Генезис минералов

Под генезисом понимают способ и условия формирования минералов в природе. Определить генезис отдельного минерала удается далеко не всегда. Обычно генезис минерала связывают с генезисом породы, которую он слагает. В этом плане мы вправе выделять минералы магматических, метаморфических и осадочных пород.

Магматические горные породы, как и слагающие их минералы, формируются из магматического расплава при застывании магмы в недрах (интрузивные) и на поверхности (эффузивные) Земли. Магматические породы в основном слагаются силикатами и по содержанию кремнекислоты делятся на: кислые (более 65% SiO₂), кварц-полевошпатовые породы группы гранита-липарита; средние (65–52% SiO₂) бескварцевые породы, состоящие из натриево-кальциевых плагиоклазов с содержанием 15–30% темноцветных минералов (роговая обманка, авгит, биотит), представленные группой диорита-андезита; основные (52–54 % SiO₂) – группа габбро-базальта (долерита), состоящая из основных плагиоклазов и цветных минералов, среди которых наиболее типичны пироксены. Ультраосновные (менее 45–40 % SiO₂) бесполевошпатовые породы сложены преимущественно магнезиально-железистыми силикатами (оливином и пироксеном). Сюда относятся породы группы перидотита – пикрита.

Изверженные породы формируются на глубине в главную стадию кристаллизации. По мере их формирования происходит постепенное объединение расплава и обогащение другими элементами. В результате формируется “остаточный” расплав, состав и свойства которого отличны от начального.

При кристаллизации остаточного расплава образуются особые породы, получившие название пегматитов. Пегматиты слагают жилы и характеризуются крупным кристаллом. Наиболее распространены пегматиты гранитного состава, т.е. богатые кварцем и полевым шпатом. Процесс сопровождается выделением летучих компонентов. Насчитывается около 180 минералов пегматитового происхождения, но главнейшими являются кварц, полевые шпаты и слюда. Щелочные пегматиты отличаются отсутствием кварца. Минералы пегматитов образуют группу минералов пегматитового генезиса.

При взаимодействии паров и газов между собой или с ранее возникшими минералами образуются минералы пневматолитового генезиса. Пневматолитовый процесс осуществляется, если расплав, насыщенный летучими компонентами, кристаллизуется при пониженном давлении, когда происходит сухая перегонка вещества, т.е. летучие переходят в твердое состояние, минуя жидкую фазу. По минеральному составу пневматолитовые жильные тела бывают разными, но наиболее характерны для них касситерит, гематит, молибденит. Пневматолитовый процесс сопровождает вулканизм, когда пары воды, CO₂, H₂S, SO₂, HСl, HF и др. газы реагируют друг с другом и газами атмосферы и создают минералы, накапливающиеся в вулканических трещинах и кратерах (сера, железный блеск, нашатырь и др.).

Гидротермальные минералы выделяются из горячих водных растворов или образуются при воздействии этих растворов на боковые породы. Выделяют высоко-, средне- и низкотемпературные гидротермальные образования. Высокотемпературные (300–400 °С) жилы обычно сложены грейзенами – породами, буквально нашпигованными кварцем, сульфидами, флюоритом и др. Околожильные формации, обычно средне- и низкотемпературные, почти всегда обогащены серицитом, карбонатами, хлоритом, реже пиритом и др.

Вулканические минералы по своей сути являются минералами эффузивных образований, формирование которых осуществлялось через аппараты вулканических извержений. Такие минералы возникают за счет вулканических паров и газов, кристаллизации лавы на глубине и при излиянии ее на поверхность при быстром охлаждении в результате гидротермальных процессов. Набор минералов весьма разнообразен: это породообразующие оливин, авгит, роговая обманка, полевые шпаты, нефелин; возгоны серы, нашатыря, реальгара. Особенно широк спектр поствулканических гидротермальных минералов, выполняющих пустоты и трещины (цеолиты, кварц, кальцит, халцедон, опал, барит и др.).

Метаморфические горные породы образуются как результат сложных преобразований в составе и строении минералов и горных пород в связи с воздействием на них высоких температур и давлений. С региональным метаморфизмом, свойственным обширным платформенным территориям, связано понятие “ступень метаморфизма”, определяющее глубину процесса. Каждой ступени соответствует парагенез минералов, образованных в определенном диапазоне температур и давлений.

Для низкой и очень низкой ступеней метаморфизма типичны голубые сланцы, основным минералом которых является голубая роговая обманка – глаукофан, серпентениты, филлиты, альбитофиры и некоторые другие породы, формирующие зеленокаменную метаморфическую фацию.

На средней ступени метаморфизации формируются фации кристаллических сланцев, гнейсов, амфиболитов, а при частичном плавлении амфиболитов мигматиты – породы, по минеральному составу очень близкие к гранитам. Основными минералами перечисленных породы являются кварц, полевые шпаты, биотит, хлорит, гранаты, амфиболиты, пироксены, эпидот.

На высшей ступени регионального метаморфизма возникают гранулиты (кварц, ортоклаз, плакиоклаз + гранат, силлиманит, пироксен, нередко гранат), а на контакте земной коры и мантии эклогиты – плотные тяжелые породы, сложенные пироксеном и гранатом (пиропом).

Динамометаморфизм (дислокационный) рождает милониты – породы, состоящие из тонкозернистого агрегата того набора минералов, который формировал исходную породу. Из новообразований в милонитах обнаруживаются хлорит, тальк, слюда. При уплотнении милониты приобретают сланцеватую текстуру и превращаются в бластомилонит. В бластомилонитах все минеральные зерна приплюснуты.

При ударном метаморфизме, вызванном падением метеоритов, возникают породы, объединяемые в группу импактитов. Среди импактитов различают неперемещенные продукты слабого (катаклазиты) и более сильного (ударные брекчии) дробления. Если процесс преобразования более глубок, в породах начинается плавление и образование стекла. В этом случае формируются псевдотахилиты (неперемещенные) и тагамиты (перемещенные). Смешанные и перемещенные продукты дробления и плавления называют зювитами. Основными минеральными новообразованиями в импактных являются стекло (продукт плавления материнских пород), микролиты плагиоклаза, пироксена, биотита, а также гипербарические полиморфные модификации SiO₂ – коэсит и стишовит; алмаз и лонсдейлит (еще более высокобарная модификация углерода).

При контактном метаморфизме метаморфизму подвергаются породы в зоне контакта с внедрившейся интрузией. Наиболее распространенной метаморфической породой контактовых зон являются роговики, нередко содержащие кордиерит и андалузит (вблизи контакта), а также биотит, хлорит, мусковит (дальше от контакта в сторону вмещающей породы).

В случае значительного выноса растворов и газов из магмы и привноса веществ из вмещающей породы в магму следует говорить о контактово-метасоматическом процессе. Очевидно, что в результате гидротермальных и пневматолитовых реакций возникают новые минералы. Метасоматоз легко растворимых известняков создает новую породу – скарн. При метасоматозе в известняках образуются магнетит, железный блеск, касситерит, кобальтин, сфалерит, молибденит, пирротин, арсенопирит, шпипель, корунд, гранаты, серпентин, графит, магнезит, флагопит, пироксены, амфиболы, эпидот, хлориты, апатит и многие другие минералы. Именно скарны являются кладовой промышленных скоплений железа, вольфрама, олова, цинка, многих драгоценных камней.

В случаях, когда минералы возникают посредством кристаллизации из магматического расплава или при участии летучих или гидротермальных продуктов дифференциации магмы, что происходит при магматическом, пегматитовом, пневматолитовом, гидротермальном и контактово-метасоматическом процессах, об их генезисе можно говорить как о магматогенном или эндогенном. С экзогенными процессами связано гипергенное (супергенное), т.е. экзогенное происхождение минералов.

Осадочные горные породы формируются на поверхности Земли (или чуть глубже) из продуктов выветривания, жизнедеятельности организмов посредством осадки солей из перенасыщенных растворов. Особую группу осадочных пород составляют каустобиолиты – горючие полезные ископаемые, в образовании которых задействованы органические вещества, кислород, водород, азот атмосферы и гидросферы и лучистая энергия Солнца. Осадочные породы покрывают около 75% поверхности континентов, и подавляющая их часть – результат литогенеза морских осадков. В обломочных породах концентрируются преимущественно продукты физического выветривания, набор минералов в которых весьма разнообразен. В песчаных и алевритовых породах преобладают устойчивые кварц, полевые шпаты, а также гранат, циркон, эпидот, циозит и др. минералы. Глинистые породы сложены глинистыми минералами (каолинит, иллит, гидрослюда, монтмориллонит и др.), являющими собой продукты преимущественно химического выветриваания. Процессы окисления, каолинизации, гидратации, гидролиза и пр. обеспечивают разнообразие минералов в корах выветривания различного типа.

В водоемах аридных зон посредством осадки формируются залежи хлоридных, сульфатных, гидрокарбонатных и пр. солей. Биогенные процессы обеспечивают накопление на дне водоемов с нормальной соленостью мощных толщ пород, сложенных кальцитом, арагонитом, опалом; в специфических морских обстановках образуются железомарганцевые, баритовые конкреции, глаукониты и прочие минеральные образования.

При вторичном изменении осадочных пород возникают диагенетические минералы. Посредством диагенеза могут образовываться кальцит, доломит, кремень в известняковых толщах, гипс в ангидритах и наоборот – ангидрит в гипсовых пластах, слюды в глинах и т.д. Таким образом, о происхождении минерала проще судить, если известно, с какой породой он связан. Совместное нахождение минералов в природе, обусловленное их близким происхождением, именуется парагенезисом. Минералы сходного генезиса составляют парагенетический ряд. Например: с пиритом встречаются золото, сидерит, лимонит, гетит, гематит, ярозит, галенит, халькопирит, сфалерит, кварц. Этот набор минералов может относиться к различным, но связанным между собой процессам. Учение о парагенезисе – основа современной минералогии. По парагенетическим рядам можно осуществлять научное прогнозирование поисков полезных ископаемых и выяснять общие закономерности происхождения и распространения минералов.

В горных породах возможно определить возрастные соотношения и генерации минералов. Естественно, что если минерал выделился в трещинах другого, нарос на его поверхность, замещает или цементирует его, этот минерал образовался позже. Хорошо окристаллизованные минералы обычно более ранние по сравнению с теми, которые заполняют промежутки между ними и хуже огранены. Реликты, уцелевшие от растворения и замещения, естественно, тоже являются ранними. Один и тот же минерал может выделяться в разные моменты остывания магмы. Так возникает несколько генераций одного и того же минерала. Одноименные минералы разных генераций отличаются деталями химического состава и парагенезисом.

Минералы, характерные для определенного типа генезиса, называют типоморфными. Например, киноварь – минерал низкотемпературных жил, гранат – минерал зоны глубокого метаморфизма. Типоморфные признаки позволяют судить о генерации минерала. К примеру, высокотемпературный касситерит пегматитов обычно темный, почти черный, кристаллы его короткопризматические, почти дипирамидальные; содержит до 5% (Nb, Ta)₂ O₅. Касситерит более низкотемпературных гидротермальных жил чаще всего бурого и светло-бурого цвета, кристаллы его удлиненные, обычная примесь – вольфрам. “Деревянистый” оловянный камень, еще более низкотемпературная генерация касситерита, скрытокристалличен и образует натечные формы.