 |
Горючие полезные ископаемые.
|
|
|
|
Задание: подготовиться к тесту, который будет основан на предложенном теоретическом материале
МИНЕРАЛЫ. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ.
Какое чудо — минерал,
Природы волшебство!..
Корнелиус Серл Хёлбат
Как вы уже знаете, Земля состоит из множества химических элементов – кислорода, азота, кремния, железа и т. д. Соединяясь между собой, химические элементы образуют минералы.
Минералы. Минералы — природные соединения элементов, образующиеся в результате физико-химических процессов. Всего известно около 4 тыс. минералов, изучением которых занимается наука минералогия. Минералы, состоящие из одного элемента, называются САмородными. К ним относятся золото (Аи), се ребро (Ag), алмаз (С), медь (Си), сера (S). Но чаще всего формула минерала довольно сложна. Например, формула турмалина: (Na,Ca)(Li,Vg,Al)3(Al,Fe,Mn)6(BO3)(Si6O18)(OH)4. Большая часть минералов состоит из двух или нескольких химических элементов. Узнать, какое количество элементов содержится в минерале, можно по его химической формуле. Например, галит (поваренная соль) состоит из натрия и хлора и имеет формулу NCl; магнетит (магнитный железняк) – из трех молекул железа и двух кислорода (F3O2) и т. д. Некоторые минералы образованы одним химическим элементом, например: сера, золото, платина, алмаз и др. Такие минералы называют самородными. В природе известно около 40 самородных элементов, на долю которых приходится 0,1 % массы земной коры. Минералы могут быть не только твердыми, но и жидкими (вода, ртуть, нефть), и газообразными (сероводород, углекислый газ).
СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ.
Спайность — способность минерала раскалываться по определённым направлениям. Самый высший балл спайности у минерала слюды — он раскалывается на совершенно гладкие прозрачные пластинки. Благодаря этому в Средние века слюдой закрывали оконные проёмы — они были достаточно прочными и пропускали дневной свет.
|
|
|
Твёрдость минералов определяется путем сравнения с другими минералами, принятыми за эталон различных степеней твёрдости. Для этого используется шкала Мооса, где каждому минералу присвоен номер в порядке возрастания твёрдости: 1 — тальк, 2 — гипс, 3 — кальцит, 4 — флюорит, 5 — апатит, 6 — полевой шпат, 7 — кварц, 8 — топаз, 9 — корунд, 10 — алмаз.
Формы кристаллов минерала носят названия, связанные с количеством граней. Например, восьмигранный кристалл называется октаэдром, четырёхгранный — тетраэдром. Но минерал не всегда имеет кристаллическую форму. В природе существует поразительное множество минералов — слоистые, таблитчатые, дендритовые (т.е. похожие на дерево), почковидные и т.д.
Цвет — важное свойство минералов. Некоторые минералы имеют настолько характерную окраску, что это даже отразилось в их названии. Например, минерал родонит получил название за розоватый цвет (от греч. rhodon — розовый), минерал альбит переводится как «белый». Принято различать цвет минерала и цвет черты минерала на белом куске фарфора. Иногда они не совпадают, что является хорошим признаком для определения минерала. Например, цвет минерала гематита — тёмно-красно-коричневый или чёрный. Но если провести кусочком гематита черту, то она окажется красной. По этому признаку минерал и получил свое название (от греч. haima — кровь).
Большинство минералов имеют кристаллическое строение. Форма кристалла для данного минерала всегда постоянна. Например, кристаллы кварца имеют форму призмы, галита – форму куба и т. д. Если поваренную соль растворить в воде, а затем выкристаллизовать, то вновь образованные минералы приобретут кубическую форму. Многие минералы обладают способностью расти. Размеры их колеблются от микроскопических до гигантских. Например, на острове Мадагаскар найден кристалл берилла длиной 8 м и диаметром 3 м. Вес его составляет почти 400 т. Некоторые минералы называются породообразующими. Среди них роговая обманка, слюда, кварц, оливин, плагиоклаз. Они являются основным строительным материалом для природных соединений — горных пород. Углерод (С) образует сразу несколько минералов. Они формируются в различных условиях, и поэтому свойства их неодинаковы. Самый твёрдый из них — алмаз. Его происхождение связано с очень высокими температурами и давлением в недрах Земли. Самый мягкий — графит, известный всем по простому карандашу, грифель которого сделан из графита. Он образуется при метаморфизме (изменении) угля.
|
|
|
По образованию все минералы делятся на несколько групп. Одни из них (полевой шпат, кварц, слюда) выделяются из магмы при ее медленном остывании на больших глубинах; другие (сера) – при быстром остывании лавы; третьи (гранат, яшма, алмаз) – при высоких температурах и давлении на больших глубинах; четвертые (гранаты, рубины, аметисты) выделяются из горячих водных растворов в подземных жилах; пятые (гипс, соли, бурый железняк) образуются при химическом выветривании.
Всего в природе насчитывается более 2500 минералов. Для их определения и изучения большое значение имеют физические свойства, к которым относят блеск, цвет, цвет черты, т. е. следа, оставляемого минералом, прозрачность, твердость, спайность, излом, удельный вес. Например, у кварца форма кристаллов призматическая, блеск стеклянный, спайности нет, излом раковистый, твердость 7, удельный вес 2,65 г/см3, черты не имеет; у галита форма кристалла кубическая, твердость 2,2, удельный вес 2,1 г/см3, блеск стеклянный, цвет белый, спайность совершенная, вкус соленый и т. д.
Из минералов наиболее известны и широко распространены 40–50, которые называют породообразующими (полевой шпат, кварц, галит и пр.).
Один из самых распространённых минералов на Земле — кварц. Его удивительное разнообразие привело к тому, что камни с одинаковым составом SiO2, но отличающиеся по цвету, носят разные имена. Так, фиолетовую разновидность называют аметистом, жёлтую — цитрином, чёрную — морионом, прозрачную — горным хрусталём. Призматические кристаллы кварца с горизонтальной штриховкой на гранях можно найти повсюду, в том числе и в городах. Скрытокристаллические разновидности кварца (т.е. те, в которых кристаллики очень малы) носят название «халцедон». Это очень красивый слоистый камень, который часто используется в ювелирном деле. Красно-розовую разновидность называют карнеолом, оранжевую — сердоликом, зеленоватую — хризопразом. Красивый полосчатый бело-голубой халцедон именуют агатом. Благодаря своей слоистости агаты стали прекрасным материалом для торевтов — резчиков по камню. Именно из агата выполнена знаменитая камея Гонзага — гемма, рельефный рисунок которой создан искусным сочетанием более тёмных и более светлых слоёв. В древности многие
|
|
|
представители семейства кварца считались амулетами и оберегами.
Горные породы. Данные породы представляют собой скопление одного или нескольких минералов. Мрамор, известняк, гипс состоят из одного минерала, а гранит, базальт – из нескольких. Всего в природе насчитывается около 1000 горных пород. В зависимости от происхождения – генезиса – горные породы подразделяются на три основные группы: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические породы. Образуются при остывании магмы; кристаллического строения, не имеют слоистости; не содержат остатков животных и растений. Среди магматических пород различают глубинные и излившиеся. Глубинные породы образовались в глубине земной коры, где магма находится под большим давлением и ее остывание происходит очень медленно. Примером глубинной породы может служить гранит – наиболее распространенная кристаллическая порода, состоящая в основном из трех минералов: кварца, полевого шпата и слюды. Цвет гранитов зависит от цвета полевого шпата. Чаще всего они серые или розовые. При излиянии магмы на поверхность образуются излившиеся породы. Они представляют либо спекшуюся массу, напоминающую шлак, либо стекловидную, тогда их называют вулканическим стеклом. В отдельных случаях образуется мелкокристаллическая порода типа базальта.
|
|
|
Осадочные породы. Покрывают примерно 80 % всей поверхности Земли. Для них характерны слоистость и пористость. Как правило, осадочные породы являются результатом накопления в морях и океанах остатков отмерших организмов или снесенных с суши частиц разрушенных твердых пород. Процесс накопления происходит неравномерно, поэтому образуются слои разной мощности (толщины). Во многих осадочных породах находят окаменелости или отпечатки животных и растений. В зависимости от места образования осадочные породы подразделяют на континентальные и морские. К континентальным породам относятся, например, глины. Глины – измельченный продукт разрушения твердых пород. Они состоят из мельчайших чешуйчатообразных частиц, обладают способностью впитывать воду. Глины пластичны, водоупорны. Цвет их различен – от белого до синего и даже черного. Белые глины используют для производства фарфора. Континентального происхождения и широко распространенная горная порода – лёсс. Это мелкозернистая, неслоистая порода желтоватого цвета, состоящая из смеси кварца, глинистых частиц, углекислой извести и гидратов окиси железа. Легко пропускает воду. Морские породы обычно формируются на дне океанов. К ним относят некоторые глины, пески, гравий. Большая группа осадочных биогенных горных пород образовалась из остатков умерших животных и растений. К ним относят известняки, доломиты и некоторые горючие полезные ископаемые (торф, каменный уголь, горючие сланцы). Особенно широко в земной коре распространен известняк, состоящий из углекислого кальция. В его фрагментах легко можно заметить скопления мелких раковин и даже скелетов небольших животных. Цвет известняков различный, чаще серый. Мел также образован из мельчайших раковин – обитателей моря. Огромные запасы этой горной породы находятся в Белгородской области, где по крутым берегам рек можно увидеть выходы мощных слоев мела, выделяющегося своей белизной. Известняки, в которых имеется примесь углекислого магния, называют доломитами. Известняки имеют широкое применение в строительстве. Из них изготовляют известь для штукатурных работ и цемент. Лучший цемент изготовляют из мергеля. В тех морях, где раньше обитали животные, имеющие кремневые раковины, и росли водоросли, содержащие кремень, образовалась горная порода трепел. Это легкая, плотная, обычно желтоватая или светло-серая порода, являющаяся строительным материалом. К осадочным относят также породы, образовавшиеся путем осаждения из водных растворов (гипс, каменная соль, калийная соль, бурый железняк и др.).
|
|
|
Метаморфические породы. Эта группа пород образовалась из осадочных и магматических пород под воздействием высоких температур, давления, а также химических изменений. Так, при действии температуры и давления на глину образуются глинистые сланцы, на песок – плотные песчаники, а на известняки – мрамор. Изменения, т. е. метаморфоз, происходят не только с осадочными породами, но и с магматическими. Под воздействием высоких температур и давления гранит приобретает слоистое строение и образуется новая порода – гнейс. Высокая температура и давление способствуют перекристаллизации пород. Из песчаников образуется очень прочная кристаллическая порода – кварцит.
ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
Скопления в недрах Земли минеральных соединений, таких как нефть, газ, руды, строительные материалы и пр., используемые человеком, называются полезными ископаемыми. Ещё на заре цивилизации люди нашли им применение: из глины и камней строили жилища и мостили дороги, каменный
уголь использовали для обогрева, из твёрдых кремней изготавливали наконечники для стрел и копий, расплавляя куски руды, получали металл и отливали оружие.
КАМЕННЫЙ ВЕК (4 ТЫСЯЧЕЛЕТИЕ ДО Н.Э.) Для своих жилищ древний человек использует камни и глину. Первые горные выработки Европе относятся именно к каменному веку. Стены каменных построек украшали росписями. Краску для этого люди научились добывать, растирая глину и горные породы. Например, в Китае красную краску называли «кровью дракона» и добывали из киновари, содержащей ртуть. Для ножей, скребков и наконечников древние люди использовали очень прочные кремневые осколки, которые примитивно обтачивали и даже шлифовали. БРОНЗОВЫЙ ВЕК (4 -1 ТЫСЯЧЕЛЕТИЕ ДО Н.Э.) В это время человек начал использовать металлы и в первую очередь ковкую, мягкую и податливую мед ь. Чтобы придать большую прочность изделиям, в медь добавлялись разные примеси (олово, серебро и свинец). Из этих сплавов, называемых бронзой, стали делать не только оружие и орудия труда, но и утварь и украшения, которые украшались самоцветными камнями — бирюзой, лазуритом, гипсом. Медь была залогом экономического могущества государств и предметом торговли, поэтому добыча металлов постепенно росла. Для этого требовались специальные знания, а значит, и специальные люди, которые обладали знаниями горного дела. Одни из самых древних медных рудников находятся в Египте и Междуречье. Добыча камня получила наибольшее развитие в Древнем Египте, где для строительства пирамид и городов требовалось огромное количество строительного материала. ЖЕЛЕЗНЫЙ ВЕК (ПОСЛЕ 10 В. ДО Н.Э.) Человек начал широко использовать железные руды. Для выплавки железа — гораздо более прочного и долговечного металла, чем медь, — сооружались печи и кузницы. Появилась и новая специальность —кузнец. Железные руды разрабатывались очень широко на территории всей Европы, о чём и сегодня напоминают старые шахты и горные выработки. Но людей влекло не только железо. Практически промышленным способом велись разработки серебра, золота, олова, меди. Железный век — век рождения и активного развития горного дела. В это время зарождались основы геологических и минералогических знаний. По состоянию, в котором в природе находятся полезные ископаемые, их разделяют на жидкие, твёрдые и газообразные. С течением времени полезные ископаемые могут быть исчерпаны человеком, например, нефть, пласты железной руды, россыпи благородных металлов — золота, платины...К неисчерпаемым ресурсам относится вода, хотя проблема пресной чистой воды всё чаще и чаще встаёт перед человечеством. Когда полезный для человека компонент в недрах находится в концентрированном состоянии и его можно разрабатывать промышленно, это называют месторождением. Например, знаменитые Донбасс и Кузбасс — это Донецкий и Кузнецкий угольные бассейны, богатейшие месторождения угля. Без горючих полезных ископаемых — нефти, природного газа, угля, торфа — нет энергетики. Для любой страны они являются стратегическим сырьём. Их добыча ведётся с незапамятных времён.
Горючие полезные ископаемые.
ИСКОПАЕМЫЙ УГОЛЬ. Каменный уголь — ровесник древних геологических эпох Земли. Один из периодов геохронологической шкалы в его честь назван каменно-угольным, или карбоном. Именно тогда, около 354—286 млн лет назад, поверхность суши покрывали густые тропические леса, состоящие из
гигантских древовидных папоротников и хвощей. Климат той эпохи был тёплым и влажным. Старые падающие деревья уступали место новым. Громадные слои из отживших деревьев накапливались в мелководных водоёмах, превращаясь в мощные пласты каменного угля. Таким путём образовалось более 30% всех мировых запасов угля. На нашей планете месторождения ископаемого угля — не редкость, они находятся на каждом
континенте и многих островах. Не исключение и Антарктида: предполагают, что под огромными толщами покровных ледников залегают такие же месторождения, как и в Европе. Горючие свойства угля были известны ещё на-
шим далёким предкам. «Горючие камни» медленно раскалялись в огне, но зато затем очень долго отдавали тепло. В зависимости от условий образования ископаемый уголь различен. Самый высококачественный и плотный уголь — антрацит, менее плотный — бурый уголь, а совсем «рыхлый» и лёгкий — торф.
Последние менее ценны в энергетическом плане, но быстрее воспламеняются. Ископаемый уголь используют как топливо для доменных печей при производстве чугуна и стали.
НЕФТЬ И ГАЗ. Скопление нефти и газа возникают благодаря наличию природных «ловушек» в недрах Земли — слоев проницаемых осадочных пород
между слоями непроницаемых. В них накапливается маслянистая горючая жидкость, которая поднимается из глубин по трещинам. Горючие свойства нефти связаны с её составом — это смесь углеводородов, серы, кислородных и азотистых соединений. Нефть сопровождают природные газы, которые, как более легкие, залегают над нефтяной линзой. Богатейшие страны мира обладают самыми значительными запасами нефти. Некоторые страны, например США, имеют огромные разведанные запасы нефти, но не используют их в полном объёме, предпочитая сберечь «чёрное золото» за консервированным для будущего. Самые богатые месторождения находятся в Кувейте, Саудовской Аравии, России, Азербайджане, Канаде, США, Мексике, Индонезии. В России одним из самых богатых месторождений нефти является Самотлорское в Западной Сибири, там же расположены крупнейшие газовые месторождения, среди которых Бованенковское, Уренгойское и Ямбургское в Тюменской области. Добыча нефти ведется не только на суше, но и на шельфе многих морей с помощью буровых установок на плавучих платформах. Большое количество нефти добывается на шельфах Северного моря и в Мексиканском заливе. Энергетика и химическое производство — далеко не полный список применения нефти.
РУДЫ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ
Чтобы получить металл, нужна руда. Неудивительно, что одно из самых древних занятий человека — горнорудное производство, т.е. поиск, разведка, добыча и переработка руд. К чёрным металлам относят железо, марганец, хром, титан, ванадий. Руду недостаточно добыть, из неё ещё нужно извлечь полезный компонент, чтобы выплавить металл. В результате неизбежно происходит загрязнение окружающей среды. Если в Средние века добыча чёрных металлов была залогом экономического процветания для многих стран, то сегодня, оберегая и охраняя природу, многие государства уже отказываются от добычи
руды открытым способом, как на Курской магнитной аномалии, предпочитая акрытый шахтовый метод добычи. Ведь ежегодно из земли извлекается почти миллиард тонн руды. Пустая порода, извлечённая из недр при добыче руды, — это большая экологическая проблема для районов, где идет активная добыча полезных ископаемых. Металлургические комбинаты тратят огромные средства
на установку очистительных фильтров, не позволяющих всем вредным отходам производства попадать в окружающую среду. Однако без добычи руд чёрных металлов не было бы прогресса в развитии цивилизации.
Благородные металлы — золото, серебро, платина ценились всегда благодаря изысканному виду, мягкости и уникальным свойствам (золото, например, очень стойкое; серебро обладает дезинфицирующим свойством).
ЦВЕТНЫЕ РУДЫ
К рудам цветных металлов относятся известные с древности медь, олово, свинец, ртуть, цинк. Они были востребованы на всем протяжении человеческой истории. Но в последние десятилетия, когда структура экономики стала более прогрессивной, без них просто не обойтись. Цветные металлы — это электротехническая, авиационная, космическая промышленность, производство полупроводников, катализаторов, автомобильных фильтров и др. Радиоактивность — свойство металлов, о котором стало известно только в XX веке. Оно связано со способностью некоторых элементов — урана, тория, радия, циркония — излучать энергию особого типа. Это свойство используется в атомной энергетике. Однако выяснилось также, что отходы такого производства обладают смертоносными свойствами. Пока проблема ядерных отходов остаётся нерешённой. Добыча руды с древности и до недавнего времени не обходилась без отходов — отвалов пустой породы. Современные методы дают возможность извлекать руду и из этих отвалов. Как правило, получают не очень большое количество, но в современном мире, когда недра Земли постепенно истощаются, вторичное использование месторождений приобретает всё большее значение.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Известняк — широко распространённая податливая порода, лёгкая в обработке, но достаточно прочная, несмотря на свою способность к растворению. Известняки и их метаморфические аналоги — мраморы, доломиты — широко распространены по всему миру. В Средние века в Европе именно из известняков строились многочисленные города, окружённые крепостными стенами, в том числе и знаменитые памятники архитектуры — соборы Парижа, Милана, замки Луары, храмы в Древней Руси... Мрамор, благородный и прочный материал, часто использовался в облицовке зданий. Чтобы оценить
богатую палитру цветов мрамора и яшмы — другого ценного материала, достаточно обратить внимание на богатый декор многих станций Московского
метрополитена, по праву считающегося одним из самых красивых в мире. В Италии, в местечке Каррара, добывался мрамор, из которого ваяли свои творения знаменитые зодчие эпохи Возрождения — Леонардо да Винчи, Микеланджело Буонарроти.
АГРОХИМИЧЕСКОЕ СЫРЬЁ
Фосфор, калий и азот. Для поддержания плодородия почв и получения высоких урожаев требуются удобрения. Издавна в сельском хозяйстве для этих целей применялись зола, помёт, навоз. Современное агропромышленное произодство всё шире использует «камни плодородия» — сырьё из агрохимических руд. Все вещества, повышающие плодородие почв, содержат наиболее ценные компоненты — фосфор, калий и азот. Осадочные горные по-
роды фосфориты добываются во многих странах. Крупные запасы этого ценного компонента содержатся в апатитонефелиновых рудах на Кольском полуострове. В странах Средиземноморья фосфориты связаны с осадочными породами, образовавшимися на дне древнего моря Тетис. Калийные соли помогают растениям лучше переносить засуху и мороз, способствуют росту. Эти полезные ископаемые добывают в основном из соленосных отложений, образовавшихся на месте древних морей. Они есть на территории современных Германии, Польши, России, но первое место в мире по добыче калийных солей анимает Канада (1/3 всей мировой добычи). Минеральное сырьё, содержащее азот, — это в основном селитра и торф. Самые крупные месторождения селитры находятся на тихоокеанском побережье Южной Америки, в пустыне Атакама в Чили и в пустыне Сечура в Перу.
|
|
|
