3.5. Магматические образования

Несмотря на то, что извержения кратковременны, вулканическая активность оставляет долговечное наследие, так как магма, лава и вулканический пепел отвердевают и создают горные породы. Вулканические горы и отложения пепла хорошо видны на поверхности, однако значительная часть магмы остается под землей и отвердевает там.

Каменная вулканическая масса оказавшаяся на поверхности земли и ниже оставшаяся в кратере называются магматическими образованиями. Застывшая масса в кратере называется интрузивами. Они лежат в основе всех крупных континентов Земли, а во многих местах они вышли на поверхность в результате выветривания более мягких пород камня. К интрузивным магматическим горным породам относятся гранит и габбро. Они кристаллические и очень крепкие.

Рис.5.Ближе к поверхности магма проникает в трещины земной коры и создает магматические горные породы.

Магматические горные породы являются отвердевшей магмой, горячей расплавленной породой из глубины Земли. Магма может быть довольно густой и вязкой, однако, она, безусловно, жидкость и течет как всякая жидкость. Процесс превращения магмы в твердую породу абсолютно такой же, как превращение воды в лед , когда температура падает до 0ºС. Различие состоит в том, что магма отвердевает при более высоких температурах, чем вода,– где-то между 650º C и 1100° С. В магме также содержится сложная смесь веществ, каждое из которых имеет собственную температуру затвердевания, поэтому этот процесс происходит медленнее.

Такие элементы как кремний, железо, натрий, калий,‌ магний и т.п., встречаются в магме в чистом виде или в простых соединениях. Тем не менее, при охлаждении магмы эти элементы и соединения объединяются, образуя различные минералы. Чаще всего образуется кварц, слюда и др. Магма также содержит газы – водяной пар, сернистый и углекислый газы, но они выделяются во время остывания.

В процессе отвердевания магмы скорость движения молекул, которые активно передвигались, пока она была жидкая, снижается до уровня достаточного, Чтобы сформировать группы. Эти группы постепенно растут и образуют в расплаве кристаллы. Особенно быстро они растут у поверхностей, где охлаждение происходит быстрее.

3.6. Образование крупнозернистых и мелкозернистых пород

В интрузивах под землей остывание может длиться тысячи и миллионы лет, и кристаллы вырастают – большими. Магма, которая вытекает на поверхность земли, содержит мелкие кристаллы. Их можно увидеть только под микроскопом. Магма вытекшая на поверхность земли затвердевает за недели или даже за дни, и кристаллы просто не успевают вырастать. Породы с такими кристаллами называют мелкозернистыми.

Когда лава выталкивается небольшими порциями, она может застывать за часы настолько быстро, что кристаллы вообще не в состоянии сформироваться. В результате получается стекловатая масса, в которой совсем нет кристаллов, например обсидиан.

Разные минералы плавятся и кристаллизуются при разных температурах. Одни при нагревании вытекают быстрее – другие начинают плавиться при более высокой температуре. Это способствует разделению материалов.

3.7. Как образуются осадочные горные породы

Более 90% земной коры составляют магматические горные породы, однако на суше 75% коры покрыто слоем осадочных горных пород, сформировавшихся из отложений в таких местах, как например дно моря за миллионы лет погрузившихся и превратившихся в камень.

Осадочные породы создаются из различных более мягких материалов. Они перемещаются ветром, оседают на дне океана, в морях, реках, озерах, перемещаются ледниками. С накоплением осадков их слои погружаются все ниже, высыхают и твердеют, поскольку вытесняется вода. За миллионы лет давление верхних слоев и глубинное тепло Земли превращают осадки в твердую породу. Для превращения в камень осадки должны сцементироваться вяжущими веществами – цементами, составленными из материалов, растворенных в воде, из которой осели обломки. Самыми распространенными цементами являются кремнеземистые минералы– кальцит и соединения железа, придающее породам рыжеватый цвет.

3.8. Почему осадочные породы в основном слоистые (стратифицированные)

Поскольку осадки откладываются не равномерно (на это действуют различные атмосферные факторы), а периодами, то осадочный материал может быть не одинаковым. Например, промежуток сильных бурь или наводнений могут способствовать отложению больших слоев определенных осадочных пород. Этот участок в породе может образовать толстый слой. Другие слои могут быть равноудаленными друг от друга в силу циклических природных явлений. Изгибы слоев зависят от деформации каменных пород в результате сдвига тектонических плит или неровной поверхности, на которую осаждался первичный материал.

Самые тонкие слои выглядят линиями, их называют «пропластками». Такой слой может быть сложен осадками всего лишь за один сезон. Для осадочных горных пород также характерны «отдельности» – трещины, возникшие тогда, когда порода сохла и уменьшалась в объеме. Но пустоты рано или поздно заполняются минералами, которые после затвердевания называются включениями в основной породе.

3.9. Как образуются окаменелости

Осадочные горные породы обычно имеют еще одну отличительную особенность: они содержат окаменелости – окаменевшие остатки животных организмов. В основном это костный материал, который в большей степени состоит из минералов. По окаменелостям можно определить, например, что мел образовался в мелких тропических морях, потому что в нем содержатся окаменелости морских существ, которые жили только в таких условиях. Кроме того, растительные и животные организмы обитали в разные периоды, поэтому геологи имеют возможность вычислить возраст осадочных пород.

3.10. Типы осадочных горных пород

Некоторые осадочные горные породы, например известняк, полностью сложены остатками живых организмов и продуктами их жизнедеятельности. Большинство осадочных пород, однако, являются «обломочными», т.е. сложенные из фрагментов или обломков горных пород, образовавшихся в результате атмосферных воздействий.

3.11. Породы из обломков

Когда горные породы, как, например, гранит разрушаются – кристаллы кварца в силу своей прочности сохраняются в виде песчинок. Но различные минералы разрушаются по-разному, и обломки оказываются всевозможной величины и формы. Разрушенный материал возникает в одном месте. Но постепенно они отделяются друг от друга, разносятся ветром и водой на значительные расстояния, оказываются в реках, морях, океанах. Как правило, мелкие фракции уносятся дальше, являясь составной частью мутной воды или песчаных бурь; крупные, – остаются ближе.

За миллионы лет обломки одних пород перемешиваются с другими, цементируются и образуют новые породы камня. Около источника разрушения основной породы камня образуются обломки разной величины. Обломки цементируются другими заполняющими материалами. Так создается новая осадочная порода из обломков.

Рис.6. Слои гор в Долине монументов в штате Юта, США

В результате обломочные осадочные горные породы можно разделить на три группы:

• грубообломочные – «рудиты», например, конгломераты,
• обломки средней величины – «арениты», например, песчаники,
• мелкообломочные – «лютиты», например, глинистый сланец, глины.

Когда река приносит свои воды в море или озеро, самые тяжелые частицы кварца первыми осаждаются у берегов, создавая песчаники. Более мелкие частицы уносятся дальше и формируют глинистые сланцы. Растворенный кальцит оказывается еще дальше от берега и осаждается последним, образуя известковые породы.

Рис.7. Сохранившийся в меле аммонит

Живые существа забирают из воды частицы кальцита для строительства своих раковин и костей. Они помогают разносить этот материал по всему водоему. Когда они отмирают, кальцит выпадает на морское дно вместе с их остатками.

Рис.8. Скала из белого мела в Нормандии (Франция). Она сложена в основном из кальцита – остатков простейших организмов, которые обитали в древних мирах.