Так, в Приазовье у нас имеются выходы
красивых белоснежных пород, состоящих из альбита,
нефелина и черных иголочек эгирина — мариунолитов (по
имени города Мариуполя, ныне Жданова). Очень похожие
на них породы такого же минерального состава,
распространенные в юго-восточной части Канады, были названы
личфильдитами и канадитами. Вообще большинство
горных пород именуется по географическому признаку; лишь
сравнительно немногие получили названия, но которым
сразу можно судить об их минеральном составе, например
нефелиновый эгириновый порфир и т. п.
Другая важная особенность щелочных пород
заключается в том, что в них часто присутствуют минералы
редкого состава — цирконий, ниобий, тантал и пр. Сочетание
циркония и титана в составе некоторых минералов, в
частности таких, как известный многим по красочным
описаниям Ферсмана эвдиалит, ринколит, астрофиллит и в
некоторых других, является характерным для щелочных
пород Хибинского массива. Или, например, присутствие
минералов, обогащенных цирконием,—катаплеита и
эвдиалита — характерно для пород Ловозерокого щелочного
массива, расположенного неподалеку от Хибинского, но
отличающегося от него некоторыми геохимическими
особенностями.
Чтобы разобраться во множестве типов щелочных
горных пород, нужно руководствоваться следующим.
Прежде всего щелочные породы распадаются на две
группы: светлые (лейкократовые), в которых преобладают
светлоокрашенные минералы — полевые шпаты и фельд-
шпатоиды (нефелин или лейцит или продукты их
изменения), и темные (меланократовые) с преобладанием
минералов, богатых железом и магнием,— эгирина, щелочной
роговой обманки и др.
114
Рис. 41. Южная часть Хибинского массива щелочных пород зимой.
Слеша — скальные выходы щелочных пород рисчорритов
(Фото А. П. Лебедева)
Рис. 42. Восточная часть Хибинского массива щелочных пород. На заднем плане
гора Расвумчорр, где в настоящее время апатитовая руда добывается открытым
способом. У подножия горы — город Кировск
(Фото Б. П. Беликова)
115
Рис. 43. Полированный образец берешита — щелочной породы из Кузнецкого
Алатау. Светлые порфировые выделения принадлежат нефелину, темная масса состоит
из магнетита, авгита и оливина. Длина образца 22 см
Наиболее широко распространенные в природе
щелочные породы — нефелиновые сиениты — относятся к
первой группе. Во вторую входят преимущественно жильные
и эффузивные, гораздо реже встречающиеся и образующие
более мелкие тела.
Нужно сказать, что, наблюдая горную породу
непосредственно в обнажениях, керне буровой скважины или в
обломке, валуне и т. д., не всегда удается на месте установить
ее щелочной состав. Сравнительно легко это можно сделать
лишь в том случае, если породы крупнозернистые и
лейкократовые. Здесь и без помощи микроскопа можно
распознать прямоугольные кристаллы нефелина с
характерным для них «жирным» блеском, мелкие черные иголочки
эгирина или щелочной роговой обманки, белые или
розовые удлиненные прямоугольники щелочного полевого
шпата — микроклина или альбита.
Для определения щелочного характера плотной темной
меланократовой породы необходим: микроскоп.
Итак, установив наличие щелочной породы и
принадлежность ее к типу калиевых или натриевых, петрограф
изучает ее под микроскопом, дает название и затем опре-
116
деляет ее место в группе щелочных пород. Для многих из
них очень характерно порфировое строение (рис. 43).
Продолжая далее изучение породы, петрограф
постарается определить, какие акцессорные минералы, в
особенности те, которые интересны в практическом отношении,
в ней присутствуют. Для этого он должен сделать
искусственный шлих, или протолочку, т. е., раздробив кусочек
данной породы и удалив из полученного порошка путем
промывки более легкие минералы, получить фракцию,
состоящую из более тяжелых акцессорных и рудных
минералов. Последние изучаются уже не под микроскопом, а под
бинокуляром, потому что некоторые из них присутствуют
иногда в столь ничтожном количестве (менее 1 г на тонну),
что такой минерал может даже и не попасть в шлиф и
будет в этом случае пропущен петрографами. Однако
именно такие минералы могут иногда представлять
наибольший интерес.
Щелочное дыхание мантии Земли
Щелочных пород на Земле очень мало. Это стало известно
еще в конце прошлого века, когда более или менее
подробно были исследованы некоторые районы Западной Европы
(Германия, Англия, Франция). И хотя в наше время
изучена большая часть материков и число открытых щелоч-
пых массивов, даек, жил и других тел, сложенных этими
породами, увеличилось во много раз, однако общее их
количество по отношению ко всем другим магматическим
породам составляет менее 1 %.
В нашей стране в 90-х годах прошлого столетия
финским геологом Рамзаем и другими были открыты
щелочные массивы Кольского полуострова, ставшие широко
известными после детальных исследований выдающегося
советского минералога и геохимика А. Е. Ферсмана.
Щелочные породы были открыты также на Украине, в
Армении и Грузии, в Западной Сибири, Восточном Саяне,
Прибайкалье, на западном склоне Урала. В то же время в
ряде районов нашей страны, несмотря на сравнительно
подробное их изучение, щелочные породы пока не
обнаружены. Это относится к Сибирской (за исключением
крайней северной части) и Русской платформам. Щелочные
породы появляются лишь на периферии этих больших обла-
117
стей. Почти все известные выходы щелочных пород
расположены либо вдоль таких окраин, либо в области
складчатых поясов Земли.
Это важное обстоятельство впервые было подмечено
выдающимся советским геологом А. Н. Чураковым.
Проанализировав распространение щелочных пород на
территории Европейской части СССР, он пришел к выводу, что
эти породы появляются в земной коре лишь в
определенных местах — вдоль гигантских трещин или швов,
опоясывающих большие платформенные участки земной коры,
либо в пределах больших складчатых поясов, т. е. в
ослабленных участках земной коры, в наибольшей степени
пронизанных расколами и разрывами.
Выдающийся советский петрограф Н. А. Елисеев,
подробно изучив форму и положение известных щелочных
массивов — Хибинских и Ловозерских тундр на Кольском
полуострове, высказал интересное предположение о том,
что эти массивы представляют собой не глубинные
интрузии в строгом смысле слова (такие как, например,
большинство гранитных массивов), а являются телами,
застывшими на сравнительно небольшой глубине, наподобие
подземных частей вулканов, т. е. являются так называемыми
субвулканами.
С этой точки зрения, образование щелочных массивов
должно происходить па небольшой глубине в условиях,
близких к вулканическим, часто в сопровождении мощного
напора газов, поступающих из вулканического очага.
Параллель с вулканами дала возможность объяснить и
некоторые другие особенности щелочных пород, например
то, что их массивы или тела по площади почти не
превышают нескольких квадратных километров. В этом
отношении щелочные породы действительно сближаются с
вулканами, для которых характерен очень небольшой объем
отдельных тел или целых вулканических построек
(считается как объем самой вулканической горы, так и
расположенное под ней основание вулкана). Особенно
незначителен объем тел, сложенных щелочными породами по
сравнению с гранитными массивами. Массивы щелочных пород
часто имеют в горизонтальном разрезе концентрическое
или кольцевое строение (соответственно в пространстве —
столбчатую или трубкообразную форму). Это — так
называемые интрузии центрального типа, или кольцевые. В
последнее время их довольно много обнаружено в различных
118
районах. Внутренняя, или осевая, часть такой кольцевой
интрузии сложена обычно породами основного или
ультраосновного состава — пироксенитами, оливинитами, габбро,
а внешние (периферические) части — различными
щелочными породами, причем степень их щелочности нарастает
по мере передвижения от центральной части интрузии к
ее краям.
Тип центральных интрузий довольно широко
распространен. Это — щелочно-ультраосновной Ковдорский
массив на Кольском полуострове, Гулинский массив в
бассейне реки Хатанги в Полярной Сибири, Арбарастахский
массив в бассейне Алдана и т. д. Они известны и во многих
других странах.
Со щелочными породами связаны и карбонатиты.
Своеобразие их заключается в том, что они, так же как
осадочные известняки или мраморы, состоят почти целиком из
кальцита (углекислого кальция).
Однако обычные известняки или мраморы не содержат
минералов, присутствующих в карбонатитах. Их минералы
представляют собой силикаты и другие соединения
некоторых тяжелых металлов и содержат мало
распространенные элементы. Большая часть этих минералов образуется,
вероятно, при высоких температурах из расплава.
Возникает, таким образом, противоречие. По-видимому, надо
допустить, что карбонатиты образовались не осадочным
путем, а при кристаллизации магмы или расплава особого
состава, несшего с собой различные химические элементы,
в том числе и упомянутые выше.
Таким образом, щелочные породы обладают рядом
особенностей геологического положения, минерального и
химического состава, отличающих их от всех других
изверженных горных пород. Это говорит о том, что щелочные
породы, так же как и породы основные и ультраосновные,
скорее всего связаны своим происхождением с веществом
глубинных оболочек Земли, точнее с верхней мантией.
Большинство петрографов, геохимиков и геофизиков
считают, что в недрах Земли постепенно идет процесс
освобождения вещества мантии от газообразных и летучих
составных частей, заключенных в ней, которые постепенно
уходят, просачиваются, диффундируют к ее поверхности.
Происходит так называемая дегазация вещества мантии.
Часть этих газов давно уже отделилась в ходе развития
Земли, образовав вокруг нее атмосферную оболочку из
119
азота, кислорода, аргона, углекислоты и некоторых других
редких газов. Часть же газообразных и легких элементов,
в том числе щелочных — натрий, калий, а также фтор,
продолжают и до настоящего времени свое движение к
поверхности Земли как в форме свободных газов или окислов,
так и в виде водных растворов. Движение растворов,
несущих щелочные металлы, имеет, по мнению многих
петрографов, огромное значение; с ним связано образование не
только щелочных магматических пород, но и в
значительной мере гранитов. По мнению академика Д. С. Коржин-
ского, растворы, несущие щелочи, обладают способностью
проникать и через жидкую магму («сквозьмагматические
растворы»).
В деталях всех этих теорий много неясного и порой
противоречивого. Однако несомненно, что именно с
процессами, происходящими в недрах Земли, действительно
должно быть связано образование как щелочных, так и
некоторых других пород и в связи с этим — происхождение
множества редких и ценных минералов и руд.
VIII.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ИЗ ОБЛОМКОВ
В этой и следующей главе речь пойдет об осадочных
породах, т. е. о горных породах, которые образовались на
поверхности Земли или на небольшой глубине в условиях
умеренных температур и невысоких давлений путем
преобразования материала, полученного при выветривании,
и за счет жизнедеятельности организмов. Огромное
большинство осадочных пород возникло в океанах, озерах и
реках, поэтому их иногда называют нептуническими.
Мы знаем, что очень многие осадочные породы
образовались за счет разрушения суши морями и реками. Таким
путем образовались многие песчаники, глины, известняки,
доломиты и другие породы. Значит ли это, что история
образования осадочных пород проста и может быть уложена
всего в один этап? Вовсе нет.
Несмотря на кажущуюся простоту возникновения
осадочных пород — это сложный процесс, который
распадается на несколько этапов. История осадочных пород
начинается с образования осадочного материала. Скалы,
слагающие сушу, разрушаются под воздействием воздуха, воды
и льда, колебаний температуры и жизнедеятельности
организмов. Даже самая прочная скала в конце концов
раздробляется на обломки и мелкие зерна, а часть ее вещества
переходит в раствор. Это и есть осадочный материал. Он
редко остается на месте и почти всегда уносится водой,
ветром, льдом и силой тяжести. А затем, когда
транспортирующая сила постепенно иссякает, обломочный материал
задерживается на месте и здесь накапливается. Однако это
еще только материал, а не сама горная порода. Длительное
время и разными путями идет окаменение осадка; он
опускается на некоторую глубину и перекрывается другими,
более молодыми осадками. Из осадка постепенно
отжимается вода, изменяются его строение и минеральный состав;
протекающие через него подземные воды уносят одни ве-
121
щества и на их месте отлагают другие. И только после
всего этого появляется горная порода.
Известно много осадочных пород. На земном шаре есть
огромные пространства, на которых на сотни и тысячи
километров простираются осадочные породы.
Давайте поближе познакомимся с этими породами.
Лучше всего начать с брекчий, конгломератов и
песчаников. А почему? Да потому, что в них очень легко заметить
природу осадочных пород.
Брекчии, конгломераты, песчаники
Путешествуя по дорогам и тропам Кавказа, Крыма и
других горных стран, вы, конечно, встречали в крутых
обрывах любопытный камень. Состоит он из угловатых
обломков, прочно соединенных, будто сцементированных
инородным материалом. Эта неоднородная порода с резко
выраженным обломочным строением называется брекчией.
У брекчий, как, впрочем, и у всех осадочных пород,
история образования сложная. Первый этап их жизни —
раздробление скал на угловатые обломки. Сначала этим путем
возникли скопления обломков — глыб и щебня. Мы часто
видим их у подножия высоких скалистых гор, у крутых
морских берегов, в грязевых потоках, стремительно
стекающих по горным долинам после ливней. А случается и
так, что скопления обломков возникают на дне морей или
озер в результате размыва уплотнившегося, но еще не
окаменевшего осадка.
Второй этап наступает, когда рыхлый обломочный
материал перекрывается другими осадками, когда он, как
говорят геологи, переходит в ископаемое состояние. Тогда
промежутки между обломками заполняются песком и
глиной или химическими соединениями, выпавшими на
глубине из минерализованных подземных вод. Тем или иным
способом в ископаемом состоянии рыхлое сложение
сменяется плотным, а скопление глыб и щебня превращается в
брекчию.
К брекчиям близки конгломераты. Это также плотные
неоднородные породы, состоящие из крупных обломков.
Однако в отличие от брекчий обломки в конгломератах не
угловатые, а окатанные (рис. 44). Они называются
валунами (поперечник больше 100 мм), галькой (от 100 до
122
Рис. 44. Полированный образец конгломерата из Джархеча, Армения
Длина образца 19 см
(Фото А. П. Лебедева)
10 мм) или гравием (от 10 до 1 мм). И в зависимости от
размера обломков конгломераты называются валунными,
галечниковыми и гравийными. В конгломератах обломки
находятся очень близко друг к другу, что объясняет
название этих пород (от латинского слова «конгломеро» —
собираю в тесную кучу).
История образования конгломератов также распадается
на два этапа. Сначала должны были возникнуть и
накопиться обломки, затем они должны быть сцементированы.
Своеобразная особенность возникновения конгломератов —
продолжительная механическая обработка первоначально
угловатых обломков. Она завершается округлением и
превращением в валуны, гальку и гравий. Механическую
обработку каменных обломков производит движущаяся вода на
берегах морей или в быстро текущих реках.
Но вот вопрос — можно ли различать конгломераты,
образованные в реках и морях? Оказывается, да. Речные
конгломераты, как правило, состоят из окатанных
обломков самой разной величины. Нередко наиболее крупные
обломки в 8—10 раз превосходят их среднюю величину.
123
Иными словами, речные конгломераты плохо
сортированы; прибрежно-морские сортированы гораздо лучше.
Другое различие между речными и прибрежно-морски-
ми конгломератами состоит в особенностях расположения
гальки в пространстве. В речных конгломератах
уплощенная галька круто наклонена против течения; в прибрежно-
морских наклон гальки гораздо меньше и не превышает
7—8°. И, что очень важно при восстановлении
географической обстановки далекого прошлого, галька наклонена в
направлении отката волны от берега к морю, т. е. в
сторону стока воды. К тому же морская галька обычно гораздо
лучше окатана, чем речная.
По местам распространения конгломератов можно
восстановить контуры исчезнувшей горной страны.
Следует остановиться на песчаных породах. Подобно
брекчиям и конгломератам, это тоже обломочные породы,
но с меньшим размером обломков — от 1 до 0,1 мм.
Слагают их камни-малютки, точнее минеральные
частицы-малютки, так как почти любая песчинка состоит из одного
минерала. Рыхлые скопления песчаных пород — это всем
хорошо известные пески, а прочные (сцементированные)
называются песчаниками. Встречаются тонкозернистые
обломочные породы с еще меньшими размерами
обломков — от 0,1 до 0,01 мм. Такие породы называются
алевритовыми (от греческого слова «алеврон» — мука).
Песчаники — довольно прочные породы. В процессе
разрушения земной поверхности они лучше сохраняются и
на местности выделяются в виде карнизов, образуя своего
рода каменную лестницу (рис. 45).
Земную поверхность слагают самые различные горные
породы, в каждой из них есть свои, особые минералы.
Разнообразие минералов в горных породах очень велико,
поэтому может показаться, что возникают пески самого
различного состава. Так ли это? В горных породах обычно
встречается ограниченное число минералов, а перечень их
в песках гораздо короче перечня минералов в горных
породах, из которых они образовались путем разрушения.
Например, на равнинах часто встречаются пески, полностью
или почти полностью состоящие из кварца (рис. 46). Эти
белоснежные или чуть желтоватые кварцевые пески можно
видеть по берегам Днепра, в обрывах оврагов в Киевской,
Полтавской и Харьковской областях Украины.
Разнообразнее пески в горах, обычно состоящие из нескольких мине-
124
Рис. 45. «Каменная лестница» состоит из переслаивающихся пластов прочного
песчаника и легко разрушающегося глинистого сланца, Крым
(Фото В. И. Лебединского)
Рис. 46. Кварцевый песок с прозрачными окатанными зернами под микроскопом
(Фото В. И. Лебединского)
125
ралов. Таковы, например, аркозовые пески,
образовавшиеся из гранитов и состоящие из песчинок кварца, полевого
шпата и слюды. Однако состав и этих многоминеральных
песков беднее, чем состав гранитов. В них нет апатита,
магнетита и других минералов — примесей, всегда
присутствующих в гранитах.
Нет ничего загадочного в простом минеральном составе
песков. Ведь они образуются в результате раздробления
и окатывания обломков горных пород. Обломки и зерна
минералов во время переноса водой или воздухом многие
тысячи раз ударялись друг о друга и о каменное ложе
реки, прежде чем были округлены и приобрели плавные
контуры песчинок. Такую бурную жизнь выдерживают далеко
не все минералы: мягкие истираются, а хрупкие дробятся
и превращаются в пыль. Значит, уже при переносе
обломков и сопровождающей его механической обработке часть
минералов просто исчезает.
Но кроме механической обработки минералы
испытывают и химическое воздействие. Обычная речная вода с
растворенными в ней газами, а тем более соленая морская
вода разъедает и растворяет многие минералы. Особенно
страдают при этом оливин, пироксены и некоторые другие
минералы.
Итак, бедность минерального состава песков
объясняется тем, что во время переноса обломки минералов
испытывают физическое и химическое разрушение и выходят из
строя. Впрочем, упрощение состава песков может
продолжаться и во время окаменения.
Пески образуются в самых разнообразных условиях.
Очень много песка накапливается в песчаных пустынях
(Каракумы, Сахара и др.)- Виновник возникновения
песков пустыни — ветер, поэтому они по имени
древнегреческого бога ветра Эола называются эоловыми.
Многие эоловые пески возникли путем перевевания
речных песков. При этом происходила сортировка
обломочных частиц — ветер поднимал в воздух и уносил далеко
глинистые частицы, перекатывал песчаные, а самые
крупные гравийные зерна оставались на месте. Поэтому
эоловые пески хорошо сортированы и в них нет примеси
глинистых и гравийных частиц. Под микроскопом видно, что
песчинки очень хорошо окатаны и по своей форме
приближаются к шару. Любопытно, что наряду с целыми
песчинками встречаются раздробленные с матовой поверхностью.
126
Образовались они во время сильных ветров, когда
песчинки ударялись друг о друга с большой силой и при этом
дробились.
Многое о песках известно. Но есть до сих пор еще не
разгаданные явления, например звуки в песках. Они
часто возникают при оползании влажных песков на крутых
склонах или при перевевании слабым ветром. Звуки
раздаются и при ходьбе по увлажненным пескам. Звучащие
пески есть на берегах Байкала, Кольского полуострова,
Рижского взморья, на пляже в Днепропетровске и во
многих местах за рубежом. Часто их находят в
пустынях.
Вот как описывает свои впечатления от звучания
песков в Сахаре русский путешественник А. Елисеев:
«Около полудня мы притаились под тенью шатра и не пере-
живали, а перемучивались казавшиеся бесконечными
часы полуденного зноя...
Но вот в раскаленном воздухе послышались какие-то
чарующие звуки, довольно высокие, певучие, не
лишенные гармонии, с сильным металлическим оттенком; они
слышались отовсюду, словно их производили невидимые
духи пустыни. Я невольно вздрогнул и осмотрелся
кругом. Пустыня была также безмолвна, но звуки летели и
таяли в раскаленной атмосфере, возникая откуда-то
сверху и пропадая будто бы в земле... То веселые, то
жалостные, то резкие и крикливые, то нежные и мелодические,
они казались говором живых существ, но не звуками
мертвой пустыни... Никакие нимфы древних не могли
придумать чего-либо более поразительного и чудесного,
чем эти таинственные песни песков».
Жители Египта такие звуки считали порождением
духов пустыни.
Причины, вызывающие звучание песков, до конца не
выяснены. Одни ученые считают, что звуки возникают
при трении друг о друга бесчисленных передвигающихся
чистых кварцевых песчинок. Другие думают, что пенис
песка вызвано расширением и сжатием зерен при
движении песка. Колебания передаются воздуху,
заключенному между ними, вызывая появление звуков. А
английский ученый Р. Бенгольд объяснил появление звуков
пьезоэлектрическими свойствами кварца. Известно, что
кристалл кварца при сжатии или растяжении
заряжается— один конец получает положительный заряд, другой—
127
Рис. 47. Слоистый песчаник со следами подюдного оползания.
Толщина смятого пласта 25 см
отрицательный. Это и есть, по мнению Бегнольда,
причина звучания песка.
Во многих геологических музеях можно увидеть
глыбы слоистого песчаника необычного строения (рис. 47).
В середине ее проходит пласт, смятый в сложные мелкие
складочки. А над ним и под ним идут пласты с ровными
поверхностями слоистости. Удивительным является тот
факт, что складки захватывают не всю толщу, как
обычно бывает, а только один ее пласт.
Особенности этих песчаников. связаны с образованием
их на наклонном дне древнего моря. Дно было покрыто
илом или песком. Время от времени происходили
моретрясения и тогда слои ила и песка теряли устойчивость.
Они сползали вниз по склону и сминались в складки.
Так на ровную поверхность плотного осадка наползал
другой, собранный в складки. А затем, когда
восстановился покой, на оползший пласт отложился ровный слой
ила и песка. Значит, песчаник со складками,
заключенный среди ненарушенных пластов,— свидетель древнего
землетрясения в море.
Илы и песчаные осадки подобного строения, еще не
успевшие окаменеть, обнаружены на дне многих морей,
в том числе и Черного. Экспедиции не один раз брали
пробы осадков при помощи специальных труб. Было
установлено, что после Крымского землетрясения 1927 г.
глубина моря около Керченского полуострова
изменилась. Оказалось, что на некоторых участках лежавший
128
сверху ил исчез. Он переполз на соседние участки,
образовав причудливые складки.
Изучая особенности состава и строения песчаных
пород, можно открыть и другие их тайны, например
увидеть следы ряби от волнений на морском дне,
отпечатки дождевых капель и градин, следы ползающих и
ходящих животных и даже ямки — отпечаток такого
совершенно эфемерного явления, как выделение струек
газа!
Встречаются и окаменевшие следь1 удара... молний.
Когда молния ударяет и проникает в рыхлый песок, в
нем может образоваться трубочка сплавленного
материала. Такую трубочку естественного стекла называют
фульгуритом. Поперечник ее до 60 мм, стенки тонкие — до
1—5 мм, а вглубь она может уходить на 15—20 м.
В пустынях и полупустынях выветривание создает
огромную массу пыли. Пустыни — это своего рода
фабрики пыли. Ветер, даже не очень сильный, легко
поднимает минеральную пыль в воздух, уносит на многие
десятки и даже сотни километров, а затем осаждает ее на
окраинах пустынь. Так за многие тысячелетия возникли
отложения толщиной в десятки, а то и сотни метров,
называемые лёссом, или желтоземом.
Лёсс — серо-желтая, связанная, но малопрочная
порода. Он легко режется ножом и растирается между
пальцами, при этом среди тончайших минеральных
частиц (0,1—0,01 мм) прощупываются и мелкие песчинки,
царапающие кожу. Состоит лёсс из отдельных частиц
кварца, полевого шпата и их скоплений, связанных
между собой глинистым веществом (рис. 48). Кроме того, в
нем рассеяны скопления углекислого кальция,
образовавшиеся в ходе окаменения. В этой породе много
мелких округлых пустот размером в несколько миллиметров,
которые сообщают ей легкость.
Название породы, по всей вероятности, произошло от
немецкого слова «лёссен» — растворять. Действительно,
стоит бросить кусок лёсса в стакан с водой, как из
породы начинают выделяться пузырьки воздуха,
вытесняемого водой, а затем она рассыпается в порошок.
В лёссе проточная вода образует глубокие овраги с
вертикальными стенками высотой до 20 м и даже более.
В обрывах хорошо видно, что лёсс однородный и не
разделяется на слои.
6 Популярная петрография
129
Рис. 48. В лёссе минеральные зерна (1 1 окружены глинистым
веществом (£)
(По А. К. Ларионову)
Лёсс широко распространен на Земле. Он покрывает
обширные степные пространства в Европе, Азии и
Америке, Австралии и Африке, особенно широко
распространен в Северном Китае. В большой излучине реки Хуанхэ
находится лёссовое плато (рис. 49), где возвышенности
в несколько сот метров высотой состоят только из лёсса.
В нашей стране наибольшую площадь желтоземы
занимают на Украине, местами достигая 30—50 м.
Лёсс играет большую роль в народном хозяйстве: на
нем формируется одна из самых плодородных почв —
чернозем; из него получают лучший красный кирпич.
Так как лёсс широко распространен, на нем возводятся
дома и заводы, прокладываются дороги и каналы.
Следовательно, проектировщикам и строителям нужно
учитывать особенности лёсса как грунта. В противном случае
в домах появляются трещины, здания наклоняются, а
иногда могут разрушиться. Случаются и провалы
поверхности вместе с домами.
Объясняется это очень просто. Лёсс — растворимая
порода. При увлажнении вода разрушает скопления пы-
130
леватых частиц, образуя жидкий коллоидный раствор.
Растворяются также и минеральные соли,
цементирующие частички. Лёсс уплотняется и уменьшается в
объеме.
С деформациями лёссовых грунтов можно бороться.
Для этого в скважины пускают очень горячий воздух,
порода обжигается и становится неразмокаемой. Лёсс
можно укрепить, пропитав его раствором жидкого
стекла.
Издавна ведутся споры о том, как образовался лёсс.
Многие специалисты считают, что он возник путем
накопления пыли, принесенной ветрами. В Европу она
поступала из центральных и северных районов, где
ледники четвертичного периода оставили грандиозные
скопления обломочного материала. В Азии источником пыли
были пустыни.
Возможны и другие пути образования лёсса.
Например, в результате процессов образования почвы на пы-
леватых породах, отложившихся из воды, или путем
Рис. 49. Ландшафт лбссоаого плато близ города Яивнь, Китай. Поверхность Зомли
покрыта только лёссом
(Фото В« И. Лабадинского)
6* 131
накопления пылеватых частиц, смытых дождевыми
струйками со склонов возвышенностей.
В местах, где проходили ледники, встречаются
особые пески. Зерна их вынесены подледниковыми водами,
а затем развеяны холодными ветрами со стороны
ледников. Эти пески плохо сцементированы, к ним всегда
примешан гравий. Залегают они линзами.
Каково же практическое значение обломочных пород?
Шире всего используются песчаные породы.
Наибольшее значение имеют кварцевые пески. Они нужны для
изготовления стекла, фарфоро-фаянсовых изделий,
строительного кирпича, бетона, в металлургии, дорожном
строительстве.
В каждом случае используется не любой песок, а со
строго определенными свойствами. Для изготовления
оптического стекла он должен состоять из чистого
кремнезема. В этом случае особенно вредна примесь окиси
железа, содержание которой не должно превышать 0,012%.
В кварцевом песке для изготовления оконного стекла
окись железа может достигать 0,1% (большее количество
делает стекло зеленым).
При изготовлении фарфора и фаянса к белой глине
добавляют кварцевый песок, чтобы при обжиге не
появлялись трещины. Для строительного кирпича к глине
добавляется песок без примеси кусочков известняка.
Дело в том, что во время обжига кирпича известняк
превращается в негашеную известь; готовый кирпич поглощает
влагу из воздуха, увеличивает при этом свой объем и
поэтому растрескивается. Глинистые пески непригодны для
дорожного строительства — от них пылят дороги.
Немаловажное значение имеет форма песчинок. Для
бетона и силикатного кирпича выбирают песок с
угловатыми песчинками; это содействует большой прочности
изделий. В металлургии для изготовления форм и
заливки в них металла подбирают песок с округлой формой
песчинок, чтобы создать пористость и дать свободный
выход газам.
Бывает и так. Песок, по всем признакам не
подходящий для изготовления стекла, фарфора, кирпича и
других изделий, все же оказывается очень ценным. При
разрушении руд в песках накапливаются самородное
золото и платина, минералы, богатые оловом, вольфрамом,
торием, церием и другими ценными веществами. Такие
132
пески образуют россыпные месторождения, или россыпи.
Значительную роль в строительстве зданий и дорог
играет песчаник, обладающий высокой прочностью.
Среди песчаников встречаются окрашенные в красивые
цвета — красный, розовый, зеленый; они используются как
облицовочный камень.
В Донбассе, в окрестностях села Раздольного можно
увидеть красивую и, на первый взгляд, не совсем
понятную по своему происхождению горную породу.
Создается впечатление, что это — пласт крепкого
песчаника, так как в этом месте на геологической карте
показана толща песчаников и сланцев, граничащая с
розовыми гранитами Украинского кристаллического щита.
Несколько размашистых ударов тяжелым
геологическим молотком. Но не тут-то было! Камень прочен и не
раскалывается. Еще ряд ударов, наконец появляются
свежие сколы, и уже проглядывает неоднородный
крупнозернистый красивый камень темно-дымчатого цвета с
разбросанными в нем ярко-оранжевыми пятнами. Он очень
похож на гранит. Внимательно рассматривая породу через
лупу, видно, что она состоит из зерен темно-серого кварца
и оранжевого калиевого шпата, кое-где видны блестки
черной слюды. Особенно бросаются в глаза крупные
кристаллы калиевого шпата в виде очерченных ломаными линиями
многогранников длиной до 2—3 см.
Да, порода очень сходна с гранитом. Но наметанный
глаз замечает и другое. Встречаются кристаллы
калиевого шпата не только правильной формы, но и в виде
обломков с чуть-чуть закругленными углами и
ребрами.
В других участках обнажения видны небольшие
окатанные обломки кварца и сланца. И, наконец,
грубозернистые участки породы сменяются участками с
меньшим размером минеральных зерен. Так это же
слоистость! Теперь нет сомнения — порода не гранит, а арко-
зовый песчаник. А раз кристаллы полевого шпата
крупные и великолепно сохранили форму
многогранников, значит, песчаник лежит совсем недалеко от гранита,
из разрушенного материала которого он возник.
Этот случай сходства аркозового песчаника с
гранитом — далеко не единственный пример внешнего
сходства горных пород, образовавшихся разными путями.
133
Рис. 50. Пещера с огромными статуями будд ■ песчаниках.
Окрестности города Датун, Китай
(Фото В. И, Лебединского)
В древности в некоторых странах создавались
пещерные поселения и даже города в горах, состоящих из
песчаников. Почти на 2 км тянется обрыв песчаников
60-метровой высоты около города Датун в
Северо-Западном Китае. В нем множество пещер, созданных людьми
в V в. н. э. Самые высокие пещеры — 15 м. Все пещеры
снаружи и изнутри украшены множеством скульптур и
барельефов (рис. 50).
Человек использует и грубообломочные породы.
Галечник и гравий — превосходный материал для
железнодорожного полотна и шоссейных дорог. Их добавляют
также к бетону. В цементе некоторых конгломератов и
брекчий встречаются ценные минералы россыпей —
самородное золото, платина и алмазы.
Цветная галька — оригинальный, но еще мало
использованный материал для мозаики.
В Киеве сооружается дворец пионеров, внутри
которого на декоративном панно будет изображено Черное
море. Поверхность моря украсят мозаикой из
разноцветной крымской гальки — серой, белой с прожилками,
зеленой, розовой, черной...
Удивительные горные породы
Мы уже знаем, что обломочные горные породы состоят
из частиц горных пород и из зерен минералов большего
или меньшего размера. По этому свойству породы можно
расположить в один ряд. На одном конце окажутся
породы, состоящие из крупных валунов и глыб, на
другом— из песчаных и алевритовых (0,01—0,1 мм) частиц.
Но размер песчаных и алевритовых частиц не служит
пределом, на поверхности Земли возникают частицы еще
меньшего размера, которые слагают породы, называемые
глинами.
Глины бывают окрашены в самые различные цвета:
бурый, красный, фиолетовый, зеленый, голубой, серый,
черный. Но цвет глины не самое важное ее свойство.
Более важен характер поверхности — она совершенно
гладкая, нередко нежная и скользкая на ощупь. Эта
особенность самым прямым образом связана со строением
глины. Она состоит из мельчайших минеральных частиц,
т. е. тонкодисперсна. Другое характерное свойство глин,
135
также связанное с их строением,— пластичность.
Проявляется оно во влажном состоянии. Влажная глина под
давлением легко изменяет свою форму и сохраняет ее
после того, как давление устранено.
15—20 лет тому назад о минеральном составе глин
знали очень мало. И в этом нет ничего удивительного.
Размер глинистых частиц настолько мал, что в
поляризационном микроскопе даже при самом сильном
увеличении (в одну-две тысячи раз) были видны лишь какие-
то точки, о свойствах которых нельзя было сказать
ничего определенного.
Но вот пришли новые методы изучения глин — рент-
геноструктурный анализ, метод окрашивания и прежде
всего исследование при помощи электронного
микроскопа, дающего увеличения в десятки тысяч раз. Оказалось,
что глины состоят из нескольких минералов,
отличающихся друг от друга но составу, форме и происхождению
частиц.
Итак, глины — полиминеральные
(многоминеральные) породы. Главную роль в них играют глинистые
минералы, разделенные на три группы: каолиновую,
монтмориллонитовую и гидрослюдистую. Кроме того,
почти в каждой глине встречаются очень мелкие зерна
кварца, полевых шпатов, слюд и некоторых других
минералов. Последние образовались путем разрушения пород
суши, поэтому их называют терригенными (от
латинского слова «терра» — земля). В глины входят также
минералы, образовавшиеся в результате «окаменения»
породы. Это скопления окислов железа, кристаллы
кальцита, доломита, пирита, опал и некоторые другие.
По размерам своих частиц глинистые минералы
относятся к коллоидно-дисперсным. Их зерна ничтожно
малы — в одном кубическом сантиметре глины заключено
более 25 млрд. зерен этих «невидимых» минералов.
Следовательно, у глины очень большая удельная поверхность. Чем
больше удельная поверхность, тем более активно
вещество. Увеличивается способность к поглощению воды
и других веществ, сильнее проявляются молекулярные
силы.
По химическому составу глинистые минералы
принадлежат к алюмосиликатам и состоят из кремния, алюминия
к воды. В некоторых из них еще содержится железо и
магний (монтмориллонит) или калий (гидрослюда). Глини-
136
стые минералы возникают в результате химического
изменения горных пород на поверхности Земли.
Пропитывающая горные породы вода с растворенными в ней
кислородом, углекислым газом и различными солями химически
разлагает камень. При этом первичные минералы горных
пород замещаются глинистыми. В одних случаях
замещение охватывает только часть породы, в других оно идет до
конца.
В гранитных карьерах под слоем почвы часто видны
г.ыветрелые серовато-желтые породы, внешне сохранившие
строение гранитов. Но полевые шпаты в них полностью
замещены каолином. Это и есть так называемые первичные
каолины коры выветривания, иногда уходящие вглубь на
десятки, а то и сотни метров. Дожди легко размывают
кору выветривания и уносят ее тонкие глинистые частицы,
на месте остается кварц, а на дне озера, куда стекают
дождевые воды, отлагается чистый тонкослоистый каолин. Так
возникают залежи вторичных каолинов. От первичных
каолинов они отличаются чистотой и окраской в светлых
тонах.
Глинистые минералы монтмориллонитовой группы
образуются в результате химического выветривания
изверженных пород основного состава — габбро, базальтов и
других. Монтмориллонитовое семейство минералов часто
рождается на дне океанов и морей при подводном разложении
вулканических пеплов основного состава. А
гидрослюдистые глинистые породы менее всего «глинисты». В них
значительную роль играют не только сами гидрослюды,
образовавшиеся при начальных стадиях выветривания, но и
обломочные песчаные и алевритовые зерна.
В последние годы выяснилось, что глинистые минералы
образуются не всегда путем разложения алюмосиликатов.
Многие каолиновые глины возникли в результате синтеза
гелей кремнезема и глинозема прямо на месте
выветривания изверженных пород. Как же это происходит? При
химическом разложении материнских пород образуются
коллоидные растворы кремнезема и глинозема. Коллоидные
частицы электрически заряжены; обычно глиноземистые
имеют положительный знак, а кремнеземистые —
отрицательный. Противоположно заряженные коллоидные
частицы кремнезема и глинозема притягиваются друг к другу,
соединяются, осаждаются и образуют «крупные» чешуйки
каолина правильной шестиугольной формы. Конечно, круп-
137
ность этих чешуек относительна, а именно, если ее
рассматривать в сравнении с глинистыми частицами,
образовавшимися обычным путем. Поперечник этих
«крупных» частиц измеряется всего десятыми долями
микрона!
Итак, по минеральному составу различают три главных
типа глин. Однако крайне редко глина состоит только из
какого-либо одного глинистого минерала. Обычно один из
них преобладает, а другие присутствуют в виде примесей.
В глинах бывает также примесь обломочного материала —
песчинок и алевритовых зернышек. Поэтому глины
связаны постепенными переходами через песчанистые и
алевритовые глины с песками и алевритами.
Для человека, изучающего геологическое прошлое,
глины важны тем, что по ним можно получить данные о
физико-географической обстановке минувших эпох. Например,
каолиновые глины — свидетели континентальных условий;
они образовались на возвышенных участках суши, в
условиях влажного и теплого климата, а также в озерах, где
осаждался перемытый речной водой глинистый материал.
Монтмориллонитовые глины возникали на дне морен и
океанов. Шире всего диапазон условий образования
гидрослюдистых глин — они возникли и на суше, и в морях, и
в областях с холодным или умеренно-влажным климатом.
Глины — типичные образования земной поверхности,
поэтому ученые издавна считали, что роль глин
ограничивается осадочной оболочкой. Однако Н. В. Белов и В. И.
Лебедев, изучив данные рентгеновского анализа о
внутреннем строении глинистых минералов, пришли к выводу, что
глины — характерный продукт земной поверхности —
играют очень большую роль в жизни земных недр. К этому,
на первый взгляд парадоксальному, выводу ученые
пришли, рассуждая следующим образом.
На поверхность Земли непрерывно падают солнечные
лучи, дающие энергию всем геологическим процессам на
поверхности нашей планеты. Солнечные лучи всесильны —
они разрушают горы и равнины, переносят разрушенные
вещества в моря и океаны, вызывают химические
превращения минералов. Но не все тепло тратится только на
разрушение. Оно — обязательное условие жизни растений.
После гибели растений солнечная энергия возвращается
в виде тепла, выделяющегося при сжигании торфа, бурого
и каменного угля.
138
Существует и иной путь консервирования солнечной
энергии — в глинах. Эти породы образовались на
поверхности Земли при самом непосредственном участии
солнечного тепла. Затем они могут погрузиться на большую
глубину в недра Земли, где под действием высокой
температуры превратятся в метаморфические породы, а может
быть, даже переплавятся. При этом расстояния между
атомами кремния и алюминия, равные в глинистых и
других осадочных породах 1,9—2,1 А1, в новых минералах
земных глубин (прежде всего в полевых шпатах)
уменьшается до 1,6—1,7 А. А по законам физики сокращение
межатомных расстояний должно сопровождаться
выделением энергии, в данном случае той самой энергии, которая
была получена от Солнца и затрачена на образование
глинистых минералов на поверхности Земли. Этой
консервированной, а затем выделяющейся энергией Солнца
Н. В. Белов и В. И. Лебедев объясняют расплавление
вещества в глубинах Земли, изгибы и разрывы пластов
горных пород.
Значит, глины и некоторые другие осадочные породы,
образовавшиеся при химическом разложении гранитов и
других магматических пород, выступают как своего рода
аккумуляторы солнечной энергии. «Зарядка» этих
аккумуляторов происходит в зоне выветривания, а «разрядка» —
освобождение энергии — в недрах земной коры.
Но как ни привлекательны и многообещающи
представления о геохимических «аккумуляторах», пока это
гипотеза, требующая термохимических доказательств и проверки
геологическим опытом.
Глины — важное полезное ископаемое, очень широко
использующееся в различных отраслях народного
хозяйства. Каолин — основное сырье для производства фарфорово-
фаянсовых изделий. Здесь нужна-чистая глина — жирная
на ощупь, мало пластичная и очень огнеупорная,
плавящаяся при температуре около 1750° С. Каолин необходим
также в бумажной, мыловаренной и резиновой
промышленности. Плотная, белоснежная, просвечивающая бумага с
гладкой поверхностью очень красива, но мало кто знает,
что в нее входит до 30—40% каолина. В резиновой
промышленности каолин нужен как наполнитель при изготов-
1 А (Ангстрем) — единица длины, применяемая обычно для измерения
световых волн и расстояний между атомами, равная одной стомиллионной
доле сантиметра.
139
лении резины. Это он придает ей стойкость против
истирания и кислотоупорность.
Каолин как наполнитель входит и в мыло. В
хозяйственном мыле 10—40% каолина, в туалетном — до 5%. В
косметической промышленности каолин используется при
изготовлении разнообразных паст, мазей, помад, грима,
пудры. Худшие сорта каолина (с примесью окисей железа и
кальция) обладают достаточно высокой огнеупорностью
(начинают плавиться при температуре выше 1580° С),
поэтому из них изготовляют огнеупорный кирпич.
Гидрослюдистые глины и глины пестрого минерального
состава плавятся при меньшей температуре, поэтому они
не огнеупорны; из таких глин получают грубую керамику
(кирпич, черепицу, горшечные товары и др.).
Глины пестрого минерального состава с большим
содержанием красящего вещества используются как краски.
Называются они охрами. Цвет их желтый и красный. Охры —
самые древние краски. Они известны человеку каменного
века, о чем говорят прекрасно выполненные рисунки на
cieHax пещер.
Желтая охра состоит из смеси водной окиси железа с
глиной, в красной также содержится окись железа, но
только безводная. Залежи охр обычно связаны с
месторождениями железных руд.
По мере потемнения и густоты окраски в охре
возрастает содержание окиси железа. В желтой охре окись
железа достигает 25%, в красной — до 40%. При более
высоком содержании окиси железа (до 60%) охра становится
ярко-красной; такую охру называют суриком. Хорошие
охры не содержат примесей. Вредное влияние оказывают
песок (уменьшает кроющую способность краски), мел и
органическое вещество.
Чистые охры применяются без предварительной
обработки. От небольшой примеси песка можно освободиться
промывкой, от органического вещества — прокаливанием.
Монтмориллонитовые глины раньше называли
сукновальными, или отбеливающими, в науке они дзвестны под
именем бентонитов и флоридинов. Это зеленоватые или
желтоватые глины, во влажном состоянии с восковидным
блеском. Флоридиновые глины в воде рассыпаются в
мелкий порошок. Бентонитовые глины жадно поглощают воду,
резко увеличиваются в объеме и становятся похожими на
студень.
140
Эти жирные на ощупь глины люди приметили давно.
Называли их по-разному: в Крыму — кил, т. е. горное
масло; в Азербайджане гиль-аби — моющие глины; в
Англии — фуллерова земля (от английского слова «фулер» —
сукновал). Глина помогала обезжиривать шерсть, мыть
ковры, очищать виноградный сок. В 70-х годах прошлого ве-
ва она появилась на текстильных фабриках. Пизже ею
заинтересовались нефтяники и химики.
Промышленная добыча этого минерального сырья
началась в США, в окрестностях форта Бентон. Отсюда и
происходит название глины бентонит.
Затем были открыты крупные месторождения монтмо-
риллонитовых глин в Канаде, Китае, Мексике и ряде
других стран. А промышленность дореволюционной России
получала ценную глину из Америки. После Октябрьской
революции были найдены свои месторождения монтморил-
лонитовых глин в Грузии, Азербайджане, Украине,
Средней Азии. В последние годы крупные залежи обнаружены
в Татарии.
Замечательная особенность монтмориллонитовых глин
состоит в способности поглощать тончайшие примеси ил
других веществ. Поэтому такие глины используются для
очистки нефтяных продуктов, растительных масел,
уксуса, вина и фруктовых соков, обезжиривания шерсти
и т. д.
Бурение скважин не обходится без бентонитовой глины.
Чтобы не произошло обвала их надо укрепить. Используют
для этого раствор бентонитов в воде — лучшее
профилактическое средство для скважин.
Очень сильная поглотительная способность
монтмориллонитовых глин объясняется подвижностью
кристаллической решетки. Их решетка состоит из кристаллических
«пакетов», слабо связанных друг с другом. Молекулы
воды и инородных примесей проникают между «пакетами»
решетки и раздвигают их, как меха гармоники. Минералы
с таким строением при сильном набухании увеличиваются
в объеме в 5 и даже 10 раз.
Но глины не только полезные ископаемые. Они
зачастую лежат на поверхности Земли и служат грунтами для
возводимых на них зданий. У глинистых грунтов есть одно
неприятное свойство — при увлажнении они становятся
менее прочными и даже могут переходить в текучее
состояние. А при высыхании глины уменьшаются в объеме. Усад-
141
ка сопровождается растрескиванием глины. Эти изменения
ь объеме глины могут сказаться на прочности зданий.
Одно из крупных сооружений Ленинграда —
знаменитый Исаакиевский собор — возведен на слабо водонасы-
щенных неоднородных глинах. Это третье в мире по
размерам купольное сооружение. Его высота достигает 102 м,
в нем помещается 13 тыс. человек. Вес собора превышает
300 тыс. т. При строительстве Исаакиевского собора для
укрепления грунта было забито 12 тыс. свай, а сверху
уложили два ряда огромных гранитных плит толщиной 7,5 м.
Но этих мер по укреплению фундамента оказалось
недостаточно. После окончания строительства собора в 1859 г.
вскоре обнаружилось, что здание оседает. Общая величина
осадки достигала 45 см. Возникли трещины, перекосы
колонн, повреждения конструкций. Одна из главных причин
этого — увлажнение глины в основании здания. Поэтому
пришлось заняться большими реставрационными
работами по укреплению Исаакиевского собора. Они были
проведены в 1956—1957 гг.
IX.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ИЗ РАСТВОРОВ
И ОРГАНИЗМОВ
Здесь пойдет речь о горных породах, образовавшихся
совершенно иным путем, чем обломочные и глинистые.
Возникли они из естественных растворов и за счет организмов,
поэтому называются осадочными породами химического и
органического происхождения. По составу среди них
выделяются аллитовые (алюминиевые), железистые,
кремнистые, фосфоритовые, карбонатные, соляные и органические
горючие породы. Рассказать о всех в книге невозможно,
поэтому остановимся только на трех группах горных
пород — карбонатных, соляных и горючих. Сделаем мы так
не только потому, что эти группы пород имеют очень
большое народнохозяйственное значение, но и потому, что по
этим трем группам пород можно получить представление
о путях образования пород химического и органического
происхождения.
Карбонатные горные породы
К карбонатным породам относятся породы, которые
состоят из карбонатов — минералов, по составу являющихся
солями угольной кислоты. Название происходит от
латинского слова «карбо»—углерод. Карбонатных минералов
насчитывается несколько десятков; ведь водород угольной
кислоты могут замещать многие металлы — кальций,
магний, железо, марганец, свинец, цинк, барий, стронций и др.
В качестве породообразующих минералов в горные породы
входят два карбоната — кальцит и доломит. . Кальцит —
это углекислый кальций (СаСОз), а доломит — двойная
углекислая соль кальция и магния (CaCCVMgCOa). Они
образуют широко распространенные карбонатные породы —
известняк, состоящий из кальцита, и доломит.
Известняк многим знаком. Это плотная порода с часто
незаметным для невооруженного глаза кристаллическим
143
строением. Окраска ее очень изменчива и зависит от
примесей. Чистый известняк — белый; органическое вещество
или глинистый материал придают ему серый и даже
черный цвет; бурый или красноватый оттенок вызван окисью
железа. Но как бы ни была разнообразна окраска
известняка, черта, оставленная им на камне, всегда белая. Под
действием любой кислоты известняк бурно вскипает,
выделяя углекислый газ. Это породы умеренной прочности
(твердость кальцита по шкале Мооса равна 3).
Среди известняков имеется много разновидностей,
отличающихся не только по цвету, но и по строению и
другим особенностям. Они разделяются на две группы —
органогенные и химические.
Органогенные известняки состоят из раковин
моллюсков, кораллов, остатков морских лилий, известняковых
водорослей и других организмов, некогда обитавших на дне
морей. Эти известняки наиболее распространены. Гораздо
меньше известняков, которые образовались из раковин
организмов, не обладавших способностью активного
движения. Эти организмы жили в толще воды и перемещались
волнами и течениями. Такие известняки состоят главным
образом из окаменевших водорослей и корненожек,
К органогенным известнякам принадлежит также
обыкновенный мел, хотя по своему внешнему виду он,
казалось бы, сильно отличается от известняка белым цветом,
однородностью, небольшой твердостью и тонкозернисто-
стыо. Под микроскопом (рис. 51) видно, что мел в
основном состоит из остатков кокколитофорид (одноклеточных
морских водорослей с панцирем из известняковых
пластинок) в виде пластинок, дисков и трубок, размер которых
измеряется тысячными долями миллиметра. Встречаются
в нем также остатки простейших одноклеточных
организмов — фораминифер. В мелу не так уже редко
обнаруживаются и крупные окаменелости — ребристые тяжелые
раковины устриц, остатки вымерших моллюсков белемнитов,
напоминающие острие копья (в народе их называют
«чертовыми пальцами»), спиральные раковины
аммонитов.
Кроме остатков организмов в мелу встречается порош-
коватый кальцит, количество которого может изменяться
от 5 до 60%. В нем нет признаков органического
происхождения, поэтому предполагают, что он выделился
химическим путем из раствора.
144
Рис. 51. Микроскопические раковинки, составляющие мел
Считают, что осадок, из которого образовался мел,
накапливался на дне теплых морей с обычной соленостью
(глубина моря в таких участках была различная — от
нескольких десятков до многих сотен метров). Затем,
перекрытый не очень мощной толщей более молодых
отложений, он оказался на небольшой глубине or поверхности.
Здесь уплотнился, однако не очень сильно, о чем говорит
хорошая сохранность не только остатков организмов, но
и порошковатого кальцита. Небольшим уплотнением
объясняется слабая связь между частичками мела, а значит,
небольшая прочность породы. Вот почему куски мела
легко разламываются, а поверхность излома — землистая.
145
В геосинклиналях меловой осадок опускался на
большие глубины, прогревался внутренним теплом Земли,
вместе с другими пластами сминался в складки и поэтому
окаменевал значительно сильнее. Вот почему в бывших
геосинклиналях писчий мел не встречается, а
соответствующие ему осадки хорошо сцементированы и превращены в
плотные прочные известняки.
Известняки химического происхождения состоят из
кальцита, выпавшего из воды чисто химическим путем.
Такие известняки яснокристаллические, и в них нет, конечно,
остатков организмов. Отсюда понятна их форма залегания
в виде протяженных пластов. Иногда же эти известняки
были образованы путем стяжения кальцита к
определенным участкам в других породах. Залегают они линзами.
В известняках химического происхождения нередко
встречаются тонкие кальцитовые жилы, рассекающие пласты в
разных направлениях. Они говорят о том, что
первоначальный известняковый осадок уплотнялся и сокращался в
объеме, а значит, растрескивался. Затем циркулировавшие в
трещинах подземные воды насыщались углекислым
кальцием и отлагали его, образовав кальцитовые жилки.
Но бывало и так, что известняковый материал
накапливался одновременно химическим путем и за счет
остатков организмов. Поэтому не всегда известняк чисто
органогенного или чисто химического происхождения. Нередко
в органогенном известняке есть примесь кальцита
химического происхождения, а в хемогенном известняке
встречаются кальцитовые раковины. Эта сложность
происхождения известняков отчетливо видна и на примере мела —
несомненно органогенной породы, но с примесью порошкова-
того кальцита химического происхождения.
В некоторых глинистых известняках встречаются
обособления с характерными очертаниями, которые
поднимаются от общего основания и несколько напоминают
очертания леса, видного издали. Это сходство рисунка камня с
изображением леса в ландшафтной живописи объясняет
название горной породы — ландшафтный известняк. О
происхождении этого узорчатого известняка ученые спорят
давно. Скорее всего, эти древовидные формы образовались
в результате того, что более плотный жидкий ил
опускался в менее плотный.
По присутствию в геосинклинальных разрезах мощных
толщ известняков можно судить о климате прошлых гео-
146-
логических периодов. Палеогеографические выводы
основываются на том, что растворимость карбоната кальция
в воде значительно увеличивается с понижением
температуры. Поэтому известняки указывают на теплый климат
во время накопления известняковых осадков.
На юге Китая, в уезде Лунань, в 110 км юго-восточнее
города Куньмин, находится удивительная местность Ши-
лин («Каменный лес») —одно из чудес китайской
природы. На площади в несколько квадратных километров воз-
ьышается лес каменных пиков (рис. 52).
Издали каменные столбы Шилина действительно
напоминают каменный лес из волшебной сказки,
застывший по мановению руки чародея. Однако вблизи
этот лес оказывается не таким уж мертвым. Каменные
великаны расступились, между ними зеленеют небольшие
полянки, поросшие высокой шелковистой травой. По этим
полянкам можно проникнуть в глубь каменного лабиринта.
Там, где столбы и пики сближаются, темнеют узкие
извилистые проходы. В них сумрачно и прохладно и
иногда под защитой отвесных скал прячутся небольшие
озерки.
Как же возникли эти удивительные каменные столбы,
совершенно не похожие ни на вулканические вершины, ни
на скалы, изваянные стремительным течением рек?
Столбы и обелиски Шилина сложены древними
(палеозойскими) известняками, а эти породы, как известно,
сравнительно легко растворяются подземными водами. Обычно
растворение начинается вдоль трещин, пересекающих
известняковый массив. Даже чистая вода растворяет углекислый
кальций в количестве одной части по весу на 10 800
частей воды. Но вода с углекислотой, которая извлекается
из воздуха, гораздо активнее — растворимость углекислого
кальция повышается в ней в 30—40 раз.
Так воды, просачивающиеся по трещинам с
поверхности Земли, постепенно растворяют известняк и уносят с
собой перешедший в воду материал камня. Трещины
расширяются, превращаясь в узкие ходы, каверны и
колодцы; потом внутри известняковых массивов возникают
пещеры, а на поверхности Земли — воронки и впадины. Этот
процесс постепенного и медленного «разъедания»
известнякового массива грунтовыми водами называется карстом.
Карстовые явления могут продолжаться в течение целых
геологических эпох и иногда приводят к полному уничто-
147
жению горных хребтов, сложенных известняковыми
породами.
Карст и является тем резцом, который изваял
каменный лес Шилина. Здесь карстообразование продвинулось
уже далеко и полости так расширились, что на месте
монолитного известнякового массива возник лабиринт
столбов и пиков, разделенных сетью проходов, лужаек и
теснин.
Но раз при образовании карста известняк растворяется,
значит вода обогащается углекислой известью.
Действительно, все подземные воды в карстовых районах
«жесткие». Растворенная углекислая известь странствует и,
попадая в благоприятные условия, осаждается. Даже в
пещерах, где прохладно, вода испаряется и из нее
выделяется углекальциевая соль. Так возникают натечные
образования на потолках пещер, свисающие вниз наподобие
сосулек. Растут они сверху вниз. Это сталактиты. А
поднимающиеся навстречу им со дна натечные образования,
растущие снизу вверх, называются сталагмитами. Как
гроздья винограда свисают со стен каменные цветы и
кусты причудливой формы. Слившись, они образовали
гирлянды известковых сосулек, колонн и ажурных занавесов
(рис. 53).
Случается, что потолок больших пещер не
выдерживает тяжести вышележащих пород. Тогда рушатся своды,
возникают провалы, в которых исчезают дома, сады и
дороги, а впадины часто заполняются водой, и на их месте
возникают озера. Вероятно, такое событие послужило
причиной возникновения сказания о невидимом граде Китеже.
Город, обнесенный белокаменными стенами, украшенный
золотом, сияющими церквами и расписными теремами,
провалился под землю во время татарского нашествия.
Раньше в народе говорили, что иногда был слышен глухой
звон колоколов со дна озера.
Доломиты по внешнему виду похожи на известняки.
Отличаются они особым, мерцающим блеском, а
выветренные поверхности нередко покрыты желтоватым или
сероватым порошком. Это так называемая «доломитовая мука»
из мелких кристалликов доломита, обособившихся при
выветривании. Однако по внешним признакам не всегда
удается отличить доломит от известняка. Выручает реакция
доломита с разбавленной соляной (или другой) кислотой —
на образец породы она не действует, но тонкорастертый
148
Рис. 52. Известняковые пики в провинции Юньнань, Китай
ХФото В. И. Лебединского)
порошок реагирует с выделением пузырьков углекислого
газа. В шлифах доломита под микроскопом всегда видно
кристаллическое строение этой породы.
В отличие от известняков, доломиты не образуются
путем накопления раковин организмов. Доломиты
возникают в ходе химических процессов, но пути их образования
разнообразны. Часть доломитов отлагалась в морских
заливах и лагунах с повышенной соленостью путем прямой
кристаллизации из воды, образуя протяженные пласты,
иногда с четко выраженной слоистостью. В настоящее время
таких условий нет, и в современных лагунах и озерах
слои чистого доломита непосредственно не
накапливаются.
Многие доломиты сформировались в ходе окаменения
карбонатного осадка сложного состава. При не очень
высокой солености растворов из них одновременно выпадали
известковый и доломитовый ил, как это происходит и
сейчас на дне озера Балхаш. А затем в окаменевающем
осадке в ходе химических реакций вещество приходило в
движение: уходило с одних мест и концентрировалось в
других. Поэтому первоначально равномерно
рассеянная в осадке примесь доломита перераспределялась. Так
возникли пласты известняка с линзами и пятнами
доломита.
Случается и так, что образование доломита по
известковому материалу происходит гораздо позже — растворы
замещают уже твердый известняк. Но поздняя
доломитизация не всегда идет до конца, и тогда доломит
встречается в известняке отдельными участками. О том, что
известняк и доломит возникли разновременно, говорит
соотношение между породами — доломит как бы рассекает
слоистый известняк (рис. 54).
Карбонатные породы чрезвычайно широко
используются в народном хозяйстве.
В металлургии известняки и доломиты нужны как
флюсы— при плавке руды они забирают вредные примеси и
переводят их в шлак. Доломит — прекрасный огнеупорный
материал, ведь он плавится при температуре 2300°. В
последнее время доломиты начали использовать для
получения магния. Известняк в смеси с глиной идет на
приготовление лучших сортов цемента. Он же служит основным
сырьем для получения негашеной извести. В химической
промышленности известняк и продукты его обжига нужны
150
Рис. 53. Сталагмит «Бутылка шампанского» ■ Красной пещере, Крым
(Фото Г. И. Зеленина)
Рис. 54. Неправильной формы обособления доломита ■ известняке
1 — суглинок; 2 — доломит; 3 — известняк
для производства карбида кальция, едкого натра и других
веществ. Химическую стойкость стекла повышают
прибавлением известняка к стекольной шихте. В сельском
хозяйстве известняк используется для улучшения подзолистых
почв.
Известняк издавна используется для строительства
зданий. Ценные свойства этого камня с большим искусством
использовали архитекторы и строители Древней Руси.
Рфупные здания Москвы строились из чудесного белого
известняка, за что народ прозвал столицу белокаменной.
Ценные строительные свойства известняка обусловлены
его структурой и составом. Известняк — мономинеральная
или почти кономицеральная порода, состоящая из
зернышек кальцита примерно одного и того же размера.
Следовательно, при изменениях температуры известняк
расширяется и сжимается равномерно, а значит порода
разрушается медленнее по сравнению с иными породами,
состоящими из нескольких минералов с разными сдой-
ствами.
В настоящее время известняки нашли самое
разнообразное применение в строительстве. В последнее
десятилетие на Украине приобрели большое значение пильные
известняки. В больших карьерах прямо в забое (рис. 55)
специальные дисковые пилы вырезают огромные монолиты
камня, из которых, словно из кубиков, складывают дома
в Симферополе, Севастополе, Ялте и других крымских
городах.
Применение монолитов пильного известняка удобно и
выгодно. Оказывается, что в жилищном строительстве
152
стоимость стен из естественных каменных плит почти
наполовину ниже, чем из кирпича. Особенно эффективно
применение крупных стеновых блоков. Несколько таких
блоков высотой в 2,5 м сразу составляют стену комнаты. Дома
из плотного крымского известняка красивы и не требуют
штукатурки. Возрожденный из руин после Отечественной
1;ойны Севастополь стал одним из красивейших городов
страны, немалая роль в этом принадлежит белому или
слегка желтоватому инкерманскому известняку.
Еще в древности очень широкое распространение
получил особый вид известняка — травертин, или
известняковый туф. Это пористый камень, образовавшийся путем
осаждения углекислого кальция как из горячих, так и
холодных подземных вод. Образование травертина в
окрестностях Рима связано с затухающей вулканической
деятельностью, в ходе которой выделяется углекислота,
способствующая растворению известняков. Воды, обогащенные
углекислым кальцием, при выходе на поверхность
земли теряли углекислый газ, растворимость солей
уменьшалась. Так у источников отлагался осадок углекислого
кальция. Уплотнившись, он превратился в травертин.
Рис. 55. Карьер близ села Скалистого (Крым), в котором добывают пильный
известняк
(Фото В. И. Лебединского)
153
Травертин прекрасно обрабатывается, из него легко
выпиливаются большие блоки. В зданиях, построенных из
этого пористого камня, летом прохладно, а зимой в них не
проникает холод.
Углекислый кальций образует не только обычный
камень, но и драгоценный камень органического
происхождения — жемчуг. Это округлые известковые стяжения,
находимые в раковинах некоторых морских и пресноводных
моллюсков. Жемчуг образуется, когда между раковиной и
телом животного попадают песчинки, различные паразиты
и другие предметы, причиняющие ему беспокойство. В
Японии говорят, жемчуг — слезы моллюска. Жемчужины
встречаются разного размера — от мелких зернышек до
крупных, размерами с горошину и даже лесной орех. Но
большие жемчужины встречаются очень редко.
Жемчуг, так же как и перламутр, состоит в среднем на
90% из углекислого кальция, 4—6% аминокислот —
сложных органических соединений, входящих в состав белка
(они склеивают кристаллы углекислого кальция), и 2—4%
воды. Главную прелесть жемчуга составляет
переливающийся всеми цветами радуги перламутровый блеск. Он
вызван преломлением и рассеянием световых лучей от
внутренних слоев жемчужин и перламутра.
Жемчуг хотя и красив, но не так долговечен, как
другие драгоценные камни. Дело в том, что органическое
вещество жемчуга с течением времени высыхает и
постепенно разлагается, а сам камень теряет блеск и в конце концов
превращается в порошок. Средняя продолжительность
«жизни» жемчужины около 150 лет. Вот почему до
нашего времени не дошла ни одна жемчужина из знаменитых
сокровищниц древности.
По словам К. К. Дерюгина, самая крупная жемчужина
была выставлена лет 10—12 назад в витрине ювелирного
магазина в Нью-Йорке. По форме она напоминала голову
мусульманина в чалме и весила 6350 г при длине 23 см и
поперечнике 14 см. Жемчужина была добыта из шгант-
ских створок тридакны в Тихом океане у Филиппинских
островов. У суеверных местных жителей огромная
жемчужина считалась волшебной, так как во время ее добычи
погиб сын одного из туземных вождей. Его нашли мертвым
на небольшой глубине с рукой, зажатой между створками
раковины. Затем труп и тридакну вытащили на берег.
С помощью ломов и кинжалов раскрыли створки гигант-*
154
ской раковины и обнаружили огромную тускло
блестевшую жемчужину.
Другой красивый камень, по составу также
отвечающий углекислому кальцию,— коралл. Он образует
массивный скелет кораллов — неподвижных морских животных,
обитающих колониями в тропических морях и океанах.
Благородный коралл окрашен в различные цвета— от
почти белого и голубоватого до темно-красного 'и почти
черного. Он хорошо поддается шлифовке и полировке, а
вследствие небольшой твердости коралла из него можно
вырезать различные художественные изделия. Из него делают
ожерелья, бусы, серьги, браслеты и другие украшения.
Ценность коралла зависит от его расцветки и размеров
и в общем очень значительна. По данным К. К. Дерюгина,
ветка красного коралла весом 40 кг в США оценивается в
20—25 тыс. долларов.
Породы, которые растворяются
Удивительны соляные породы. Они состоят из
легкорастворимых в воде галоидных и сернокислых соединений
натрия, калия и магния. Это минералы: каменная соль (NaCl),
гипс (CaS04-2H20), ангидрит (CaS04) и некоторые другие.
Трудно даже представить, как эти легкорастворимые
вещества могли выпасть из воды и образовать огромные
слоистые толщи.
Однако если разобраться, то окажется, что нет ничего
удивительного в возникновении соляных пород. Они
образовались в результате испарения концентрированных
растворов в сухом и жарком климате. В какой-то момент
растворы становились пересыщенными и тогда из них в
определенной последовательности выпадали соли. Порядок
кристаллизации солей зависит от состава исходного
раствора.
Самым важным источником соляных пород служит
морская вода. При выпаривании морской воды порядок
выпадения солей следующий: сперва выделяются карбонаты,
затем гипс и ангидрит, потом каменная соль вместе с
сернокислым кальцием и магнием и, наконец, хлориды калия
и магния.
Нетрудно представить, что для накопления солей в
соляных месторождениях должно было испариться огромное
155
количество воды. Лишь для того чтобы началось
осаждение гипса, уже должно испариться около 40%
первоначального объема морской воды, а осаждение каменной
соли происходит после испарения 90% первоначального
объема.
Несмотря на то что в море сосредоточены
неиссякаемые запасы соленой воды, в больших количествах ее
испарить невозможно. Условия для накопления солей
создаются в лагунах — в обстановке засушливого климата вода
сильно испаряется и концентрация солей в лагуне
возрастает. Происходящая при этом убыль воды восполняется ее
постоянным притоком через песчаный вал. Массовое
выпадение солей происходит главным образом зимой,
когда благодаря холодам раствор становится
пересыщенным.
Однако благоприятных физико-географических и
климатических особенностей для этого недостаточно. Важно
еще одно геологическое условие — постепенное
прогибание дна бассейна. В этом случае в лагуне может
накопиться мощная соленосная толща. Если она будет перекрыта
глинами, это предохранит ее от размыва и она перейдет в
ископаемое состояние.
Каменная соль бывает прозрачной, желтой, розовой,
красной, голубой, серой. Часто образует сплошные
зернистые массы, нередко красивые сростки кристаллов; блеск
стеклянный; твердость 2; хрупкая, излом раковинчатый.
В районах, где на глубине залегают залежи каменной
соли и гипса, иногда случаются провалы. Происходит это
от того, что залежи соляных пород легко растворяются
подземными водами. Возникают подземные пустоты и
пещеры; при обрушении кровли пещер образуются
провальные озера и воронкообразные ямы. Все это — соляной
карст. В таких неожиданно возникающих провалах
гибнут дома и дороги, исчезают цветущие сады и плодородные
поля.
Сама каменная соль — один из драгоценнейших даров
природы. Она служит не только необходимой приправой
к пище, но и средством сохранения рыбы, масла и других
продуктов питания. Каменная соль является сырьем для
химических заводов, вырабатывающих соду, соляную
кислоту и хлор.
В некоторых соленых озерах соль и крепкий ее
раствор — рапа — окрашены в нежно-розовый или пурпурный
156
цвет и издают приятный запах фиалки или малины. Около
100 пудов красной соли с запахом малины поставлялось
ежегодно ко двору Екатерины II из озера Малинового.
Больше никуда эту «царскую» соль отпускать не
разрешалось. Временами красная соль появляется в озере Эльтон.
Окраска и запах соли зависят от развития соленолюбивой
бактерии Серация Саллинария. Разрушаясь после смерти,
она отдает воде свой красящий пигмент и придает
соленому раствору запах.
В древности соль даже использовалась в качестве
валюты. Это нашло отражение и в языке. Считают, что
французские слова, представляющие видоизмененную латынь,—
«soldat» (солдат) и «solaire» (жалование) происходят от
слова sel — «соль». Дело в том, что римляне
расплачивались со своими наемниками солью. До сих пор в
Сахаре продуктом обмена, заменяющим деньги, служит
соль.
Гипс встречается в мелкозернистых или плотных
просвечивающих массах белоснежного цвета, серого, желтого
и других оттенков. Селенит — красивая разновидность
гипса волокнистого строения с шелковистым отлибом.
Безводный гипс называют ангидритом. Блеск кристаллов гипса
стеклянный, твердость незначительная (1,5—2), легко
царапается ногтем.
Гипс больше всего применяется для получения
вяжущих материалов. Этот минерал при обжиге до 120—180°
теряет часть воды и превращается в жженый (он же
модельный и штукатурный гипс, который еще называют
алебастром). Но этот искусственный минерал не нужно
путать с природным алебастром — тонкозернистым гипсом.
Смешиваясь с водой, жженый гипс частично поглощает се
и вскоре затвердевает в прочную массу. Это свойство
используется для получения всевозможных отливок в
штукатурных работах и хирургии. Гипс нужен и бумажной
промышленности как наполнитель при изготовлении лучших
сортов писчей бумаги. Ангидрит обычно используется в
тех же отраслях промышленности, что и гипс.
Огромное значение гипсу придавали
североамериканские индейцы. В штате Кентукки находится одна из самых
грандиозных пещер в мире. Ее» называют Мамонтовой. Она
многоярусная, с запутанными ходами, обширными залами,
с подземными речками и озерами. Один из залов —
сказочный дворец «Гипсовой королевы». С его сводов свисают
157
огромные, похожие на сахарные головы, натеки оелоснеж-
ного гипса, в трещинах стен сверкают кристаллы того же
минерала.
В прошлом веке в одной из далеких галерей пещеры
американский переселенец обнаружил полуистлевшие
вязаные сандалии, головной индейский убор с перьями,
глиняные горшки и обуглившиеся прутья. Значит, пещера
была известна индейцам. Но что они там делали?
Возникло предположение о сокровищах, зарытых в пещере.
Начались лихорадочные поиски; переселенцы осмотрели
все закоулки огромной пещеры.
Сокровищ не оказалось. Но однажды кладоискатели
нашли большую каменную плиту. Когда ее с большим
трудом отодвинули, увидели глубокую яму. На дне ямы
лежала мумия женщины. Ноги мумии покрывало яркое
домотканое одеяло, а рядом были аккуратно сложены
свернутые оленьи шкуры и кожаный мешок. Кладоискатели
загорелись надеждой; в мешке конечно должны быть
драгоценности! Но надежды оказались напрасными — в мешке
было лишь ожерелье из оленьих копыт, подвеска из
орлиных когтей, змеиные шкуры и костяные иглы.
Драгоценностей не было...
Зато у ног мумии обнаружили деревянную чашку с
кусками белоснежного гипса. Вначале этой находке не
придали значения. Не задумывались и над тем, почему в
погребальной яме оказался гипс.
С тех пор прошли десятки лет. Мамонтова пещера стала
музеем. И вот однажды экскурсанты, неосторожно
поднимаясь по песчаному склону, вызвали оползень. В
открывшемся взору древнем слежавшемся песке проступили
очертания полузасыпанного человеческого тела. Когда на это
место пришли археологи, они установили, что погибший
был древним шахтером. Об этом свидетельствовали
лежащие рядом позеленевшее кайло и сумка, засыпанная
кусками сверкающего гипса.
Зачем же с риском для жизни древние индейцы
добывали гипс? Какую ценность он представлял для людей,
живших более 2000 лет назад? Тайна «драгоценного гипса»
долгое время оставалась неведомой, а когда ее наконец
раскрыли, разгадка ошеломила ученых. Древние обитатели
американского континента применяли гипс как...
удобрение. В те далекие времена индейцы начали обрабатывать
скудную землю, почва была бедна перегноем. Поэтому лю-
158
ди вносили в нее разные вещества. Постепенно
накапливался опыт, и в конце концов выяснилось, что гипс —
отличное удобрение. Он делал землю «богаче».
Так удалось раскрыть секрет древней чаши с гипсом,
найденной в Мамонтовой пещере. Гипс — камень жизни.
Чаша с гипсом была символом достатка у древних
индейцев.
И в наше время гипс широко используется в сельском
хозяйстве для улучшения солонцеватых почв. Гипсование
заключается в вытеснении из почвы иона натрия
(вредного для растений) и замены его ионом кальция. Эту
реакцию можно изобразить следующей схемой:
(почва + 2Na) + CaS04->- (почва + Са) + Na2S04.
Сульфат натрия легко растворим и выносится из почвы.
Тем самым понижается щелочность почвы и улучшаются
ее свойства.
И еще нужно сказать об алебастре как прекрасном
поделочном камне. Нежно-желтоватый оттенок этого белого
камня, его мягкая прозрачность, изящный узор
причудливых жилок и волнистых пятен — все это создает красоту
изделиям из гипса. По словам А. Е. Ферсмана, «не в
крупных массивных монолитах проявляется красота алебастра,
а в тонких, как стекло или фарфор, изделиях, когда
солнечный луч проникает через его матовые поверхности или
когда в светильниках или люстрах из алебастра дрожит
свеча мягким матовым светом». Из алебастра делают
пепельницы, спичечницы, письменные приборы и различные
украшения.
Черен горюч камень
Осадочные породы органического происхождения всем
широко известны. Это торф, бурый и каменный уголь,
природные горючие газы и нефть. Образование торфа,
бурого и каменного угля из растений настолько очевидно,
что много говорить об этом не приходится. В торфе
растительные осадки хорошо заметны, в бурых углях они
также обнаруживаются, хотя и реже. В каменных углях
растительный материал глубоко переработан или, как
говорят, углефицирован, однако под микроокопом в шлифах
видны следы клеточной ткани растений и остатки спор.
159
В углях попадаются и отпечатки листьев ископаемых
растений. Все это не оставляет никаких сомнений в
происхождении торфа, бурого и каменного угля из остатков
растений.
Но бурый или каменный уголь образуется не сразу,
а в несколько этапов. Известный знаток углей Ю. А. Жем-
чужников сравнивал образование горючих горных пород
из растений с многоактным спектаклем. Вот как
развивается действие в этом спектакле.
Акт первый — превращение растительного вещества в
торф. Место действия — болото, время — тысячелетия,
обстановка — земная поверхность.
Во втором акте несколько картин; вначале торф
превращается в бурый уголь, затем — бурый уголь в
каменный, и, наконец, последний — в антрацит. Место
действия — пласт горной породы, погребенный под толщей
других пород. Время — миллионы лет. Обстановка — недра
Земли, все более глубокие, со все возрастающим
давлением и повышающейся температурой.
Значение угля в народном хозяйстве исключительно
велико. Уголь дает жизнь заводам, сложным современным
машинам и механизмам; кокс, получаемый из угля, идет
на металлургические заводы, где используется для
выплавки из железной руды чугуна, железа и стали, на
которых основана вся современная техника. На
электрических станциях тепловая энергия угля преобразуется в
электрическую. Путем химической переработки угля
получают краски, химикаты, лекарства, пластмассы,
синтетические ткани, взрывчатые вещества, искусственное
топливо и множество других веществ.
Но уголь драгоценен и в самом прямом смысле этого
слова. Гагат, черный смолистый уголь, обладающий
значительной прочностью (твердость 3—4) и вязкостью,—
прекрасный поделочный материал. Он легко шлифуется и
полируется, приобретая красивый блеск. Из него
изготовляются бусы, браслеты, ожерелья, брошки и другие
мелкие изделия. Гагат образовался путем естественного осмо-
ления древесины некоторых ископаемых хвойных
деревьев. Крупные месторождения гагата находятся в СССР
близ Иркутска и в Китае у города Фушунь.
Относительно происхождения нефти и продукта ее
«дыхания» — горючего газа — существуют два мнения.
Согласно первому мнению нефть образовалась за счет
160
преобразования органических* остатков, согласно
второму — неорганическим путем в ходе химических реакций.
В последнее десятилетие большинство
геологов-нефтяников стали сторонниками органической теории
происхождения нефти. В соответствии с этой теорией исходным
материалом для образования нефти служил ил, богатый
остатками животных и растений. Среди этих органических
Рис. 56. Несколько случаев залегания горных пород, благоприятных
для накопления нефти («ловушки»)
остатков особенно большая роль принадлежала
планктону -^-простейшим водным растениям и животным,
пассивно передвигаемым волнами и течениями. Огромные массы
планктона живут, затем погибают и опускаются на дно.
Из года в год, из столетия в столетие, тысячи и миллионы
лет накапливается планктон на дне лагун и заливов.
Вместе с ним отлагается песчаный и илистый материал.
В пластах под влиянием повышенного давления и
температуры, достигающей 200—300°, органическое вещество
не «сгорает», а превращается в жидкие и газообразные
углеводороды.
Дальнейшая судьба этих продуктов связана с их
легким передвижением в толще горных пород. Нефть и газ
просачиваются по порам и трещинам через толщу осадка,
пока им не преградят путь непроницаемые породы. В
местах, где они как бы закупорены, возникают
месторождения. Участки, благоприятствующие накоплению нефти
и газа, называются «ловушками» (рис. 56).
7 Популярная петрография
161
Основы второй теории были заложены еще Д. И.
Менделеевым. Он высказал предположение, что
углеводороды образуются в недрах Земли действием перегретого
водяного пара на карбиды (углеродистые соединения)
тяжелых металлов. Эту мысль удалось подтвердить
опытами. Было установлено, что при действии воды на
углеродистое железо и алюминий в условиях высокой
температуры и давления возникают углеводородные соединения.
Эта теория подтверждается и некоторыми
геологическими данными — находками нефти в лавах действующих
вулканов Этна, Кракатау и др.
Необыкновенно интересные сведения, говорящие в
пользу неорганического происхождения нефти были получены
около 10 лет назад на Кольском полуострове. В хибинском
апатитовом руднике, заложенном в магматических
породах, рабочие, находившиеся в забое, как-то услышали
свист и шум. Он был вызван струей горючего газа,
вырвавшейся из трещин. От спички газ зажигался. Научный
сотрудник И. А. Петерсилье изучил хибинские магматические
породы. Оказалось, что в них заключены углеводородные
газы и рассеяны нефтяные смолы. Но они сосредоточены
не в порах и трещинах породы, а внутри кристаллов.
Удалось подсчитать, что в одном килограмме хибинской породы
заключено более 230 см3 углеводородных газов. В
лабораториях Кольского филиала Академии наук CGCP удалось
искусственно получить подобные газы при температуре
около 1200°.
Давно идут споры об органическом и неорганическом
происхождении нефти. Не утихли они и сейчас. А может
быть, как это нередко бывает, правильными будут обе
точки зрения, но каждая из них применима только в
отдельных конкретных случаях.
Некоторые сорта нефти, накапливаясь на
поверхности, теряют летучие газы, загустевают и дают начало
асфальтовым озерам. Такие озера известны во многих
странах мира, но наиболее знаменито калифорнийское Ранчо-
Ла-Бреа — там найдены многочисленные скелеты
доисторических животных, затонувших в асфальте, когда он был
еще жидким. Калифорнийское асфальтовое озеро оказалось
могилой мамонтов и мастодонтов, гигантских ленивцев,
пещерных медведей, саблезубых тигров и прочих
четвероногих, а также множества грифов, увязших в асфальт во
время пиршества на останках погибших животных.
162
Неистощимое асфальтовое озеро находится на острове
Тринидад из группы Малых Антильских островов. Весь
мыс Пунта-Ла-Бреа, на котором лежит озеро,
загроможден асфальтом. Он поднимается из глубины огромными
глыбами прямо перед домами местных жителей. А в одном
месте смолистый поток пересекает автомобильную дорогу.
Поверхность асфальтового озера серо-черная, сморщенная
и потрескавшаяся. В средней части озера асфальт жидкий,
по краям твердый.
Из озера Тринидад выбрано около 6 млн. т асфальта.
Сейчас годовая добыча составляет 120—150 тыс. т.
Основная часть этого материала вывозится в другие страны.
«Озерный асфальт» среди экспортных товаров Тринидада
занимает почетное четвертое место.
Окаменевшие слезы сестер Фаэтона
Среди камней органического происхождения есть и
драгоценный. Это красивый прозрачный или просвечивающий
золотисто-желтый янтарь, привлекающий своим цветом
и сверкающим блеском.
О янтаре сложено немало легенд. Римский поэт
Овидий в своем знаменитом мифе о Фаэтоне — сыне бога
Солнца, катавшемся на колеснице отца и упавшем с неба,
писал, что янтарь образовался из слез сестер Фаэтона,
когда они оплакивали смерть брата.
В Прибалтике можно услышать другую легенду. Жил
некогда в Литве молодой рыбак Каститис. Как-то он
уплыл далеко в море и увидел танцующую в волнах
красавицу Юрате, дочь морского царя. Они понравились друг
другу, но боги разгневались на Юрате, полюбившую
простого рыбака, и разрушили ее жилище —
волшебный янтарный замок. С тех пор и находят на морском
берегу куски янтаря — осколки стен уничтоженного
замка.
Янтарь возник из смолы хвойных деревьев миллионы
лет назад. Деревья при глубоком повреждении коры
обильно выделяли живицу — смолистый сок. В ее состав
входят скипидар, вода и смоляные кислоты. В теплом
субтропическом климате прошлых геологических эпох вода и
летучий скипидар испарялись, а смола затвердевала на
деревьях в виде наростов.
7* 163
Смола — очень устойчивое вещество, ее не разрушают
влага, тепло и воздух; она противостоит и разрушающему
воздействию микроорганизмов. Проходило время, деревья
погибали, сгнивали, а смола сохранялась и накапливалась
в земле. Окаменев, она превратилась в твердый янтарь.
Его находят в виде капель, желваков, сосулек, кусков и
глыб разнообразной формы.
В 1965 г. в музей Калининградского янтарного
комбината поступила глыба янтаря весом свыше 4 кг —
настоящий самородок. Пролежав в земле десятки миллионов
лет, янтарь под влиянием давления и химических
преобразований приобрел изумительную окраску. Даже без
шлифовки, открывающей всю прелесть камня,
специалисты обнаружили в его ажурных переплетающихся
прожилках до 50 цветовых оттенков.
Янтарь легко обрабатывается (твердость около 2,5),
хрупкий, излом раковинчатый. Он чуть тяжелее воды —
удельный вес окаменевшей смолы лежит в пределах
1,05—1,1. Плавится при температуре 375°, во время
сжигания издает приятный запах, чем отличается от его
подделок. В составе янтаря углерода — 79%, водорода и
кислорода — примерно по 10,5 %.
При трении о сукно янтарь электризуется. Это
свойство было обнаружено в глубокой древности и дало
впоследствии название электричеству (от древнегреческого
слова «электрон» — притягиватель).
В янтаре зачастую находят различные остатки
животных и растений, в том числе листья, семена, пыльцу,
ящериц, но особенно обильны остатки насекомых — муравьев,
стрекоз, комаров, которых насчитывается более 5 тыс.
видов. Это доказывает образование янтаря из смолы
вымерших деревьев. В прошлом много фантазировали о природе
янтаря. Говорили, например, что это морская пена,
застывшая под действием солнечных лучей, -или нефть,
окаменевшая на дне моря, или затвердевшая икра
неизвестных рыб.
Вот что писал М. В. Ломоносов о происхождении
янтаря: «Кто таковых ясных доказательств не принимает,
тот пусть послушает, что говорят включенные в янтарь
червяки и другие гадины: „Пользуясь летнею теплотою
и сиянием солнечным, гуляли мы по роскошествующим
влажностью растениям, искали и собирали все, что
служит нашему пропитанию, услаждались между собою при-
i
164
ятноотью благорастворенного времени и, последуя разным
благовонным духам, ползали и летали по травам, листам
и деревьям, не опасаясь от них никакой напасти. И так мы
садились на истекшую из деревьев жидкую смолу,
которая нас, привязав к себе липкостью, пленила и,
беспрестанно изливаясь, покрыла и заключила отовсюду. Потом
от землятресения опустившееся вниз лесное наше место
вылившимся морем покрылось: деревья опроверглись,
илом и песком покрылись, купно со смолою и с нами, где
долготою времени минеральные соки в смолу проникли,
дали большую твердость и, словом, в янтарь претворили,
в котором мы получили гробницы великолепнее, нежели
знатные и богатые на свете люди могут иметь» К
Насекомые в янтаре сохраняются превосходно.
Остаются точнейшие отпечатки, на которых заметны следы
каждой точки, каждого волоска. Такой отпечаток может
быть получен лишь в очень жидкой массе, поэтому смола
янтарерождающих сосен должна была быть гораздо менее
вязкой, чем смола современных. Поэтому предполагают,
что главная масса смолы должна была вытекать из
деревьев, сломанных при весенних буреломах, когда
живица жиже всего.
Самое крупное месторождение янтаря в мире
находится на побережье Балтийского моря у поселка Янтарный,
под Калининградом. Большие размеры глыб янтаря,
намного превышающие те, которые можно наблюдать на
современных соснах, очевидно обязаны более жидкому
состоянию живицы третичных деревьев.
Янтареносный слой толщиной до 3 м залегает на
обширной прибрежной территории. На берегу Балтики этот
слой размывается прибоем и куски ценного камня иногда
выбрасываются на берег. У поселка Янтарный действует
янтарный комбинат, который добывает по нескольку сот
тонн золотистого камня ежегодно. В своем роде это
единственное в нашей стране и самое мощное предприятие
в мире.
Янтарь с давних времен использовался как материал
для украшений. Уже в погребениях каменного века
найдены амулеты, бусы и другие изделия из янтаря. Этот
камень получил очень широкое распространение в
императорском Риме. Увлечение камнем объясняется не толь-
1 М. В. Ломоносов. О слоях земных. Госгеолиздат, 1949.
165
ко его красотой, многие верили в целительные свойства
янтаря. Женщины знали, что ой не только оттеняет
красоту смуглой кожи, но и верили, что придает ей
здоровье и чистый матовый тон. О баснословной цене
янтаря можно судить по рассказам Плиния Старшего — в то
время за небольшую безделушку из этого камня можно
было приобрести раба. В Китае янтарь применялся для
благовонных курений — богатые люди в торжественные
дни своей жизни бросали в огонь большие куски
бирманского янтаря, чтобы наполнить комнату благоуханием.
Янтарь использовали в качестве облицовочного
материала янтарной комнаты Царскосельского дворца.
Янтарная комната была подарком прусского короля
Фридриха I русскому царю Петру I после битвы под Полтавой,
где русские войска разбили на голову шведскую армию.
Это был политический и дипломатический дар за
безопасность восточных границ королевства. В 1717 г. дар
Фридриха был отправлен в Петербург. Янтарная комната
много лет была в Зимнем дворце, пока Растрелли не перенес
ее в Царскосельский дворец в 1760 г. Все стены комнаты
облицованы мозаикой из полированных кусков янтаря
желтовато-коричневого цвета. Она получила мировую
известность и была одним из чудес мирового декоративного
художественного искусства. Во время Великой
Отечественной войны янтарная комната была похищена
немецкими захватчиками. Поиски янтарной комнаты пока не
дали результатов, и ее судьба неизвестна.
В наше время лучшие сорта янтаря идут для выделки
различных художественных изделий, особенно ожерелий.
Из менее чистого камня получают янтарную кислоту и
лак. Поверхность фортепьяно, отполированная таким
лаком, многие десятилетия сохраняет свой первозданный
блеск. Днище морского корабля, покрытое янтарной
краской, не обрастает моллюсками. Лак делает абсолютно
устойчивой против коррозии консервную жесть. Пленка
такого лака совершенно прозрачная, не боится кислот,
отличается эластичностью и высокой ударостойкостью.
Янтарь — прекрасный электроизолятор и используется при
изготовлении различных физических приборов и в
радиотехнической промышленности.
166
Всегда ли было так, как сейчас!
Мы рассказали об образовании осадочных пород и
наиболее интересных их представителях. Горные
породы изменяются с течением времени, изменяются так
же, как и человек с момента его появления на Земле.
Так, например, некоторые осадочные породы и руды
образовывались не во все периоды геологической истории.
Почти все железные руды криворожского типа
(железистые кварциты) возникли в древнейшие эры геологической
истории (в докембрии). В отдаленное геологическое
время доломиты осаждались из концентрированных
растворов лагун. Но в дальнейшем доломиты стали возникать в
ходе окаменения известкового ила или путем замещения
известняков. Каменные угли появились не сразу после
образования земной коры, а гораздо позже, после
появления растений.
Можно привести еще множество подобных примеров,
но и этих достаточно, чтобы показать, что в прошдом на
Земле не все происходило так, как сейчас.
Чем же это объясняется? Самый общий ответ состоит
в том, что природа органическая и неорганическая
непрерывно развивается. Изменяется вся природная
обстановка, а вместе с ней и условия образования горных пород.
М. В. Ломоносов еще в середине XVIII в. писал: «Твердо
помнить должно, что видимые телесные на земле вещи и
весь мир не в таком состоянии были с начала его
создания, как ныне находим; но великие происходили на нем
перемены... Когда и главные величайшие тела мира,
планеты и самые неподвижные звезды изменяются, теряются
в небе, показываются вновь, то в рассуждениях оных
малого нашего шара земного малейшие частицы, то есть
горы (ужасные в наших глазах громады), могут ли от
перемен быть свободными?» 1
Мысль о развитии Земли как общей причине
происхождения на ней изменений — правильная, но общая.
Какие же конкретные причины изменяли условия
образования и свойства горных пород? Таких причин несколько.
Одна из них — изменение строения поверхности
земного шара, точнее соотношение между сушей и морем.
Оказывается, что если переходить ко все более далеким
' М. В. Л о м о н о с о в. О слоях земных. Госгеолиздат, 1949.
167
геологическим эпохам, роль суши уменьшается, а моря
увеличивается. А это значит, что в далекие геологические
времена морские отложения были больше
распространены., чем наземные. Вместе с тем уменьшалась и роль
выветривания, ведь суши было меньше.
Другая причина — развитие растительного и
животного мира. После появления растений и животных к
обломочным, глинистым и химическим породам
присоединились органогенные, роль которых постепенно возрастала.
Живые организмы сильно изменили солевой состав мор-
ской воды и соотношение газов в воздухе. Благодаря
растениям в первичной атмосфере Земли стало гораздо
меньше углекислого газа, появился кислород.
Наконец на образование осадочных пород влияют
изменения в характере движений земной коры. С ходом
геологической истории земная кора испытывает
колебательные движения все большего размаха, а это увеличивает
скорость накопления осадочных пород.
X.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ, ЗАНОВО РОЖДЕННЫЕ
О превращениях камня
Как известно, наряду с породами осадочными и
магматическими большая роль в строении земной коры
принадлежит породам метаморфическим, история образования
которых гораздо сложнее. Каждой из них пришлось как бы
родиться дващды. Первый раз произошло образование
«нормальной» осадочной или магматической породы, а
затем после испытания «огнем» и «силой», т. е. после
воздействия высокой температуры и высокого давления, она
приобрела новый состав и структуру.
По внешнему облику и минеральному составу эти
породы не менее разнообразны. Вначале мы уже говорили о
метаморфических породах побережья Белого моря в
Северной Карелии, среди которых преобладают гнейсы.
Характерной их чертой является сочетание кристаллически-
зернистого строения с тонкополосчатой или сланцеватой
текстурой. То и другое хорошо заметно при наблюдении
простым глазом, а еще лучше — под микроскопом.
Гнейс — типичный пример метаморфической породы,
состоящей обычно из небольшого числа — чаще двух-
трех минералов (кварц, полевой шпат, слюда),
сохраняющих примерно устойчивые количественные соотношения
друг с другом. Гнейсы очень широко распространены в
природе и похожи друг на друга на всех континентах. По
минеральному составу они близки к гранитам, главным
отличием является микроструктура.
Другая группа метаморфических пород, имеющая
гораздо меньшее сходство с гранитами,— кристаллические
сланцы. Они по своим свойствам и особенно по внешнему
облику напоминают осадочные породы, например
глинистые сланцы, но отличаются значительно большей
твердостью и плотностью.
Есть и еще одна важная группа метаморфических
пород. К ней относятся такие породы, которые почти цели-
169
ком сложены зернами одного и того же минерала или с
очень небольшой примесью других. Такая порода может
вовсе не иметь слоистой или сланцеватой текстуры, но
тем не менее она является метаморфической. Об этом
говорят неправильные очертания зерен отдельных
минералов, признаки давления и перекристаллизации,
«аномальный» минералогический состав, не свойственный
магматическим породам, на которые они отчасти похожи.
К таким породам относятся, например, мрамор и кварцит,
широко представленные во многих первично-осадочных
толщах, подвергшихся затем изменениям.
Характерной особенностью этих пород является
слоистая или сланцеватая их структура и текстура, а также
необычный, «аномальный» по сравнению с породами
других групп минеральный состав.
Какие же силы вызывают превращение обычной
осадочной или магматической породы в метаморфическую, с
полным иногда изменением первоначального состава?
Как показывают геологические данные, эти «силы» в
основном должны были оказывать свое влияние на
глубине, ибо только там могли возникнуть необходимые для
таких превращений огромные температуры и давления.
Приходится допустить, что блоки или глыбы земной коры
с уплотнившимися в них горными породами опускались
на значительные, вероятно, порядка от нескольких до
десятка километров, глубины, скорее всего при процессах
горообразования, после чего они были захоронены под
толщей вышележащих осадков.
Горняки и шахтеры хорошо знают, что по мере спуска
в шахты и рудники температура воздуха быстро
изменяется. На глубине первых десятков метров она
постепенно выравнивается. Наверху может быть мороз или
жара, а здесь она всегда одинакова (равна
среднегодовой температуре данной точки земной поверхности).
Воздух становится теплым и влажным. Если же
продолжать спуск и далее, температура начнет быстро расти.
В нижних выработках глубоких рудников трудно
находиться долгое время, удушливая жара делает пребывание
человека мучительным. Такие условия, например, в
глубочайшем руднике на Земле — Витватерсранде ( Южная
Африка), где добывается золотая руда. Непрерывное
повышение температуры в земной коре с глубиной
подтверждается и специальными приборами в глубоких скважинах.
170
Несложный расчет показывает, что на глубине 30—
40 км температура должна вырасти до огромной
величины— порядка 1000—1100°! А при такой температуре уже
могут расплавляться даже самые тугоплавкие породы.
Правда, скорость изменения температуры с глубиной
несколько уменьшается и, следовательно, пояс высоких
температур встретится несколько ниже, но это не меняет сути
дела. Однако тут возникает противоречие. Дело в том, что
геофизические данные, основанные на изучении скоростей
распространения в земной коре упругих волн,
возникающих при взрывах и землетрясениях, показывают, что на
данных глубинах вещество Земли находится все же не в
жидком, а в твердом состоянии. Такое несоответствие
объясняют тем, что процессу расплавления на этих
глубинах препятствует огромное давление, повышающее
точку плавления силикатных горных пород.
Действительно, давление растет с глубиной не менее
стремительно, чем температура. На глубине 1 км от
земной поверхности оно достигает 300 атм., на глубине
30 км огромной величины —10 000 атм. Значит, здесь
на каждый квадратный сантиметр давит тяжесть в 10 т.
Все эти факты говорят о том, что горная порода,
опускаясь на большие глубины, сильно изменяется.
Наиболее легкоплавкие ее составные части могут
расплавиться частично или полностью в зависимости от степени
повышения температуры; зерна минералов подвергнутся
сжатию, частичному растворению и переотложению;
наконец, на месте старых могут возникнуть новые
минералы, более устойчивые к условиям высокой температуры
и давления. Получится метаморфическая порода, состав
которой в значительной степени будет зависеть от состава
ее «предка» — исходной или родоначальной породы.
Когда кончается «подводная жизнь» осадка!
Рассмотрим подробнее, что делается с осадочной породой,
отложившейся на дне моря или озера, после того как
«подводная» часть ее жизни закончится и она уйдет под
покров отложившихся выше осадочных слоев.
Свежевыпавшие из воды осадки — глина, ил, песок
представляют собой в основном скопления мелких и
мельчайших частичек, размером часто менее одного микрона,
171
или состоит из глинистых минералов — Каолина,
монтмориллонита и других и содержат большое количество
воды— до 10—15% объема. Предположим, что слой глины
и ила опустился в результате понижения морского дна
или других причин на глубину 1 км. Что же с ним
произойдет? Давление здесь повысится до 300 кг/см2.
Температура увеличится на 33°. В результате из
глинисто-илистого материала уйдет вода. Глинистые минералы
постепенно превратятся в безводные или маловодные
алюмосиликаты. Возникнут новые минералы — преимущественно
слюды и гидрослюды, хлориты, кальцит, цеолит и
некоторые другие. Так первоначальная глинистая или илистая
порода перейдет в уплотненный аргиллит.
Однако процесс изменения не прекращается. Слои
аргиллитов вместе с переслаивающимися с ними
песчаниками и другими осадками начнут испытывать влияние
высокой температуры. Содержащие воду минералы, такие
KaiK хлорит, слюда, подвергнутся дальнейшему
обезвоживанию и перейдут в минералы с малым содержанием воды
(амфиболы) или совсем безводные (пироксены и другие).
Если к указанным причинам присоединится еще
горообразование и вся толща осадочных пород сожмется и
возникнут складки, то наши породы испытают еще и
дополнительное боковое давление, под влиянием которого они
рассланцовываются. Величина его может быть огромной —
до 10 килобар. Такая величина соизмерима с давлением,
которое развивается при нагрузке на глубине порядка
35—40 км. В таких условиях породы испытают еще ряд
новых превращений, переходя в различные гнейсы, экло-
гиты и другие породы, характерные для больших глубин.
К числу более умеренно метаморфизованных
осадочных пород, но также образующихся в условиях большого
бокового давления, относятся глинистые сланцы. Этими
породами местами сложены горные хребты Центрального
Кавказа и Южного берега Крыма. Присутствие глинистых
сланцев способствует тому, что почва становится
скользкой и иногда ползет по горному склону. Так возникают
оползни, столь разрушительные и опасные для дорог и
построек на некоторых участках побережья Черного моря.
Превращение в глинистый сланец — это только первый
этап метаморфизма глин, аргиллитов и сходных с ними
пород. Основное воздействие тут оказывает повышенное
давление, влияние же температуры меньше.
172
Следующий ряд превращений наступает, когда
температура повысится еще на несколько сот градусов. Это
может произойти в силу различных причин. Во-первых, вся
толща глинистых сланцев вместе с сопровождающими их
осадками другого состава может опуститься на еще
большую глубину в результате каких-нибудь геологических
процессов, например прогибания морского дна под
тяжестью осадков. Предположим, что толща опустилась
подобным образом на глубину 3—4 км, тогда глинистые
сланцы подвергнутся действию подземного жара в сотни
градусов.
То же происходит, если в толщу глинистых сланцев
проникнет расплавленная магма. При воздействии
подземного жара порода частично расплавляется, подвергается
перекристаллизации в твердом или размягченном
состоянии, не переходя полностью в расплав. Химические
элементы, входившие в состав глинистого сланца,—
алюминий, кремний, железо, кальций и другие, группируясь
друг с другом, образуют вместо первоначальных
«низкотемпературных» более «высокотемпературные» минералы,
такие как полевые шпаты, биотит, серицит, кордиерит,
шпинель. В зависимости от первоначального состава
глинистого сланца и от степени его последующего изменения
возникают роговики, слюдяные сланцы, филлиты, гнейсы.
Так же преобразуются и другие осадочные породы.
Например, кремнистые сланцы и песчаники, богатые
кварцем, превращаются в кварциты. Первоначально
существовавший в виде цемента между песчинками этих
пород глинистый или илистый материал уплотняется,
теряет большую часть воды, переходит в слюду или другие
минералы. Зернышки кварца, срастаясь, образуют более
крупные зерна иногда без цемента. Взаимно
внедряющиеся по неровным, зубчатым краям зерна кварца
образуют теперь прочнейший агрегат. Этим объясняется
замечательная крепость и устойчивость некоторых природных
кварцитов, используемых в качестве строительных
блоков, например известные шокшинские кварциты,
разрабатываемые в каменоломнях на берегу Онежского озера.
Хорошо известный мрамор также является
метаморфической породой, возникшей в результате постепенного
изменения обыкновенного плотного известняка. Мелкие
зерна кальцита, постепенно срастаясь друг с другом,
образуют крупнокристаллический агрегат. Одновременно с этим
173
порода подвергается своего рода очищению, освобождаясь
от примеси илистого материала, перекристаллизовывающе-
гося в слюду.
Перекристаллизация с укрупнением зерна может
происходить также под воздействием большого давления.
Крупные зерна кальцита оказываются расположенными
теперь в породе не случайным образом, как это имело
место в первоначальном известняке, а закономерно. Оси
кристаллов кальцита направлены параллельно друг к
другу и располагаются в соответствии с направлением
давления. Пользуясь этим свойством мрамора, определяя
посредством точных измерений под микроскопом положение
оптических осей зерен в пространстве и нанося результаты
этих определений на специальную диаграмму, можно
установить направление сил давления, действующих па
породу.
Воздействие метаморфизма могут, разумеется,
испытывать и другие осадочные породы, попавшие в
соответствующие условия, в частности уголь и углистые сланцы.
Здесь большую роль играют не только повышенное
давление, но и повышенная температура. Например, уголь в
подземных условиях, подвергнутый нагреванию до 700—
800°, не сгорает, а лишь теряет часть содержавшихся в
нем первоначально летучих веществ — воду, метан,
углекислый газ и другие, переходя в антрацит, иногда даже в
графитовый сланец или графит. Антрацитизацию угля
нередко можно наблюдать вблизи трапповых ж-ил в
Тунгусском бассейне (Восточная Сибирь).
Метаморфические «ядра» материков
В первой главе этой книги мы рассказывали о широком
распространении метаморфических горных пород у нас в
Карелии и на Кольском полуострове. За исключением
самых молодых геологических формаций (речные,
береговые отложения), все остальные породы образовались в
этом районе чрезвычайно давно, успели после своего
образования испытать многократные превращения и в
конце концов из них получились различные по составу
гнейсы, амфиболиты и другие метаморфические породы.
Среди них главная роль по степени распространения
принадлежит гнейсам. Породами этими сложен не только
весь Балтийский щит, но и древнейшие по геологическому
174
возрасту районы — Украинский, Анабарский, Канадский
щиты и др.
По внешнему виду гнейсы представляют собой
тонкосланцеватые или тонкослоистые породы, мелкозернистые,
большей частью светлоокрашенные. Слоистое строение
объясняется присутствием тонких (в несколько
миллиметров толщиной) прослоек или линзочек биотита,
роговой обманки и других минералов. Более толстые светлые
прослойки, образующие общий фон, состоят обычно из
зерен кварца и полевого шпата. Таким образом, состав
гнейса очень близок к минеральному составу гранита. Это
сходство иногда настолько бывает велико, что их часто
трудно различить, особенно если слоистость в гнейсе
выражена нерезко. Такие переходные породы получили
название гранито-гнейсов и мигматитов (рис. 57).
Валуны или обломки гнейсов, гранитов и других
кристаллических пород можно обнаружить иногда и на
равнинах, сложенных исключительно осадочными породами
или же совсем молодыми рыхлыми породами — песками,
суглинками и пр., относящимися по возрасту к наиболее
молодым образованиям — четвертичным или современным.
Такую картину можно наблюдать на равнинах
Белоруссии, Северной Украины, в Ленинградской области, в
Подмосковье и в других местах Русской платформы.
Откуда же взялись здесь глыбы метаморфических
сланцев и гнейсов? Прослеживая шаг за шагом районы
их распространения, геологи еще в конце прошлого века
пришли к выводу, что эти древние «породы были занесены
на Русскую равнину громадными покровными ледниками,
медленно двигавшимися на юг в эпоху Великого
оледенения, захватившего Европу около миллиона лет назад.
Широко распространены среди древних
метаморфических пород темные, мелкокристаллические, тяжелые
амфиболиты. Они тесно связаны с гнейсами,
переслаиваются с ними или рассекают их в форме жил или даек. Под
влиянием давления породы могут делиться на части.
Амфиболиты в основном состоят из роговой обманки. Иногда
к ней присоединяется плагиоклаз. Эта порода является в
некотором роде аналогом габбро, но место пироксена в
ней занимает амфибол. Общий же химический состав
амфиболитов и габбро весьма близок. Отсюда можно
заключить, что большинство амфиболитов как раз и образуется
за счет метаморфизма изверженных пород габбро или ба-
175
Рис. 57. Образец кавказского мигматита. Длина образца 20 см
зальта. Это предположение подтверждается и
геологическими данными. Многие амфиболиты залегают в виде
пластовых тел, переслаиваясь с песчаниками,
кварцитами и аргиллитами. Точно так же пласты вулканических
пород переслаиваются с осадочными.
До сих пор мы говорили о тех метаморфических
породах, в образовании которых главную роль играло высокое
давление и второстепенную — высокая температура.
Существуют, однако, (и такие метаморфические породы,
возникновение которых обязано исключительно быстрому
воздействию на первичную породу очень высокой
температуры. Казалось бы, попадая в область высоких
температур, горная порода должна неизбежно подвергнуться
воздействию и повышенного давления. Однако в местах
соприкосновения осадочной или вулканической породы с
нагретой магмой, когда магма несет количество тепла, во
много раз превосходящее запас тепла вмещающих
боковых пород, сильно повышенного давления не бывает, по-
176
скольку внедрение магмы происходит вблизи земной
поверхности, на небольшой глубине.
К породам, возникшим в подобных условиях,
относятся роговики — очень плотные, твердые, отчасти похожие
на стекло, с характерным «роговиковым» изломом.
Структура чрезвычайно тонкая, средний размер зерен
составляет 10—100 \х. В минералогическом отношении эти породы
часто весьма сходны с теми, за счет которых они
произошли. Однако в них часто появляются и новые минералы,
не свойственные остальным горным породам,— кордиерит,
монтичеллит. Кроме того, в роговиках часто бывают
сосредоточены скопления некоторых рудных минералов,
например сульфидов меди, молибдена и др. Состоят
роговики обыкновенно из небольшого числа минералов в
различных количественных сочетаниях. Существуют плагиоклаз-
пироксеновые, биотит-пироксеновые, кордиеритовые, мон-
тичеллитовые типы роговиков.
В заключение скажем еще об одной большой группе
метаморфических пород, встречающихся вблизи рудных
жил, в жерловых и прижерловых частях современных или
недавно потухших вулканов. Они — результат
воздействия горячих минеральных растворов на первичные
породы. Вследствие таких процессов обыкновенный известняк
приобрел несвойственные ему минералы — гранат и
пироксен. Таким путем образовались и месторождения
некоторых полезных ископаемых, например железных руд.
Упомянем еще о мигматитах — метаморфизованных
породах, распространенных в самых глубоких частях
древних кристаллических щитов. Их образование,
несомненно, шло на огромной глубине. Температура здесь была
настолько высока, что породы частично расплавлялись в
наиболее слабых участках. Образовавшаяся при этом
расплавленная масса, близкая к магме (ее иногда называют
«мигмой»), проникала по трещинкам и плоскостям
наслоения в еще нерасплавившиеся, но находящиеся в
пластическом, легкопроницаемом: состоянии породы. В
результате возникали породы смешанного состава с
чередованием в них тонких прослоев первоначальной породы
(например, гнейса) и породы новообразованной (типа
гранита) , получившейся за счет мигмы. Такие породы и
именуются мигматитами. Их можно наблюдать во многих
местах на береговых обрывах и скалах Белого моря, где
их обнажения чередуются с обнажениями гнейсов.
XI.
ГОРНАЯ ПОРОДА КАК ТВЕРДОЕ ТЕЛО
Сжимается ли камень!
Каменная глыба, скалистый горный массив — все это
кажется нам незыблемым, прочным. С этими понятиями не
вяжутся представления об изгибе, сжатии,
сплющивании, растягивании и тому подобных деформациях.
Действительно, даже самая твердая кристаллическая
горная порода, подвергаясь сжатию или другого рода
механическому воздействию, ведет себя, как любое другое
твердое вещество, например металл или пластическая
масса, т. е. изменяет объем и форму в зависимости от
приложенного усилия.
Много катастроф в рудниках и шахтах раньше
происходило оттого, что горняки при проходке горных
выработок не всегда учитывали величину горного давления.
Если кровля и стенки горных выработок бывали в
недостаточной степени закреплены, особенно в слабых и
трещиноватых породах, то напряжения, возникавшие в
массе горной породы, приводили к деформациям,
происходили неравномерное сжатие пород, искривления
пластов и другие нарушения. В старых заброшенных горных
выработках часто можно наблюдать искривленные
железные стойки или крепления, подпиравшие некогда
стенки или кровлю горной выработки, изогнутые или даже
скрученные рельсы откаточных путей и т. п.
Кусок горной породы, как и любое другое твердое
тело, под воздействием одностороннего давления сначала
подвергается упругому сжатию, а затем, когда нагрузки
перейдут некоторую определенную величину, начнет
разрушаться: появляются трещины, порода рассыпается. Все
это отчетливо можно наблюдать в специально
оборудованных лабораториях, предназначенных для
механических испытаний, где небольшой, вырезанный из породы
кубик или цилиндр подвергается разрушительному
действию давления под прессом. Ниже приводятся цифры,
178
характеризующие предельные величины давления для
некоторых горных пород:
начало полное
разрушения, разрушение,
кг/см2 кг/см2
Гранит 135—220 1200—1700
Кварцит 200—300 1000—1600
Известняк, мрамор . . 40—50 340—600
В первую очередь сведения об упругих свойствах
горных пород нужны при строительстве и проектировании
всякого рода инженерных сооружений, связанных с
использованием природного или искусственного камня.
Строитель должен быть уверен в том, что глыба,
предназначенная для фундамента или облицовки стен, выдержит
огромную нагрузку вышележащей части здания, не даст
трещины, не рассыплется и т. д.
Необходимо считаться с величиной горного давления
при проходке туннелей, штолен, шахт и других
подземных выработок, а также каменоломен, карьеров, выемок,
каналов и т. д.
Огромные нагрузки ложатся и на такие инженерные
сооружения, как устои больших мостов, каменные
плотины. Здесь нужно точно знать механические свойства
пород, в которых проходят эти сооружения, или тех, которые
будут использованы в строительстве, их способность
противостоять нагрузкам, иногда достигающим огромных
величин (например, во время землетрясений, ураганов,
цунами и пр.).
При увеличении давления нагрузки выше нормы
горная порода начинает разрушаться, распадаясь на куски
различного размера. Дальнейшее воздействие давления
может либо привести к образованию остроугольных об-,
ломков, сохраняющих структуру первоначальной
породы, либо к раздроблению, переходу в порошок или
пылеобразное вещество.
Их разрушение в недрах Земли происходит,
очевидно, вследствие разных причин: увеличения давления
нагрузки; под влиянием напора поднимающейся магмы;
при огромном давлении газов, сопровождающем
вулканическое извержение, и пр. Следы этих процессов
сохраняются в структуре и текстуре горной породы многие мил
лионы лет. Например, в древних гнейсовых толщах мож-
179
но наблюдать огромные блоки или куски плотной
диабазовой или амфиболитовой дайки или жилы. Это можно
часто видеть в обнажениях древних гнейсов в Карелии.
В петрографии они известны под названием «структуры
будинажа».
В более мелком масштабе признаки дробления
породы в твердом состоянии наблюдаются еще чаще.
Дробленые породы, или катаклазиты и милониты, по внешнему
виду совершенно плотные и твердые, под микроскопом
представляют мелкораскрошенную массу, состоящую из
обломков минеральных зерен и целых кусочков породы.
Зерна полевых шпатов при этом ломаются, зерна кварца
сплющиваются, истираются и т. п. Такие породы часто
можно наблюдать, например, вблизи крупных трещин
или «зон дробления» в гранитных массивах. Милониты,
возникшие вдоль зон дробления, весьма часто после
своею образования подвергаются пропитыванию
растворами, несущими кремнезем или карбонат кальция, в
результате на их месте образуются крепкие и плотные
породы тигга роговиков. В последних лишь под
микроскопом можно уловить следы первоначального
тонкообломочного строения.
Напомним еще, что природный камень
деформируется также и от воздействия высокой температуры,
расширяясь и увеличиваясь в объеме. Эти изменения не так
уж ничтожны. Например, было установлено, что кусок
гранита длиной 25 см при нагревании на 1° удлиняется
на 0,2—0,4 |ы; а блок песчаника длиной 1,5 м при
нагревании от 17 до 38° удлинился на 6,35 мм.
Каменная губка
Плотную горную породу можно сравнить с губкой.
Между этими веществами, столь различными, есть некоторые
общие черты — наличие пор или пустоток. В резиновой
губке, пемзе и других пористых материалах поры
составляют нередко более 50% объема данного тела, а объем
каждой отдельной поры достаточно велик, и их можно
наблюдать простым глазом. В неуплотненных горных
породах, например в глинах, общий объем пор может достигать
88% объема породы. В обыкновенной изверженной породе,
например в граните, диабазе, количество пор, находящих-
180
ся в единице объема породы, может быть тоже очень
значительным, но объем каждой поры обычно ничтожен,
поэтому наблюдать их можно только под микроокопом
(более крупные из них).
За счет сжатия этих пор, за счет уменьшения их
объема при воздействии повышенного давления на горную
породу и происходит ее сжатие.
Пористость может быть различной в зависимости от
состава горной породы, ее возраста, геологического
положения и других причин. Различают поры первичные,
появившиеся при образовании данной породы, например
при образовании на морском дне песчаника. В этом
случае, когда накапливаются отдельные песчинки, даже если
они очень плотно расположены в породе, между ними
возникнут пустоты. Если каждая песчинка будет иметь
идеальную форму шара, то на долю пустот должно
прийтись около 30% от общего объема породы. В случае
остроугольной (обломочной) формы частиц таких пустоток
или межзерновых пространств будет еще больше.
Первичные поры образуются и в кристаллических
породах. Например, в ходе кристаллизации породы типа
габбро в ней будут получаться промежутки между
образующимися кристаллами главных породообразующих
минералов — пироксена и плагиоклаза. Но в изверженных
породах такие первичные промежутки редко остаются
открытыми, они постепенно заполняются более
«поздними» минералами, кристаллизующимися при низких
температурах и богатыми водой,— цеолитами и др. Часть
пор, однако, может сохраниться открытыми и здесь, в
особенности если кристаллизуется вулканическая порода,
богатая газами.
При выветривании эти минералы часто разрушаются,
а на их месте возникают незаполненные пустоты или
поры. Особенно богаты порами породы рыхлые или
неуплотненные, сравнительно недавно образовавшиеся,—
песчаники, глины, граувакки, аргиллиты и пр.
Вторичные поры образуются на месте растворенных,
уничтоженных минеральных зерен.
Существование в различных горных породах пор двух
типов имеет большое значение. Дело в том, что именно
в порах горных пород заключены жидкие и газообразные
вещества — в первую очередь столь важные для
деятельности человека, как вода, нефть, природный газ. Напри-
181
мер, нефтяные богатства Апшеронского полуострова
содержатся в пористых осадочных породах
(преимущественно в песчаниках) третичного и четвертичного
возраста с общей мощностью 5—6 тыс. м. Чем больше пор
в данной породе (при условии определенного размера
этих пор), тем лучшими, так называемыми коллектор-
скими свойствами они обладают, тем в большем
количестве в них смогут накопляться нефть, вода и природные
газы.
Пористость породы при очень большом давлении
может исчезнуть. Опытным путем доказано, что при
нагрузке порядка 2—3 тыс. атм., т. е. на глубине 7—9 км,
должно происходить полное закрытие пор. Это говорит
о том, что глубже, по всей вероятности, не происходит
накопления нефти. Образование рудных месторождений
должно также происходить в земной коре выше данного
уровня,
Огромное значение имеет вода, концентрирующаяся в
порах горной породы за счет сорбирования водяного
пара, находящегося в почве и в верхних слоях земной коры.
С нею связана деятельность рудоносных и других
растворов.
Зависит от пористости породы и ее проницаемость,
т. е. способность пропускать через себя растворы,
несущие те или иные минеральные вещества.
С пористостью горных пород связано и такое важное
для архитектора и строителя свойство, как
морозоустойчивость. Дело в том, что в холодном климате вода,
накапливающаяся в трещинах и порах горных пород,
периодически замерзает. Объем пор расширяется, порода
начинает испытывать большие внутренние напряжения,
которые в конце концов могут привести ее к полному
разрушению. Поэтому при строительстве зданий и других
сооружений в условиях Севера необходимо считаться с
пористостью, которая не должна превосходить
определенной величины. Опытным путем (в лабораториях) горную
породу подвергают искусственному замораживанию и
последующему размораживанию. Таких циклов1 проводят
несколько, вплоть до полного разрушения породы.
Некоторые более прочные кристаллические породы выдерживают
до 30 циклов.
Размеры пор в породах самые различные: в породах
глубинных они обычно находятся в пределах 0,2—100 \х
182
(в поперечнике); в известняках горазда больше — от
10 до 750 \х. Форма пор может быть самой
разнообразной — округлой, щелевидной, угловатой, ячеистой, кана-
ловидной и пр.
Другие аналогии с металлами
Горная порода не только сжимается или растягивается,
как брусок металла под прессом. Она обладает и другими
свойствами, сближающими ее с твердыми веществами,—
механическими, магнитными, электрическими, радиоак-
1ивными; проводит электрический ток и тепло.
Наиболее важным является изучение магнитных
свойств горных пород — магнитной восприимчивости и
остаточного намагничивания, тесно связанных с
петрографическим составом пород. Наиболее высокими
магнитными свойствами обладают, например, изверженные
породы основного состава — габбро, диабазы, порфириты и
другие, наиболее низкими — граниты, диориты,
большинство осадочных; у метаморфических пород эти свойства
также зависят от минерального состава.
Минералы, слагающие породы, делятся на три
группы: ферромагнитные с сильно выраженными
магнитными свойствами, к которым относятся магнетит и титано-
магнетит; парамагнитные с более умеренными
магнитными свойствами — это фемические минералы: пироксен,
роговая обманка, биотит и др.; диамагнитные — у
которых магнитные свойства выражены крайне слабо,
например кварц, полевой шпат. Ферромагнитных минералов
более всего содержится в основных породах — базитах и
крайне мало — в гранитах и осадочных породах.
Содержание магнетита можно определять по величине
магнитной восприимчивости, а последнюю — по порошку или
шламму породы, получаемому прямо при бурении.
Знание магнитных свойств горных пород,
возможность их быстрого определения на большом количестве
образцов и, кроме того, непосредственно в полевой
обстановке ускоряют геологическую съемку. С самолета,
пролетающего над обследуемым районом на небольшой
высоте (0,5 км), ведется непрерывная запись магнитных
свойств горных пород. В результате составляется ряд
параллельных профилей, на которых можно легко выделить
183
участки с повышенными и пониженными магнитными
свойствами. Затем, сравнивая полученные данные с
геологическими картами, геологи постепенно
«расшифровывают» геологическую природу, т. е. состав магнитных
аномалий. На месте этих аномалий на карте появляются
значки, соответствующие обозначению данных пород на
обычной геологической карте.
Метод геологической съемки особенно важен для тех
участков земной поверхности, где обнажений коренных
горных пород очень мало или даже их нет совсем.
Например, в северной части Казахстана среди ровной степи
встречаются лишь отдельные сопки, на которых можно
кайти редкие выходы коренных пород — гнейсов или
гранитов. Раньше на геологической карте здесь были
закрашены желтой краской большие пространства — области
распространения рыхлых третичных и четвертичных
осадочных отложений, сплошным покровом прикрывающие
коренные породы.
Когда же удалось заснять этот район методом
аэромагнитной съемки, то оказалось, что под однообразными
наносами лежат породы разнообразного
петрографического состава, обладающие различными магнитными
свойствами, и что здесь имеются целые «поля», сильно
магнитных пород, вызывающих аномалии. С помощью бурения
установлено, что они сложены из пород основного и
ультраосновного состава, образующих отдельные массивы.
Вот другой пример. Над болотистой тайгой и
лесотундрой Полярной и Приполярной Сибири с их крайне
бедными и скудными выходами коренных пород
несколько лет назад начались систематические аэромагнитные
съемки для выявления пород с аномальными
магнитными свойствами. И в первое же лето удалось обнаружить
на большой площади междуречья Оленека и Анабары
целый ряд аномалий, в плане имеющих вид небольших,
округлых, с поперечником в десятки или сотни метров
участков. Сюда двинулись отряды геологов на резиновых
лодках, оленях, вертолетах, которые стали разыскивать
в болотах и кустарниках крохотные участки магнитных
аномалий. Найти их было подчас нелегко, ведь здесь нет
ни больших рек, ни селений; единственными
ориентирами служат изгибы таежных речек, мелкие озерки и тому
подобные малозаметные места. Тем не менее геологи
установили, что магнитные аномалии действительно вы-
184
званы существованием пород основного и
ультраосновного состава — именно: алмазоносными кимберлитами.
Благодаря аэромагнитным методам удается изучать
и детали внутреннего строения массивов, сложенных
изверженными горными породами, и более точно выделять
на их площади участки, интересные в практическом
отношении. Так, например, на Южном Урале был
исследован массив ультраосновных пород Кимперсай, большая
часть которого расположена среди совершенно плоской
и лишенной обнажений полупустыни. После проведения
геофизической съемки оказалось, что внутреннее
строение массива сильно отличается от того, что рисовали
геологи раньше на основании наблюдений над редкими
обнажениями. Выявились новые участки
распространения пород с хромовым оруденением.
Применение методов геофизической съемки больших
площадей дало многое для изучения таких районов, как,
например, пустыня Кызылкумы в Западном Узбекистане.
Здесь из-под покрова барханных песков стали
постепенно как бы проступать контуры погребенных массивов,
сложенных гранитами и другими изверженными
породами; наметились перспективные участки для поисков ору-
денения.
Большая часть площади материков закрыта рыхлыми
или обломочными отложениями, наносами, тундрой,
болотами, материковым льдом; без применения
геофизических методов исследования до коренных пород не
добраться. Со временем, вероятно, геофизика будет
использована и для съемок геологического строения морского
дна. Опытные работы, проведенные в прибрежных,
неглубоких участках Каспийского моря, дали хорошие
результаты.
XII.
КАМНИ ИЗ КОСМОСА
Куски железа и камня
Известно немало случаев, когда крестьяне, работая в
поле или огороде, неожиданно наталкивались в земле на
куски или даже на целые глыбы черной твердой
каменной породы, резко отличавшейся по внешнему виду от
других пород данной местности. Они лежат часто,
глубоко погрузившись в почву, округлые, иногда покрытые
глянцевитой корой, несущей как бы следы обжига.
В чем же заключаются особенности этих камней?
Прежде всего в глаза бросается то обстоятельство, что ни
распространение этих камней, ни их состав, ни размеры
не связаны с геологическим строением данной местности.
Их можно встретить и в районе складчатых гор, и на
платформах, на высоких горах и равнинах, в болотах и
песках. Например, на Колыме однажды нашли такой
инородный камень довольно крупных размеров в речных
аллювиальных отложениях на глубине 46 м, когда
проходили разведочный шурф на золото.
Постепенно накоплялись сведения о том, что эти
«чуждые» камни — не что иное, как метеориты, которые
упали на Землю еще очень давно и остались лежать до
сегодняшнего дня. Бывали и такие случаи, когда сразу
после падения метеорита, наблюдавшегося человеком
непосредственно, удавалось разыскать его в виде целого
куска или нескольких больших глыб, разбившихся при
падении на множество частей, разбросанных иногда на
очень большой площади.
У многих еще свежа в памяти история поисков
метеорита, упавшего в феврале 1947 г. в горную тайгу на
западном склоне хребта Сихотэ-Алинь на Дальнем Востоке.
Его падение, сопровождавшееся ослепительной световой
186
вспышкой, было замечено несколькими случайными
наблюдателями, находившимися на различном удалении от
места падения — от 9 до 60 км.
На десятый день геологи, с трудом добравшиеся по
бездорожью к месту падения, обнаружили несколько
воронок и в них — много обломков, покрытых
синевато-серой коркой плавления. Общий вес выпавшего на землю
небесного каменного материала составлял, по-видимому,
около 100 т.
Метеоритов различного состава собрано на земной
поверхности не очень много; за всю историю
человечества найдено, или, говоря точнее, зарегистрировано, около
500 т метеоритов, в том числе в СССР около 130 т.
Метеоритная комиссия при Академии наук СССР
располагает коллекцией в 1200 образцов, собранных в нашей
стране и отчасти за рубежом. Общий вес камней
около 2 т.
Большинство же метеоритов захоронено в почве, под
наносами, немало их лежит в пустынях, тайге или в
полярных странах, на поверхности или под покровом
материкового льда. По всей вероятности, масса метеоритов
осталась навеки погребенной в осадочных отложениях
.древних геологических эпох, поскольку можно
предполагать, что метеориты не менее интенсивно, чем сейчас,
выпадали и в прежние геологические эпохи.
Наконец, учитывая то, что метеориты падают на
земную поверхность в общем, по-видимому, равномерно,
приходится заключить, что огромное их количество
должно покоиться на дне морей и океанов. Это последнее
предположение подтверждается расчетами астрономов,
которые пришли к выводу о том, что ежегодно на земную
поверхность, включая и океаны, выпадает не менее одной
тысячи тонн метеоритного вещества. Из него около 70%
приходится на поверхность океанов. Значит, за миллион
лет на Землю выпало не менее миллиарда тонн
метеоритного вещества, а за 500 млн. лет, прошедших после
начала кембрийской эпохи, должно было выпасть 0,5 X Ю12 т
вещества.
Таким образом, метеоритное вещество — обломки
метеоритов и космическая пыль — играют немаловажную
роль в вещественном составе нашей планеты.
187
Какие земные породы похожи на метеориты!
По составу «небесные пришельцы» довольно
разнообразны. Среди них более примечательны железные
метеориты, представляющие собой по существу обломки и
глыбы металлического железа с постоянной примесью
никеля (рис. 58). Но гораздо чаще выпадают каменные
метеориты, которые больше, чем железные, похожи на
породы земного происхождения. Они намного легче
(удельный вес 2,2—2,4). Самый большой из найденных в мире
каменных метеоритов весит 327 кг. Он упал в 1930 г.
в США.
По внешнему виду каменные метеориты
представляют собой темные мелкозернистые породы,
напоминающие базальты и перидотиты. Минеральный состав
каменных метеоритов тот же, что и у земных базитов и гипер-
базитов, хотя и есть некоторые отличительные
особенности. Каменные метеориты обычно состоят из оливина, пи-
Рис. 58. Железный метеорит под микроскопом (длина 1,6 мм). В центре «балка»
из камасита, окаймленная тэнитом и плесситом
(По А. Н. Заварицкому)
188
роксена, хромита, плагиоклаза и некоторых других, более
редких минералов. Однако при самом тщательном
исследовании заметны существенные различия.
Микроструктура метеоритов очень своеобразна и не наблюдается
у земных пород. Это — так называемая хондритовая
структура. Под микроскопом метеорит представляет как
бы агрегат из тесно спрессованных мельчайших шариков
(хондр, рис. 59). Каждый из них (диаметром 1 — 10 мм)
состоит из сросшихся игольчатых или призматических
кристалликов оливина, или пироксена, или обоих
минералов вместе. Другая структура каменных метеоритов —
ахондритовая. Она похожа на туфовую. В этом случае
метеорит сложен мелкими обломками тех же
минералов — пироксена и оливина, но имеющих резко
остроугольные обломочные контуры.
Способ образования таких структур остается
загадкой для ученых. Некоторые считают, что как отдельные
хондры, так и мелкие обломки, из которых состоят
ахондриты, получились из тонкообломочного и даже отчасти
пылевидного материала, в результате тесного соединения
друг с другом отдельных частиц.
Но самыми замечательными среди метеоритов все-
таки являются железные метеориты, почти не имеющие
себе аналогов среди пород земного происхождения. По
внешнему виду они представляют почти сплошную массу
железа, покрытую тонкой пленкой из окалины или из
окислов железа. Удельный вес — около 7. Самый
большой из найденных на Земле таких метеоритов имел
размеры 3 X 3 м и весил около 60 т. Для его перевозки
потребовался бы целый товарный вагон. Его нашли в Юго-
Западной Африке в 1920 г. Некоторые железные
метеориты можно принять за слиток серебра или платины,
только после распиливания устанавливается его
«железная» природа.
Еще больше по весу железные метеориты,
залегающие на некоторой глубине, под так называемыми
метеорными кратерами. Огромный кратер был найден,
например, в 1891 г. в пустынной местности в штате
Аризона (США). Глубина кратера около 175 м. По своим
очертаниям он очень напоминает древний вулканический
кратер, однако никаких следов лавы, пепла, туфов и
других признаков существования здесь вулкана или
вулканических извержений обнаружено не было. Поэтому уче-
189
Рис. 59. Каменный метеорит с хондритоюй структурой
под микроскопом. Поперечное поле зрения 2 мм
(По А. Н. Заварицкому)
ные пришли к выводу, что этот кратер — не что иное как
огромная воронка, образовавшаяся при падении на
Землю гигантского метеорита. Было даже предпринято
бурение с целью обнаружить захороненный на глубине
гигантский метеорит, в котором, как говорили, в виде
примеси к железу заключено большое количество платины.
Буровая скважина на глубине 410 м вошла в сплошную
железную массу, но вскоре бур сломался, и затея была
оставлена.
Единственной земной породой или, говоря вообще,
«камнем», похожим на железный метеорит, является
самородное железо, обнаруженное в виде крупных глыб
на побережье острова Диско вблизи западного берега
Гренландии. Наиболее крупные из них представляют
собой скалы, разбросанные по берегу среди выходов черных
базальтовых лав. Однако эта порода, хотя и состоит
почти из чистого железа, все же значительно отличается от
железных метеоритов по своей микроструктуре и соста-
190
ву. Так, настоящие железные метеориты содержат в
качестве обязательной примеси около 8—10% никеля,
тогда как земное самородное железо лишено этой примеси.
Соответственно и происхождение земных и небесных
железных камней различно.
Откуда взялись метеориты!
Состав каменных метеоритов, как уже говорилось,
близок к составу земных горных пород — в первую очередь
дунитов, перидотитов к в некоторой степени базальтов.
Все эти породы похожи на каменные метеориты как по
содержащимся в них минералам, так и по химическому
составу.
Ранее существенным различием между ними
считалось отсутствие в каменных метеоритах (в химическом
их составе) воды, т. е. водосодержащих минералов. Но
оказалось, что в одном из метеоритов, так называемом
«Старое Борискино» (метеориты носят название
географического пункта вблизи места их находки), советской
исследовательнице Л. Г. Кваша удалось обнаружить во-
досодержащий минерал хлорит и соответственно в
химическом составе метеорита содержалось 8% воды.
В некоторых метеоритах найдены и другие летучие
вещества, как, например, углерод. Это свидетельствует
о том, что, несмотря на огромные температуры,
воздействию которых подвергается падающий на землю метеорит,
проходя через атмосферу Земли и нагреваясь в
результате трения, не все летучие вещества и газы испаряются
или сгорают, некоторые сохраняются.
Получается, таким образом, что метеориты, особенно
каменные, представляют собой в общем удивительные и
загадочные образования. С одной стороны, несомненно,
они «падают с неба», т. е. как будто никак не связаны
своим происхождением с Землей. С другой — они удиви-
тельным образом сходны с некоторыми, заведомо
«земными» породами, причем не с любыми, а только с
породами строго определенного состава, точнее именно с
такими, которые, согласно имеющимся данным, залегают в
наиболее глубоких частях земной коры и в ее верхней
мантии. Оказывается, что породы из наибольших глубин
Земли и из космоса сходны друг с другом, хотя, на пер-
191
вый взгляд, они должны иметь скорее диаметрально
противоположный состав.
Возникает таким образом естественное
предположение, что у метеоритов и земных пород общее
происхождение. Но почему же в таком случае одни породы
попадают на земную поверхность «сверху», а другие —
«снизу»? Может быть, метеориты образовались в чрезвычайно
отдаленную эпоху, еще до того, как сформировалась
Земля в ее настоящем виде, т. е. и метеориты, и
вещество, из которого в дальнейшем образовалась верхняя часть
мантии Земли, и ее кора произошли из вещества «прото-
планеты», во время ее частичного разрушения или в
результате других процессов? Возможно, метеориты
возникли в результате процессов, в какой-то мере сходных
с теми, которые астрономам удается наблюдать на
Солнце и которые сопровождаются извержениями и выбросом
в мировое пространство огромных количеств солнечного
вещества.
Если это так, то мелкораздробленные осколки
первичного вещества, сгруппированные в виде метеоритных
потоков, могли периодически оказываться в поле тяготения
Земли и падать на ее поверхность уже как метеориты.
Некоторым подтверждением этой гипотезы служит
то обстоятельство, что возраст метеоритов и возраст
вещества, взятого из глубин земной коры, одинаков (около
4—5 млрд. лет). Правда, по мнению некоторых ученых
и том числе академика В. И. Вернадского, эта гипотеза
не может быть принята.
Частицы первоначального вещества, находившиеся в
космическом пространстве, по-видимому, частично
подвергались слипанию, образуя хондритовые и ахондрито-
вые каменные метеориты. Еще сложнее загадка
происхождения железных метеоритов. Долгое время
господствовало мнение о том, что их состав отвечает составу
предполагаемого железного ядра Земли. Но современная
геофизика отвергает существование железного ядра, и этот
вопрос, таким образом, еще более усложняется.
Можно предположить, что в древнейшую,
догеологическую эпоху истории Земли как планеты в ней непрерывно
происходили расколы и разрывы, которые способствовали
выбросу части земного материала в космическое
пространство и образованию в результате этого метеоритов,
астероидов и других небольших космических тел.
192
Таким образом, предполагается несомненная связь
между веществом метеоритов и веществом земных- недр.
Можно, однако, искать источник метеоритного вещества не
на Земле, а на других планетах, например на Луне. Если
какое-либо из этих предположений правильно, то мы
сможем подойти к решению загадки, издавна занимавшей
человечество, о составе вещества Луны и планет Солнечной
системы.
Известный советский астроном С. К. Всехсвятский
высказал предположение о том, что вещество метеоритов, так'
же как и комет, могло быть выброшено в мировое
пространство в результате мощных вулканических извержений,
происходивших на больших планетах — Юпитере и
Сатурне. Развивая эту мысль, нельзя ли представить, что
каменные метеориты — это обломки лав лунных извержений?
Если сила взрыва была достаточно велика, то из-за малой
величины силы тяготения на Луне осколки могли
достигнуть поля тяготения Земли. В пользу существования
лунного вулканизма говорят кратеры и кольцевые горы, а
также признаки еще не затухших вулканических извержений,
наблюдавшиеся советским астрономом Н. А. Козыревым
в телескоп в 1958 г.
Какие из этих предположений справедливы, покажет,
возможно, недалекое будущее, когда человек сможет
изучить кусочки горной породы, слагающей лунную
поверхность.
8 Популярная петрография
XIII.
ПОРОДЫ И РУДЫ МЕТАЛЛОВ
По следам золота
Мощная струя воды, вылетающая из металлического
наконечника толстого резинового шланга, укрепленного на
треноге, с огромной силой разбивает и размельчает плотно
сцементированный галечник, песок и глину, образующие
высокую речную террасу. Так постепенно накапливается
на дне котлована тяжелый золотоносный песок,
освобожденный от валунов, гальки и более легких частиц,
составлявших ранее его массу.
Наконец тяжелый песок смыт в одно место. Его
начинают промывать на специальных установках.
Эту картину можно наблюдать во многих золотоносных
районах Сибири, особенно там, где из-за неблагоприятных
условий местности на прииске не может быть установлена
более крупная обогатительная машина — драга.
С незапамятных времен люди находили золотые
песчинки и самородки в речном песке или в кварцевых жилах
в горных ущельях, мало задумываясь о причинах
появления золота и о том, почему одни районы богаты им, а
другие бедны или вовсе лишены его. Но золото продолжали
искать, не имея никакой теории, не руководствуясь
сколько-нибудь научными соображениями, даже если такие
выдвигались. Вспоминая об этих временах, крупный ученый,
геолог-«золотарь» Ю. А. Билибин писал, что верили не
столько науке, сколько разным случайным приметам,
например «местам столкновения двух хребтов», «местам
обилия скварцевого камня», сказкам, легендам и пр.
Лишь позднее, когда начали развиваться геологические
науки, естествоиспытатели стали подмечать
существование определенной связи между распространением
золотоносных россыпей и составом горных пород какого-либо
участка Земли. Уже раньше было известно, что источником
194
россыпного золота являются рудные жилы, из которых оно
вымывается при их разрушении.
Но чем же определяется или, как говорят геологи, чем
контролируется само распространение золотоносных жил,
как богатых, так и мелких? Случайно ли они разбросаны
по земной поверхности или их расположение зависит от
каких-то причин?
Каждый геолог теперь знает, что золото, как и многие
другие минералы, например свинец, молибден и другие,
встречается преимущественно в местах распространения
гранитов, гранодиоритов или диоритов. Колоссальные
богатства золотоносных жил Калифорнии, Аляски,
Австралии находятся в областях распространения гранитов или
близких к ним по составу горных пород. Где есть такие
граниты (правда, не всякие, а только некоторые,
определенные их типы, о чем будет речь далее), там можно искать
золото. Где их нет — поиски бесполезны.
Чаще руда связана не столько с самими гранитами или
гранодиоритовыми массивами, сколько с их мелкими
спутниками — дайками, жилами, небольшими телами и пр.
В каждом отдельном случае эта связь и ее характер требуют
специального изучения. В то же время в более молодых
золотоносных районах, например в третичных, золотое ору-
денение связано с более близкими к поверхности
проявлениями гранитного магматизма — с жерлами или потоками
древних вулканов андезитового или риолитавого состаьа,
с близповерхностными жилами и дайками этих же пород.
Но, однако, ученому-исследователю, в особенности если
это петрограф, не достаточно установления такой связи.
Сама по себе она бесспорна. Но что же общего между
самой обыкновенной, широко распространенной горной
породой — гранитом и драгоценными крупинками
золотого песка? Действительно, при взгляде на кусок
гранита, лишенный не только признаков золота, но и всяких
других металлов, трудно представить себе, как он мог
стать источником золотоносных жил и россыпей.
Присутствует ли золото в самом граните как в породе
или же оно только заключено в золотоносном кварце, в
жилах, залегающих в этом граните? Только измельчив
большое количество гранита, распространенного в
золотоносном районе, и тщательно отмыв полученный песок от
примеси более легких минералов, можно получить
несколько мельчайших частичек золота. Правда, содержание его
8* 195
даже в гранитах наиболее богатых золотом районов редко
превышает 1—2 г на тонну породы. Иногда только
спектральный анализ позволяет установить присутствие золота
всего лишь в долях грамма на тонну породы, т. е. золота
так мало, что практически его невозможно извлечь из
породы. Тем не менее эти граниты золотоносны, и именно
они послужили первоисточником драгоценного металла.
Вспомним, что граниты образовались, по мнению
большинства ученых, из расплавленной массы — магмы,
поднявшейся из земных недр и застывшей на некоторой
глубине от ее поверхности. Именно в этой расплавленной
массе и было заключено большинство нужных для человека
металлов, в том числе и золота, месторождения которых
теперь разбросаны внутри или вблизи гранитных массивов.
Мельчайшие частички золота были рассеяны в массе
застывающей породы, а часть его, растворенная в
постмагматических растворах, выделилась позже и застыла в виде
кварцевых золотых жил.
Академик А. П. Виноградов, в течение многих лет
изучающий химический состав земной коры, приводит
следующие цифры среднего содержания золота и некоторых
других металлов в гранитах:
Золото 5 мг на 1 т — в 1 км3 12,5 т
Серебро 70 мг на 1 т — в 1 км8 170 т
Медь 47 г на 1 т — в 1 км3 250 000 т
Молибден 1 г на 1 т — в 1 км3 2500 т
Олово 2,5 г на 1 1 — в 1 км3 6000 т
Как видно, количество золота, заключенное во всем
объеме какого-либо гранитного массива, может быть
огромным. Однако для практика наибольший интерес
представляет не все золото, а только то количество, которое
заключено в кварцевых жилах, залегающих в гранитах, либо
Еблизи них. Каким же образом золото попадает в жилы?
Для того чтобы объяснить этот удивительный процесс,
геологи и геохимики создали теорию переноса золота и
других металлов в растворенной форме. Как известно, вода
и некоторые другие вещества при очень высоких
температурах обладают способностью растворять и переносить
большие количества металла. Так как эти процессы
продолжаются миллионы лет, то можно представить себе, что,
двигаясь вверх по трещинам и иным путям в земной коре,
эти растворы достигают все более высоких холодных уров-
196
ней и постепенно насыщаются соединениями этих
металлов, в результате чего последние начинают выпадать. Так
выглядит механизм образования рудных жил.
Многочисленные опыты подтвердили это.
Следовательно, можно считать, что находившиеся
первоначально в жидкой гранитной магме золото и другие
металлы в силу тех или иных причин подвергались
концентрации, собирались в скопления и затем, захваченные
горячими водными растворами, переносились к поверхности,
где образовывали месторождения.
Но тут возникает вопрос — откуда в затвердевшем
гранитном массиве бралась вода, необходимая для
осуществления этих процессов? Обратимся к составу гранита.
Оказывается, холодный, застывший миллионы или миллиарды
лет назад гранит, твердую и холодную поверхность
которого мы ощущаем в руке, даже и сейчас содержит в своем
составе воду. Для того чтобы в этом убедиться, достаточно
измельчить пробу этого гранита в порошок и высушить ее.
По разнице общего веса пробы до и после высушивания
можно определить количество воды и других летучих
веществ. Среднее ее содержание в гранитах — около 1,5%.
В некоторых типах гранитов, застывание которых
происходило на глубине 100—200 м от поверхности, воды
меньше — 1 % и даже менее. В гранитах, застывших на большей
глубине, воды значительно больше — до 2% и более.
Содержание воды в вулканической лаве в застывшем
состоянии примерно такое же.
Итак, учитывая содержание воды в граните глубинного
происхождения (il,8%), легко подсчитать количество воды
в одном кубическом километре гранита; оно составляет
почти 50 млн. т.
Химические анализы показывают, что в гранитах
всегда присутствуют также фтор, хлор, углекислота, свободный
углерод и др. Многие из них, вероятно, принимали
участие в процессах переноса металлов при образовании
рудных жил. В частности, опыты показывают, что большой
подвижностью и способностью к переносу обладают
соединения хлора с железом и другими металлами.
Наблюдения за ходом застывания или кристаллизации
магмы, которые производились в лабораториях, а также в
ходе вулканических извержений показали, что при
охлаждении главной части магмы в первую очередь из нее
образуются кристаллы силикатов; полевого шпата, слюды, квар-
1?7
ца, пироксена и др. В остатке в промежутках между
зернами этих минералов сохраняется еще жидкий материал,
в котором сконцентрировались летучие составные части и
металлы. Этот-то остаток и дает, по-видимому, материал
для образования горячих водных растворов, служащих
переносчиками металлов.
Такова в общих чертах разгадка происхождения
золотоносных и других жил, заключенных в гранитах или
залегающих в соседстве с ними. Вот почему рудоносные
жилы в большинстве случаев отсутствуют в районах
распространения осадочных горных пород, где условия для
образования рудоносных горячих водных растворов
неблагоприятны.
Вся горная порода — руда
До сих нор мы говорили в основном о месторождениях
жильного типа, в которых вся руда залегает в тонких или
толстых жилах вместе с кварцем и кальцитом. В
окружающей породе руда хотя и присутствует, но в таком малом
количестве, что извлекать ее оттуда невыгодно.
Существует, однако, целый ряд месторождений, в
которых руда практически рассеяна по всей породе или сидит
в тончайших прожилках, которые невозможно отделить.
Значит, здесь руду нужно добывать из самой породы.
Таково знаменитое месторождение двух важных
металлов — вольфрама и молибдена — Тырны-Ауз,
расположенное в центральной части Кавказского хребта, на большой
высоте над уровнем долины Баксана. Здесь мы не увидим
толстых жил кварца или кальцита с крупными кусками
руды. Последняя связана с мелкими и мельчайшими
прожилками, гнездами, вкраплениями, заполняющими
верхнюю часть гранитного штока (пик Веры).
Содержание металла в таких рудах сравнительно
невелико — составляет доли процента. Однако общий объем
пород месторождения огромен, и, следовательно, велик
общий запас металла. Густая вкрапленность молибдена
(сернистого соединения молибдена) и шеелита (вольфрамово-
кислого кальция) наблюдается здесь не только в породах
гранитпорфирового штока, но и в прилегающих породах,
так что разработка и этих пород представляет иногда
выгоду.
19а
Примерно такой же состав и строение имеет
месторождение Каджаран, расположенное в Южной Армении.
Гранит, содержащий молибденовую руду, также пронизан ею
по всем направлениям, и горнякам приходится брать для
дробления огромные массы горной породы, чтобы извлечь
рудный концентрат. Взрывы аммонита откалывают
огромные куски породы, часто в несколько тонн. Гигантские
самосвалы быстро увозят эти глыбы на дробильную
фабрику, где порода подвергается измельчению и поступает
в дальнейшую переработку с целью получения рудного
концентрата.
Очень похоже по своему строению на вышеописанные
и известное молибденовое месторождение Клаймакс,
расположенное в Скалистых горах в США на высоте около
4000 м. Оно дает около 80% всей мировой добычи
молибдена в капиталистических странах.
Еще один металл дает месторождения штокверкового
типа — это медь в так называемых медно-порфировых
рудах. От жильных месторождений меди, о которых мы
упоминали выше и которые разрабатывались издавна, эти
месторождения отличаются своими огромными размерами и
низким содержанием металла в руде.
Такое гигантское скопление медно-порфировой руды
представляет гора Коунрад, расположенная вблизи озера
Балхаш в Центральном Казахстане. Подлетая к этому
городу на самолете, можно наблюдать красно-бурые отвалы
из огромных карьеров, где добывается содержащая медь
порода. Порфировая порода образует здесь ядро древнего
вулкана, пропитанное рудоносными (меденосными)
растворами.
Медно-порфировые руды известны и в других странах.
Особенно много их в западной части США.
Неразлучная пара — железо и титан
Детали быстроходных машин, испытывающие огромные
механические напряжения и находящиеся в условиях
высоких температур порядка 1000—2000°, не могут быть
изготовлены из обычной качественной стали или других
распространенных металлов. Единственным металлом,
способным выдержать столь трудные условия, сохранить ценные
механические свойства и работоспособность, является
титан.
199
Он был открыт в начале прошлого столетия и свое
название получил за стойкость перед воздействием высоких
температур и кислот. Однако долгое время титан
применялся только для изготовления титановых белил. Лишь
в XX в. научились использовать его ценные свойства.
Титан является одним из самых распространенных
металлов в земной коре. Его среднее содержание составляет
около 1 %, а в породах основного состава (базитах)
поднимается до 2 % и более. Таким образом, титан распространен
в сотни тысяч раз больше, чем медь, свинец и др. Титан
присутствует почти в каждой породе, даже в такой кислой
породе, как гранит, где содержание титана наиболее
низкое (в одном кубическом метре породы присутствует 30—
40 кг). В то же время самостоятельно титан редко
образует крупные рудные тела.
Где и в каких породах накопляется титан? Чтобы
ответить на этот вопрос, необходимо обратить внимание и на
распределение в породах постоянного спутника титана —
железа. Оно распространено во всех горных породах, но
больше его содержится в породах основного состава — 10—
11%. Вместе, хотя и в разных количествах (железа много,
титана мало), они входят в состав большинства основных
пород — габбро, базальтов, диабазов и других, в меньшем
количестве — в породы кислые, щелочные и др.
Для каждого из этих металлов характерна известная
двойственность поведения в магме в период
кристаллизации последней. Как известно, этот процесс идет
одновременно в двух направлениях. С одной стороны, образуются
силикаты широко распространенных минералов горных
пород, представляющих собой соли кремневой и алюмо-
кремневой кислот. С другой, в значительно меньшем
масштабе идет кристаллизация минералов — окисей железа,
титана, изредка хрома и некоторых других элементов. Как
видно, железо и титан участвуют в строении
минералов обеих групп, т. е. могут входить и в силикаты, и в
окислы.
В зависимости от содержания в магме свободного
кислорода соотношения окислов и силикатов в образующейся
породе могут быть разными, но участие железа и титана во
всех случаях обязательно. В "результате получаются два
рода минералов, в которых концентрируется железо и
титан. Это, во-первых, силикатные минералы — пироксен,
амфибол, биотит. Во-вторых, это окисные или рудные ми
200
нералы — магнетит, ильменит, хромит, из которых первые
два содержат этих металлов до 50% и более.
Чем при более высокой температуре происходила
кристаллизация магмы, тем большее количество этих
минералов шло в силикаты и, следовательно, терялось, с
практической точки зрения. Чем ниже была температура и чем
больше в магме присутствовало свободного кислорода, тем
больше образовывалось рудных минералов — магнетита и
ильменита, главных концентраторов в магме железа и
титана. Окислы титана (ильменит) и железа (магнетит)
обычно образуют зерна одного и того же минерала — тита-
номагнетита, состоящие из очень тонких
переслаивающихся друг с другом пластинок.
Таким образом получается, что часть железа и титана,
присутствующих в магме в начале процесса, постепенно
уходит в силикаты, другая часть, причем очень
небольшая,— в «рудные» минералы. Подсчеты показывают, что
в «руду» уходит около 10%. Изучение закономерностей
такого распределения имеет большое значение. Извлечь
железо или титан из силикатной части породы гораздо
труднее, чем из окисной части. В окисных минералах
содержание титана гораздо больше. Да и сам рудный минерал во
втором случае легко выделяется из раздробленной до
определенного предела породы путем оттягивания ее с
помощью магнита. Это можно сделать даже на столе,
предварительно раздробив на кусочки образец породы. На
больших обогатительных фабриках, разрабатывающих
железные и титановые руды, процесс обогащения идет так же,
но только в гораздо больших размерах. Порода проходит
валики, измельчается, дробится, затем идет мимо
гигантских магнитов, которые и оттягивают руду.
Разумеется, значительная часть железа и титана
остается при этом в породах (в силикатной части) и пропадает
для дальнейшей металлургической обработки, уходя в
отвалы.
В некоторых основных магматических породах
вкрапленность рудных минералов — магнетита и ильменита —
достигает больших размеров — до нескольких сантиметров
и даже десятков сантиметров. Это — пироксениты, оливи-
ниты, габбро некоторых массивов.
Следует упомянуть об огромном массиве рудных пиро-
ксенитов — горе Качканар. Рудные пироксениты образуют
здесь часть горного массива, имеющего сложное петрогра-
201
фическое строение, с участием габбро, дунитов и других
основных л ультраосновных пород. Сам рудный пироксе-
нит состоит почти целиком из крупных кристаллов
пироксена длиной 5—10 см и мелких участков
магнетита, рассеянных в породе без определенной
закономерности, лишь местами неясно группирующихся в полосы
или слои. В среднем в этой породе (считая и ее
силикатную часть) содержится металлического железа около
17%. Это значит, что в каждом кубическом метре породы
содержится около 0,5 т железа. Правда, обычная железная
руда значительно богаче. Например, криворожская руда
содержит около 55% металлического железа, керченская —
до 50% и т. п. Однако бедность руды окупается в данном
случае выгодностью ее разработки из месторождений с
огромными запасами.
На Качканарской руде работает мощный
горнообогатительный комбинат. Запасы металлического железа
насчитывают 5 млрд. т.
Загадка колчеданных руд
С давних пор на Кавказе (в Армении и Азербайджане), а
в последние годы и на севере его, а также на Урале, в
Испании, Норвегии и в ряде других мест медь добывается из
колчеданных залежей. Помимо меди в этих залежах
присутствуют в небольшом количестве и другие металлы —
цинк, свинец и пр. Все эти руды очень богаты серой,
которая в некоторых случаях служит даже самостоятельным
предметом разработки. Такие месторождения везде
удивительным образом похожи одно на другое, везде
повторяется одинаковый или очень близкий минеральный состав,
форма залегания и, главное для нас в данном случае,
приуроченность к одним и тем же горным породам — к
древним вулканическим лавам и туфам среднего или основного
состава. Полевой шпат в них замещен большей частью
альбитом, пироксен и роговая обманка — хлоритом. В
химическом отношении эти породы содержат повышенное
количество натрия. В то же время вблизи них обычно нет
гранитов или каких-нибудь других глубинных изверженных
пород. Иначе, та связь, которая является характерной для
месторождений золота и других металлов, здесь по
большей части отсутствует.
202
На происхождение рудных месторождений этого типа
не влияют глубинные массивы магматических плутонов.
Скорее всего, те горячие растворы, с которыми была
связана своим происхождением колчеданная руда, возникли
из вулканических очагов, изливавших лавы. Сильная же
измененность пород — хлоритизация и пр.— по-видимому,
объясняется изливанием вулканических лав на дно моря.
Именно воздействие морской воды, богатой солями натрия
и другими компонентами, с лавой меняло ее
первоначальный состав. О подводном происхождении говорит и
переслаивание лав с типично осадочными породами —
глинами, известняками, песчаниками.
Как же образовывались руды? Ведь отложение их в
виде прожилок или скоплений в измененной вулканической
породе было бы возможным только в том случае, если бы
эти породы были уже пронизаны сетью трещин, вдоль
которых могли двигаться рудные растворы. Следовательно, к
этому времени лавы должны были полностью застыть.
Выходит, что рудоносные растворы вовсе и не связаны с
данными вулканическими центрами, а происходят из
других источников, возможно, опять из гранитных интрузий,
но на этот раз из залегающих глубже и недоступных
прямому наблюдению? Значит, происхождение колчеданных
руд можно объяснить двумя совершенно
противоположными путями: из лавы при извержениях вулканов и из
глубоко залегающих гранитных массивов.
Такое расхождение во мнениях существует и до сих
пор, например в отношении колчеданных месторождений
Армении (Шамлуг, Кафан и др.).
До начала 30-х годов исследователи были на стороне
глубинной, или «гранитной», теории. Лишь постепенно
накапливались новые факты, которые все с большей
очевидностью говорили в пользу «вулканической» гипотезы.
Выяснилось, что сами лавы содержат в составе тонко
рассеянные металлы — медь, цинк и др. и что связь рудных тел по
месту их залегания с древними вулканическими потоками
наблюдается очень часто и, следовательно, не может быть
случайной.
Много ценного материала для решения этой проблемы
дало изучение современного вулканизма Камчатки,
Курил, Индонезии. Как постепенно выясняется, в участках
древних вулканических жерл и лавовых потоков, даже в
областях потухшего вулканизма, можно наблюдать посто-
203
янно огромное количество горячих и газообразных
выделений, несущих наряду с парами воды серу, соединения
различных металлов и пр. Огромное количество
растворенных солей различных металлов, в частности железа,
алюминия и других, выносится со склонов вулканических гор
водными потоками.
Немалое количество ценных руд золота, серебра,
теллура отлагается непосредственно в жерлах древних вулканов.
Руда вслед за магмой
Интересно напомнить историю открытия знаменитого
теперь Норильского медно-никелевого месторождения в
Восточной Сибири. Еще с дореволюционных времен были
известны случаи находок крупных глыб медно-никелевой
руды на реках Курейке, Нижней Тунгуске и их притоках,
В 1919 г. в эти районы была отправлена партия под
руководством известного исследователя Н. Н. Урванцева. Первые
же разведки, произведенные в суровых полярных условиях
на каменистой Норильской тундре, показали
существование богатого медно-никелевого оруденения на северной
окраине Норильского плато. Однако ни действительные
размеры, ни форма, ни происхождение месторождения не
были еще тогда ясны.
При помощи буровых скважин удалось установить связь
сульфидной медно-никелевой руды с мощным и почти
горизонтальным пластообразным телом габбро-диабаза
толщиной до 300 м (рис. 60). Руда залегает в его нижней
придонной части, образуя местами сплошную вкрапленность.
Как оказалось, сама норильская интрузия, вмещающая
рудные тела, состоит из нескольких, налегающих друг на
друга слоев габбро-диабазов, имеющих некоторые
различия в петрографическом составе.
Самый верхний слой сложен наиболее кислыми
породами этой группы — габбро-диоритами, содержащими
сравнительно богатый натрием плагиоклаз и относительно
малое количество железисто-магнезиальных минералов. В
следующем слое количество этих минералов постепенно
увеличивается, а плагиоклаз становится богаче кальцием.
В нижней же части интрузии залегает слой пикритов —
пород наиболее основных по составу, содержащих до 50%
204
Рис. 60. Изображение норильского пластообразного тела габбро-диабазов
■ пространстве
1 — вмещающие породы; 2—габбро-диабазы; 3 — разрывы
оливина. С этим именно слоем связано наибольшее
количество рудной вкрапленности.
Таким образом, в этой трапповой интрузии слоистость
и распределение рудного вещества отчетливо связаны друг
с другом. Чтобы лучше понять эту связь, обратим внимание
на строение пикритового слоя. Главная его составная
часть — оливин является по весу наиболее тяжелым из
минералов силикатной части породы. С другой стороны,
оливин как наиболее тугоплавкий минерал образуется в
ранние моменты, т. е. в начале процесса застывания
расплава, и поэтому его растущие в магме кристаллы
оказываются в какой-то период времени окруженными еще жидкой
магмой. В результате происходит постепенное погружение
уже выделившихся кристаллов в расплаве и накопление
их на дне магматической «камеры». Так образуется пикри-
товый горизонт, обогащенный оливином. В том же
расплаве присутствуют медь и никель. Вместе с железом и серой
они образуют характерные для этих минералов
соединения — сульфиды, которые, благодаря их сравнительной
низкоплавкости, а также неспособности к смешиванию с
силикатной частью расплава, остаются в нем до последних
моментов кристаллизации в жидком состоянии. Благодаря
своему более тяжелому, чем у силикатов, удельному весу
они, так же как и оливин, опускаются и в конце концов
205
концентрируются на дне (или вблизи дна) магматической
камеры, образуя густую вкрапленность в пикритах.
Эти металлы всегда встречаются в форме так
называемых сульфидов, т. е. соединений с серой.
Наличие серы в магме позволяет уверенно искать
месторождения медно-никелевых руд. В последние годы нэ
территории Сибирской платформы было обнаружено
большое месторождение этих руд — Талнахское, также
связанное с дифференцированными габбро-долеритами.
Крупное Мончегорское месторождение
медно-никелевых руд тоже приурочено к расслоенной основной
интрузии.
В 20-х годах нашего столетия в Южной Африке был
открыт Бушвельдский массив, занимающий огромную
площадь, длиной около 400 км. Основные породы (нориты, пи-
роксениты и др.) образуют здесь мощную горизонтально
лежащую залежь толщиной в средней части до 5 км. Go-
стоит она из множества горизонтов основных пород
различного состава. В нижней части залежи преобладают пиро-
ксениты и перидотиты, в верхней — нориты и анортозиты.
Отдельные слои прослеживаются здесь на протяжении
многих километров, сохраняя свою мощность. Одно из самых
замечательных явлений в Бупгвельде — «риф» Меренско-
го. Это слой крупнозернистого норита, содержащий
постоянную тонкую вкрапленность платины, среднее
содержание которой составляет 5—10 г платиновых металлов на
тонну породы. Эта порода является, таким образом, одним
из крупнейших в мире концентратов платины.
XIV-
КАМНИ, СДЕЛАННЫЕ НА ЗАВОДЕ
Камень из порошка
Гранит, известняк, песчаник или какой-нибудь другой
природный камень можно использовать по-разному. В горных
деревушках из валунов и глыб дикого камня складывают
стены, заборы и пр.; предварительно обработанный, он идет
на лестницы, стены, памятники, тротуары. Но и в
измельченном, порошкообразном виде природный камень может
представлять ценность — в первую очередь его
скрепляющие свойства.
Бетон по существу — тоже горная порода, но только
сделанная на заводе. По структуре и минералогическому
составу его можно сопоставить с естественными горными
породами осадочного или вулканогенно-осадочного
происхождения — с песчаниками, конгломератами, туфами. Его
можно сравнить и с мелкообломочной кластической
породой типа базального песчаника или микробрекчии.
Главную часть бетона слагает цемент. Это — аналог
тонкозернистой глинисто-песчанистой массы, которая
скрепляет более крупные обломки и зерна в песчаниках и
гравелитах.
Замечательное его свойство — застывать при
соединении с водой — было известно еще в глубокой древности.
Однако приготовить хороший цемент не так просто.
Необходима тщательная дозировка составных частей, должны
быть выдержаны строго определенные количественные
соотношения между глинистой и известковой частями смеси
(примерно 65% известняка и 35% глины). Необходима
примесь некоторых других веществ — окиси кальция,
окиси алюминия и щелочей, для того чтобы при соединении с
водой и последующем затвердевании в цементе
образовывались силикатные минералы определенного состава. Всем
этим требованиям обычно удовлетворяют лишь смеси из
природных материалов — глины, известняка и пр. Но
изредка в природе встречаются породы, почти полностью
удовлетворяющие всем нужным требованиям и почти не
207
нуждающиеся в специальных добавках при изготовлении
из них цемента. В этом отношении особенно ценным
является мергель, состоящий из смеси глинистого и
известкового веществ.
Мергель, измельченный до порошкообразной смеси,
обжигают во вращающихся печах при температуре 1450—
1480°, чтобы удалить воду. В результате образуются
мельчайшие кристаллики — силикаты кальция и алюминия,
сообщающие необходимую прочность цементу.
Соперничество металлов с силикатами
Важнейшими составными частями почти любой горной
породы, как естественной, так и искусственной, являются
минералы из группы силикатов. Последние в свою очередь
представляют собой соединения кальция, магния, железа,
натрия и калия с кремнеземом. Силикатами обычно
сложено более 90—95% объема горной породы.
Как мы уже говорили, особенно широко силикаты
использовались в древности. Но и в современной технике,
несмотря на огромное значение металлов и пластических
масс, силикатные вещества находят очень большое
применение, не говоря уже о том, что содержащиеся в них
окислы металлов могут применяться самостоятельно.
Главным потребителем всего этого богатства является
силикатная промышленность — стекольная, керамическая,
строительных материалов. Перерабатывая глину, песок и
другие материалы, человек по сути дела создает новые
искусственные горные породы.
Выпеченные породы
Кирпич, пожалуй, самый древний и самый
распространенный искусственный каменный материал.
Кирпичное «тесто» приготовляется из глины с
небольшой добавкой песка и некоторых других материалов.
Отформованное в виде изделий необходимой формы и
размеров, оно подвергается сушке и спеканию при температуре
порядка 800°, получается твердая камнеподобная масса —
кирпич. Окислы алюминия, кальция и натрия, реагируя
с кремнеземом и между собой, дают новые силикатные
материалы высокой твердости и огнеупорности.
208
Кирпич идет на постройку зданий, не подвергающихся
слишком резким колебаниям температуры или частым
переменам климата, на облицовку стенок и свода
металлургической печи. Не всякий кирпич способен выдержать
температуру 1200—(1800°, при которой плавится сталь.
В этих случаях для производства кирпича приходится
использовать особые сорта природных материалов.
Например, применяются особая, редко встречающаяся в природе,
огнеупорная глина, целиком сложенная из мельчайших
частичек высокоустойчивых минералов; чистый кварцит,
зерна которого расплавляются только при 2000°. Самым же
стойким является кирпич, «выпеченный» из магнезита, с
добавкой хромитовой руды, выдерживающий огромную
температуру — около 2000°. Он идет на облицовку сводов
печей.
К огнеупорным относятся и керамические изделия —
фарфоровая посуда, черепица, кафельная плитка, изразец
и т. д.
Силикатная масса, изготовленная из чистой бесцветной
каолиновой глины, с примесью небольшого количества
кварцевого песка и талька, будучи подвергнута обжигу,
приобретает свойства твердого камня.
В качестве сырья в современной силикатной
промышленности используются и некоторые другие вещества,
которые по химическому составу отвечают каолину,—
например, щелочной полевой шпат, тальк, кварц, окислы железа,
титана, циркона, бария. Внесение в массу всех (или
некоторых) из этих примесей сообщает будущему изделию
необходимые дополнительные качества. Приготовленная
масса подвергается обжигу при температуре 1150—1350°, а
некоторые специальные сорта керамических изделий и до
2000°.
Высшие сорта фарфора просвечивают. Под
микроскопом при больших увеличениях виден агрегат из
мельчайших (1—IOjli) кристалликов муллита и других
алюмосиликатов, осколочки кварца и минералы, сцементированные
силикатным стеклом. Глинозем, так же как и кремнезем,
распределяется между стеклом и кристаллами, и в
зависимости от характера распределения фарфоровое изделие
приобретает те или иные свойства. Например обилие
стекла повышает просвечиваемость, но и увеличивает
хрупкость и т. п.
209
Стекло — тоже искусственная горная порода
Гигантское здание Совета Экономической
Взаимопомощи (СЭВ) потребовало для облицовки около 20 000 м2 тол-
стого стекла. В современной строительной технике этот вид
силикатного материала занимает большое место. Человек
сравнительно рано научился изготовлять стекло. Для этого
необходимо было подобрать определенные пропорции
кварцевого песка и ввести необходимые добавки (в первую
очередь соду) для легкоплавкости.
Примерно с XVII в. люди уже научились делать
достаточно большие, ровные пластины стекла, которые можно
было использовать для окон. А в наше время техника в
состоянии удовлетворить даже спрос на грандиозные
заказы для «остеклования» огромных зданий.
Стекло по своему химическому составу напоминает
кислую горную породу (типа липарита или аплита),
пересыщенную кремнеземом. Некоторые его сорта состоят из
почти чистого кремнезема с небольшой примесью глинозема
и щелочей. В таком случае в стекле должны были бы
присутствовать кварц, альбит, ортоклаз, алюмосиликаты
кальция, магния и железа.
Однако микроскоп не обнаруживает этих или
каких-нибудь других минералов вообще. Имеется лишь сплошная
аморфная масса, не действующая на поляризованный свет.
Но в стекле все же присутствуют зачаточные формы
минералов, что подтверждается рентгеноструктурными
наблюдениями. Атомы кремния и кислорода — главные
составные чдсти стекла — сгруппированы в нем в
мельчайшие структурные группы, из которых в дальнейшем (если
бы кристаллизация стекла продолжалась) были бы
сформированы кристаллы силикатов. В стекле эти группы (Si —
О тетраэдры) сгруппированы друг с другом не так
правильно и закономерно, как в настоящих кристаллах, а гораздо
более случайным образом. Такие «неправильные» связи
получаются именно в результате быстрого и неравномерного
по сравнению с кристаллическим веществом застывания
стекла.
Используя физические свойства стекла, силикатная
техника достигла за последнее время исключительных
успехов. Стало возможным получение из стекла целого ряда
технических продуктов, которые ранее изготовлялись
исключительно из металла. Например толстые трубы для ка-
210
нализации, сопла для реактивных двигателей, а также
некоторые изделия, способные противостоять высоким
температурам, отличающиеся высокой прочностью,
выдерживающие огромную нагрузку, тепловую и механическую.
Широкое применение стекла проникает и в другие
отрасли промышленности. Пропитывая им бетон или
некоторые волокнистые материалы, получают устойчивые и
прочные конструктивные элементы. Остеклование может
быть использовано и для укрепления почвы и при
строительстве дорог с твердым покрытием, для цементации
щебня.
Стекло в измельченном виде и при добавлении солей
некоторых металлов — кобальта, никеля, бария — может
идти в почву в виде минерального удобрения. Медленно
разрушаясь, оно отдает почве необходимые ей химические
элементы.
Искусственные лавовые потоки
На территории завода, где происходит плавка руд цветных
металлов, иногда можно видеть горки бурого, плотного,
местами пузыристого (рис. 61) шлака наподобие потоков
вулканических лав базальтового или андезитового состава.
По своему происхождению шлак — продукт застывания
измельченной и затем расплавленной при температуре
1100—1200° горной породы, содержащей вкрапленность руд
цветных металлов — меди, никеля, свинца и др. Кипящая
раскаленная масса отдает полезный металл,
накопляющийся в нижней части тигля, а сама несколько обогащается
железом (если производится плавка цветных металлов) и
некоторыми другими окислами. В жидком, незастывшем
виде эта масса обладает большой подвижностью и
текучестью и может растекаться на большое расстояние, как и
природная вулканическая лава основного состава —
базальтовая.
Если учесть, что в шлаке содержатся почти все
минералы и химические соединения первоначальной породы (за
исключением рудных минералов), то можно сделать,вывод,
что шлак по составу отвечает естественной горной породе.
Отличия заключаются в меньшей кристалличности шлака
и в количественных отношениях составных частей
первичной породы. Шлаки обычно богаче магнием, который
211
Рис. 61. Пористая структура металлургического шлака
(Фото А. П. Лебедева)
поступает из магнезита, идущего в плавку в качестве
добавки, и железом. Иногда в шлаке находят хромит (при
плавке хромитовых руд).
Вообще в химическом отношении шлаки являются
часто несколько «аномальными» по сравнению с
большинством изверженных горных пород. В них, например, может
присутствовать до 60% окиси кальция, до 30% окиси
железа и пр. В целом шлаки ближе всего по составу к таким
основным и ультраосновным породам, как базальты и ду-
ниты. Богатство железом, иногда также кальцием и
алюминием приводит к тому, что в шлаке образуются
минералы необычного состава, например различные редкие
силикаты — мелилит, фаялит (железистый оливин) и др.
При быстром охлаждении горячий шлак трескается,
образуя так называемый гранулированный шлак. Последний
широко применяется в качестве щебня, а также
заполнителя бетона.
Шлак, получаемый во время плавки некоторых видов
железных руд, богат соединениями фосфора и потому
является ценным минеральным удобрением.
212
Огромное количество топливных шлаков образуется при
сгорании угля за счет спекания минеральных примесей,
содержащихся в угле. Состав этих шлаков более
разнообразен, чем металлургических, ибо уголь встречается
совместно с породами различного состава. Важное
хозяйственное значение имеют шлаки, получающиеся при плавке
различных хромовых и хроможелезных руд. Обилие окиси
хрома делает эти шлаки и изделия из них очень
устойчивыми при высоких температурах.
Камень по заказу
Можно ли получить каменное изделие нужной формы и
размеров и вдобавок со всеми необходимыми свойствами —
определенной твердостью, прочностью, кислотоупорностью
и пр.? Оказывается, такая возможность есть. Это —
процесс каменного литья, В промышленности он начал
применяться с конца 20-х годов нашего столетия. На языке
специалистов этот процесс носит название петрургии, т. е.
каменного литья.
Еще в конце прошлого столетия петрографы и
минералоги начали плавить в лабораториях образцы различных
горных пород и минералов и наблюдать за ходом их
застывания и кристаллизации при охлаждении. Этим путем
как бы искусственно воспроизводились процессы,
протекающие в природе, но проходили они с большей скоростью.
Полное расплавление камня требует высоких
температур порядка 1400—1600°. Само же застывание или
кристаллизация происходит при более низких температурах,
окончательное застывание при 900—1000°. Именно такие
температуры наблюдаются у природных базальтовых лав,
изливающихся из жерла или из боковых трещин вулкана
при его извержении.
В заводских условиях плавку базальтовой породы ведут
в электрических печах. Расплав застывает в течение 2—
3 час, превращаясь в тонкокристаллическую массу.
Расплав базальта выливается в заранее приготовленные
формы, соответствующие трубам, плитам и т. д. Получаемое
изделие не должно иметь трещин, пустот, пузырьков. Для
плавки идет не только базальт, но и всякие породы,
имеющие сходный с ним химический состав. Можно даже
использовать и некоторые другие породы, вводя в шихту не-
213
обходимые добавки. Присутствие магния, железа, кальция
способствует более равномерному застыванию, так как при
этом увеличивается число центров кристаллизации и зерно
получается более мелким. Возможность использования
более кислых пород для каменного литья была доказана
советскими учеными и инженерами.
Получаемые при плавке изделия весьма разнообразны.
К числу их важных свойств, имеющих большое
практическое значение, относится кислотоупорность. Изделия из
плавленого камня применяются для облицовки печей на
химических заводах. Они идут на электроизоляторы, вол-
ноотбойные плиты для укрепления дорог, проложенных
вдоль морского побережья; из них изготовляются решетки,
барельефы, статуи и пр.
Все эти изделия тщательно проверяются, прежде чем
поступить к потребителю. Интересен ультразвуковой метод
определения прочности и степени кристалличности этих
изделий. Чем больше в них содержание кристаллов
(следовательно, чем более прочно полученное изделие), тем
больше в нем скорость прохождения ультразвука. Для
контроля качества изделия сравнивают скорость звука в
испытуемом материале и в этиловом спирте (эталон).
XV.
КАМЕНЬ И ЭСТЕТИКА
Скульптура
Выдающийся итальянский скульптор Микеланджело
создавал свои замечательные творения почти исключительно из
каррарского мрамора, добываемого в Северной Италии в
каменоломнях Каррары. Пользовались им Роден, Торвальд-
сен и многие другие известные скульпторы.
Сравнительная легкость обработки каррарского
мрамора, а также просвечиваемость в тонких кусках
придают удивительную прелесть скульптурным
произведениям.
В прежние времена глыбу мрамора, намеченную для
обработки, в течение долгого времени подрубали клиньями
и другими приспособлениями и затем осторожно
укладывали на носилки для дальнейшей транспортировки. При этом
глыбы нередко разрушались; вдобавок после выкалывания
больших блоков на месте оставалось множество обломков,
загромождавших карьер.
В настоящее время применяются специальные канатные
пилы или кольцевые фрезы, с помощью которых
вертикально пропиливают камень на глубину до 1 —1,5 м. За
рубежом в последнее время стали применять для этой цели
специальные газовые горелки. Выходящая из них струя
паров керосина или бензина, горящих в кислороде,
движется со сверхзвуковой скоростью и быстро разрушает
камень.
Каменные блоки с наименьшим количеством трещин
находятся в самых глубоких участках карьеров, куда
трещины, идущие с поверхности, не доходят. Оттуда блоки
извлекаются с помощью мощных подъемных кранов.
Иногда скульпторы сами тщательно отбирают готовые блоки,
бракуя глыбы даже из-за небольшой трещины или
постороннего включения.
Месторождения скульптурного и декоративного
мрамора, хотя и уступающего итальянскому, имеются в Гре-
215
ции (Пентеликон), во Франции (Пиринеи) и в других
странах.
В нашей стране известняковый камень применялся уже
в X—XI вв. в основном при орнаментовке стен церковных
зданий и других сооружений (скульптура как
самостоятельный вид искусства появилась значительно позднее).
Этот материал, как и мрамор, в руках опытного мастера
способен принимать полировку, воспроизводить тонкие
детали. Однако недостаточная чистота известняка,
присутствие, хотя и небольших, железистых, глинистых и других
включений отрицательным образом сказались на качестве
и долговечности этих изделий, из которых сравнительно
немногие дошли до нашей эпохи.
Широко использовали известняковый камень для
украшения зданий. Многие церкви, построенные в XI—XII вв.
и отчасти сохранившиеся в Московской, Владимирской и
Суздальской областях, были орнаментованы природным
известковым камнем с большим изяществом и
художественным вкусом. Прекрасный пример этого —
Дмитриевский собор во Владимире (1193—1197). Особенно
интересен орнамент в верхней части стен, вблизи фриза,
выполненный в славянско-византийском стиле и дополненный
фигурами святых и ажурной резьбой по камню. В
строительстве этого собора использовались светлые плотные
сорта палеозойских известняков.
Архитектура
Природный камень, точнее некоторые его сорта, является
незаменимым материалом для выполнения интересных
архитектурных замыслов. Прочность, способность давать
крупные блоки, распиливаться, выдерживать большие
механические нагрузки, а также шлифоваться и полироваться
представляют большую ценность и для строителя, и для
инженера.
Преимущество природного камня — еще и в том, что
он всегда своеобразен и не дает таких шаблонных решений,
как искусственные материалы. В современной
архитектуре употребление природного камня приобретает все
большее значение. Это отчасти связано и с тем, что постепенно
меняются объемы и формы воздвигаемых зданий,
меняются методы строительства.
216
Особой выразительности и эффектности добиваются
архитекторы, комбинируя, например, камень с алюминием
или с другими материалами.
Известняк как строительный материал для
монументальных сооружений и для облицовки домов находил
применение начиная еще с древнейших времен. Пирамида
Хеопса в Египте высотой с сорокаэтажный дом (146 м)
сложена из блоков объемом не менее одного кубического
метра каждый и весом около 5,7 млн. т. Они
транспортировались на гигантских колесницах за 7 км от места постройки
и поднимались ручным способом на огромную высоту.
Пирамида Хеопса сооружалась рабами почти в течение
20 лет.
Лучшие сорта мрамора в России разрабатывались в
Карелии и Приладожье. Особенную известность получили
сорта мрамора, добываемые в Рускеале (Приладожье) и в
Тивдии (Прионежье). Рускеальский мрамор впервые
начал вывозиться в Петербург в 1766 г. В большом
количестве его использовал Монферан при постройке Исаакиевско-
го собора. Этот мрамор, белый, среднезернистый, залегает
в метаморфических сланцах докембрия, образуя слои и
линзы, местами сильно смятые. Месторождение Белая Гора
(Тивдия), находящееся вблизи Онежского озера, начало
разрабатываться с 1757 г. Розоватым и серым тивдийским
мрамором облицован великолепный мраморный зал
Этнографического музея в Ленинграде.
Хороший облицовочный и скульптурный мрамор
имеется и на Урале (Коелгинское и Прохорово-Баландинское
месторождения).
В последнее время у нас открыто немало
месторождений декоративного и скульптурного мрамора. Толчком
послужило сооружение московского метрополитена в 30-х
годах. Был использован синий мрамор из Таштагольского
месторождения на Алтае. Станция «Киевский вокзал»
облицована красным мелкозернистым тагильским мрамором;
«Казанский вокзал» — белым с зелеными прожилками
мрамором из месторождения Агамзалу (Армения);
«Лермонтовская» — сургучно-красным мрамором из Шроши
(Грузия); станция «Бауманская»—малиновым шокшинским
кварцитом (Карелия).
В сооруженном в 1963 г. здании библиотеки Иельского
университета в Нью-Хевне (США) стекла огромных окон
заменяют пластинки из тонких плит золотисто-коричнево-
217
го просвечивающего мрамора, что создает в дневное время
своеобразное смягченное освещение в зале.
Находят применение и другие декоративные каменные
материалы. В настоящее время в нашей стране известно
около 400 месторождений декоративного и поделочного
камня. Сочетая между собой его различные типы,
архитекторы добиваются порой больших успехов. Много
потрудились над изучением свойств природного камня известные
советские петрографы — Б. В. Залесский и Б. П. Беликов.
Камень, предназначенный для облицовки или
фундамента, шлифуют и полируют. Мраморные плиты, быстро
тускнеющие на открытом воздухе, идут преимущественно
на внутреннюю отделку помещений. Камню можно придать
шероховатую поверхность, бороздчатую, точечную или
рифленую. Часто на фундаментах монументальных зданий
и памятников случается видеть гранитную поверхность
типа «скалы» с нарочито неправильным, грубым рельефом,
имитирующим природную поверхность камня.
Главные месторождения прекрасного декоративного
гранита расположены в пределах Украинской ССР. Из ярко-
красного лезниковского гранита построены борта
гробницы в Мавзолее В. И. Ленина в Москве. Красивый красный
порфировидный ново-украинский гранит с крупными
кристаллами микроклина широко использован в наше время
при строительстве в Москве. Им облицован нижний этаж
магазина «Детский мир» и много жилых зданий на
Ленинском проспекте — новой магистрали столицы. Гранитные
плиты вырезались из коренной породы по различным
направлениям, поэтому, осмотрев несколько плит, можно
составить некоторое представление о характере
расположения крупных полевошпатовых кристаллов в породе,
вытянутых в целом параллельно некоторым общим
направлениям. Очень красив гранит из Жежелевского
месторождения близ Бердичева, содержащий розовые кристаллы
граната.
Хороший гранит для облицовки и украшения зданий
могут дать и некоторые месторождения Урала, Кавказа и
Средней Азии. Очень красив, в частности, порфировидный
гранодиорит из Шавасского массива в Ангренской долине
неподалеку от Ташкента. На сером фоне здесь резко
выделяются ярко-красные полевошпатовые кристаллы длиной
около 2 см. Чрезвычайно красив зеленый амазонитовый
гранит из Ильменских гор на Урале и из Казахстана.
218
Прекрасным декоративным материалом является
хорошо известный лабрадорит, разрабатываемый на Украине в
Коростеньском массиве. Этот материал прекрасно держит
полировку, отличается большой прочностью и
долговечностью. Он представлен несколькими сортами. Очень красив
светло-серый турчинский лабрадорит, использующийся не
только у нас, но и за рубежом. Этим камнем облицован
вход в Мавзолей В. И. Ленина и его ограда.
Темные, сильно иризирующие в синих тонах сорта
лабрадорита, с прекрасной порфировидной структурой
разрабатываются в месторождениях Слободка и Каменный Брод.
(Житомирская область). Этот камень способен давать
огромных размеров монолиты, совершенно лишенные
трещин и применяющиеся в качестве постаментов при
сооружении памятников.
Красивым облицовочным материалом, отличающимся к
тому же высокой твердостью и долговечностью, является
кварцит и кварцитизированный песчаник. Наибольшей
известностью пользуются кварциты из Шокши, вблизи
Петрозаводска и из Овруча (северо-западная Украина).
Первый представлен несколькими сортами, из которых
наиболее ценным является малиновый. В Овруче порода имеет
коричневатый оттенок, слегка полосчатая.
Есть и немало других пород, находящих применение в
строительстве при облицовке зданий. Это — известняковые
конгломераты Джархеча (Армения) с исключительно
оригинальной, непохожей ни на какой другой камень колло-
морфной структурой. Интересен «мыльный камень» (тальк-
актинолитовая порода), чрезвычайно легко поддающийся
обработке и в то же Бремя весьма стойкий при
выветривании. Красивый материал представляет собой
габбро-диабаз, слагающий крымские горы Аю-Даг и Партенит.
Хорошо поддается обработке природный гипсовый
камень, идущий на облицовочные плиты и скульптурные
украшения. Правда, его малая механическая прочность и вы-
ветриваемость несколько сокращает область применения.
В руках строителя
До сих пор мы говорили только о декоративном
использовании различных горных пород. Но многие из них находят
свое применение и непосредственно в строительстве, из них
складываются стены зданий и т. п.
219
Особенно много для этих целей применяется различных
видов известняка. Палеозойский известняк из Мячковского
и других месторождений Подмосковья издавна шел на
строительство Москвы. Месторождение Окское вблизи города
Алексина Тульской области дает разнообразные сорта
строительного и декоративно-облицовочного известняка, так
называемый ситцевый мрамор. В наших южных районах
почти повсеместно распространены легкие пористые
известняки третичного и мезозойского возраста. Из него
построено немало зданий в Киеве и других городах. Очень
хороший строительный известняк издавна добывается в
Горном Крыму.
Особенно известны светлые монолитные известняки
Бодракского месторождения в Крыму и облицовочные
известняки из Молдавии. Красив крупнопористый травертин
(известковый туф), добываемый в горе Юца вблизи
Кисловодска.
Много прекрасных зданий из известняка, построенных
еще в средневековье, до сих пор украшают старые города
Европы.
Так, во Франции желто-белый третичный известняк
издавна разрабатывается в подземных галереях вблизи
Парижа. Много зданий воздвигнуто здесь также из светлого
мелкозернистого, легко принимающего обработку юрского
известняка, привозимого из Нормандии. Из этого камня
сооружены, в частности, некоторые средневековые
готические соборы, а также известное Вестминстерское аббатство
в Лондоне.
В Италии (в Тиволи, вблизи Рима) и Румынии широко
применяются легко обрабатываемые травертины. Из этого
камня построен Колизей в 75 г. до н. э.
В некоторых странах большое применение для
строительных целей находят кварцевые песчаники (из них
построено прекрасное здание Парламента в Оттаве).
Следует упомянуть еще о вулканическом туфе, точнее
игнимбрите из древних вулканов Армении; эти породы в
последние десятилетия стали применяться во все
возрастающем количестве в строительстве зданий.
Игнимбриты, запасы которых в Центральной и Южной
Армении практически неисчерпаемы, разрабатываются в
огромных механизированных карьерах — Артикском и
других, откуда выпускаются в виде блоков и плит различных
размеров. Порода эта замечательна тем, что
исключительно
но легко поддается обработке колющими и режущими
металлическими инструментами, «гвоздится» и легко
распиливается на блоки любых размеров. Большое значение
имеет ее легкость. Вес блока из туфолавы в 1,5—2 раза
легче веса такого же по размерам блока, вырезанного из
любой другой горной породы. Некоторые сорта туфолав
с объемным весом 0,8—0,9 могут держаться на воде.
Все эти свойства туфолав были издавна известны в
Закавказье, Турции и Иране, где очень мало известняков и
других пород, годных для строительства. Из туфолав в
этих странах в древние времена было построено много
церквей, крепостей, памятников, многие из которых
сохранились и до настоящего времени.
* * *
Читая книгу, вы, конечно, заметили, что в науке о
камне еще много неясного и спорного.
Это объясняется тем, что наука о горных породах имеет,
как правило, дело не с самими явлениями, а с их
результатами. Например, г скальных обнажениях, в долинах рек
или на вершинах хребтов петрограф встречает «готовые»
метаморфические породы — гнейсы, сланцы, роговики и
др., но вместе с тем он лишен возможности воочию
наблюдать их образование. Хотя, несомненно, и в настоящее
время в глубинах Земли идет образование и преобразование
метаморфических пород.
Эта невоспроизводимость многих петрографических
событий является одной из основных причин существования
параллельных, часто противоречивых гипотез. Это нельзя
считать нормальным, так как от выбора предположения о
происхождении той или иной породы или руды очень
часто зависит направление геологических поисков и разведки
руд. Правда, за последние десятилетия массу важных
сведений дали экспериментальные исследования при высоком
давлении и температуре, а также изучение технического
камня, но все же полученных данных еще очень мало.
СОДЕРЖАНИЕ
I. В мире камня 5
Что несут с собой воды Терека? 5
На порогах Нижней Тунгуски 8
От Белого моря до Средней Азии 11
II. Путешествие в глубь вещества 16
Сложные минеральные постройки 29
III. Как на глазах человека зарождаются и возникают горные
породы! 31
Когда действуют вулканы? 31
Разрушение — процесс созидательный 36
На берегу моря 42
Текучие воды 46
IV. Азы геологии 49
Как возникают пласты горных пород? 50
Магма и разломы 53
Геология и время 59
V. Потомство могучей гранитной магмы 67
Вулканическая линия 67
Гранит вокруг нас 75
Граниты из магмы 79
Другие граниты 89
Как рождаются граниты? 91
Гранитные пегматиты 94
VI. Породы из мантии Земли 99
Что такое базальт? 99
Каменные лестницы ' 104
Глубинные «родственники» базальтов и траппов .... 106
О самых тяжелых породах на Земле 109
Мал-золотник, да дорог 111
VII. Щелочные породы — источник редкостей ИЗ
Сокровища Хибинских тундр ИЗ
Щелочное дыхание мантии Земли 117
VIII. Горные породы из обломков 121
Брекчии, конгломераты, песчаники 122
Удивительные горные породы , . , t . 135
222
IX. Горные породы из растворов и организмов 143
Карбонатные горные породы 143
Породы, которые растворяются 155
Черен горюч камень 159
Окаменевшие слезы сестер Фаэтона 163
Всегда ли было так, как сейчас? 167
X. Горные породы, заново рожденные 169
О превращениях камня 169
Когда кончается «подводная жизнь» осадка? 171
Метаморфические «ядра» материков 174
XI. Горная порода как твердое тело 178
Сжимается ли камень? 178
Каменная губка 180
Другие аналогии с металлами 183
XII. Камни из космоса 186
Куски железа и камня 186
Какие земные породы похожи на метеориты? 188
Откуда взялись метеориты? 191
XIII. Породы и руды металлов 194
По следам золота 194
Вся горная порода — руда 198
Неразлучная пара — железо и титан 199
Загадка колчеданных руд 202
Руда вслед за магмой 204
XIV. Камни, сделанные на заводе 207
Камень из порошка 207
Соперничество металлов с силикатами 208
Выпеченные породы 208
Стекло — тоже искусственная горная порода . . . . . . 210
Искусственные лавовые потоки 211
Камень по заказу 213
XV. Камень и эстетика 215
Скульптура 215
Архитектура 216
В руках строителя 219
Алексей Петрович Лебедев, Владимир Иванович Лебединский
ПОПУЛЯРНАЯ ПЕТРОГРАФИЯ
Утверждено к печати
редколлегией научно-популярной литературы
Академии наук СССР
Ш
Редактор издательства Л. И. Приходько
Художник И. Б. Кравцов
Технический редактор В. Д. Лрилепская
■
Сдано в набор 14/ХИ 1967 г. Т-04666
Подписано к печати 12/1V 1968 г. Формат 84ХЮ87з2
Бумага типогр. № 1. Физ. печ. л. 7,0+1 вкл. Усл. печ. л. 11,76+1 вкл.
Уч.-изд. л. 11,3. Тираж 24 000 экз. Тип. зак. 3796
Цена 71 к.
Издательство «Наука»
Москва, К-62, Подсосенский пер., 21
2-я типография издательства «Наука»
Москва, Г-99, Шубинский пер., 10