магматические, осадочные и метаморфические породы

Все горные породы на Земле относятся к одному из трех семейств в зависимости от способа их образования: (1) Магматические породы — образуются, когда расплавленная порода (магма под землей, лава на поверхности) остывает и затвердевает. Интрузивные магматические породы (например, гранит) медленно остывают глубоко под землей, образуя крупные кристаллы. Эффузивные магматические породы (например, базальт) быстро остывают на поверхности, образуя мелкозернистые или стекловидные текстуры. (2) Осадочные породы — образуются из уплотненных и цементированных осадков (песка, грязи, ракушек, растительного материала), отложенных слоями на протяжении миллионов лет. (3) Метаморфические породы — существующие породы, трансформированные интенсивным теплом, давлением или химически активными флюидами глубоко в земной коре, без плавления.

Цикл горных пород описывает непрерывную трансформацию горных пород из одного типа в другой в геологическом времени: Магма остывает, образуя магматическую породу → Магматическая порода выветривается и эродирует в осадок → Осадок уплотняется в осадочную породу → Осадочная порода погребается, нагревается/подвергается давлению и превращается в метаморфическую породу → Метаморфическая порода погребается глубже, снова плавится в магму, и цикл возобновляется. Любая порода может превратиться в любой другой тип при наличии достаточного времени и правильных условий. Цикл приводится в движение тектоникой плит (которая погребает и плавит породы) и эрозией (которая разрушает их на поверхности).

Разница полностью заключается в том, где и с какой скоростью остывала магма: Интрузивные (плутонические) магматические породы образуются, когда магма медленно остывает глубоко под землей (на глубине 1–50 км, в течение тысяч и миллионов лет), позволяя вырасти крупным, видимым кристаллам — классическим примером является гранит с его легко различимыми зернами кварца, полевого шпата и слюды. Эффузивные (вулканические) магматические породы образуются, когда лава извергается на поверхность и быстро остывает на воздухе или в воде — быстрое остывание предотвращает образование крупных кристаллов, приводя к образованию мелкозернистых пород (базальт) или даже стекла (обсидиан). Химический состав одинаков, текстура совершенно разная.

Сланцеватые метаморфические породы имеют слоистую или полосчатую текстуру, вызванную перекристаллизацией минералов под направленным давлением — пластинчатые минералы выравниваются перпендикулярно направлению давления. Примеры: сланец (низкая степень метаморфизма, тонкие слои), сланец (средняя степень метаморфизма, видимые чешуйки слюды) и гнейс (высокая степень метаморфизма, отчетливая полосатость темно-светлых оттенков). Массивные метаморфические породы не имеют такой направленной текстуры, потому что они образовались из пород с малым количеством пластинчатых минералов или потому, что давление было одинаковым во всех направлениях. Примеры: мрамор (перекристаллизованный известняк в кальцит) и кварцит (перекристаллизованный песчаник в сросшиеся зерна кварца). Различие имеет значение для понимания того, на какой глубине земной коры образовалась порода.

Гнейс Акаста в Северо-Западных территориях Канады датируется 4,03 миллиарда лет — одно из старейших подтвержденных выходов горных пород на поверхности Земли. Кварцито-гранулитовая полоса Нувуагиттук в Квебеке имеет возраст 3,77–4,28 миллиарда лет (причем некоторые исследователи настаивают на более высокой дате). Сама Земля имеет возраст 4,543 миллиарда лет, поэтому эти породы образовались в первые 300–500 миллионов лет существования Земли. Отдельные кристаллы циркона (мельчайшие минеральные зерна внутри горных пород) имеют еще более древний возраст: цирконы из холмов Джека в Австралии имеют возраст 4,404 миллиарда лет — самый древний известный материал Земли, сохраняющий химические свидетельства самых ранних корок Земли.

Уголь — это органическая осадочная порода, представляющая собой спрессованный и химически трансформированный древний растительный материал, в основном из Каменноугольного периода (358–299 миллионов лет назад). Процесс: древние леса (гигантские папоротники, плауны и хвощи) погибали и накапливались в анаэробных тропических болотах, где ограниченный кислород препятствовал полному бактериальному разложению. На протяжении миллионов лет погребение и давление превращали растительный материал через стадии: торф (частично разложившийся растительный материал, ~55% углерода) → бурый уголь (~60–70% углерода) → каменный уголь (~80% углерода) → антрацит (~95% углерода, самый твердый уголь). Весь уголь содержит углерод древних живых организмов — его сжигание высвобождает углерод, который был удален из атмосферы в Каменноугольном периоде.

Метаморфические породы являются одними из наиболее коммерчески ценных: Мрамор — строительный материал, скульптуры, напольные покрытия и столешницы (Тадж-Махал, «Давид» Микеланджело, Парфенон); Сланец — кровельная черепица, напольные покрытия, доски для записей, основания бильярдных столов; Кварцит — строительный щебень, основание для дорог, источник кремнезема для производства кремния; Сланец — ограниченное прямое использование, но часто содержит ценные минералы (золотые месторождения часто встречаются в сланцевых формациях — золотоносные поля Витватерсранда в Южной Африке связаны со сланцами); Гнейс — строительный камень, щебень. Метаморфические регионы часто содержат экономически важные месторождения полезных ископаемых, потому что интенсивное тепло и поток флюидов, которые создают метаморфические породы, также концентрируют ценные минералы.