На протяжении многих веков главным строительным материалом являлась горная порода. Виды горных пород люди выбирали в зависимости от их особенностей, физических свойств, прочности, плотности, изнашиваемости и т. д. Поскольку вручную обрабатывать камень не так-то просто, в древние времена из него возводили только самые важные объекты, например, дворцы, оборонительные сооружения, культурные памятники. Именно из таких природных материалов построены легендарные египетские пирамиды, Великая Китайская стена, пирамида ацтеков, Тадж-Махал и другие знаменитые постройки, являющиеся чудесами света.
Характеристика
Различные камни являются не случайным скоплением минералов, а их закономерной ассоциацией. Определение горных пород можно сформулировать следующим образом: это агрегаты минералов природного происхождения с постоянным строением и составом. Впервые этот термин был использован русским химиком и минералогом В. М. Севергиным в 1798 году. В зависимости от прочности, декоративности, плотности, пористости, морозостойкости и других характеристик, минералы находят разное применение. В основном в строительных работах используются горные породы.
Классификация горных пород
В зависимости от способа их образования, все минералы можно разделить на три большие группы. Ученые выделяют осадочные, магматические и метаморфические породы, к отдельному классу относят мантийный тип. Это закономерные ассоциации различных веществ и минералов, из которых состоит значимая часть земной коры.
На протяжении многих веков вулканические выбросы слеживаются и накапливаются, магма остывает и затвердевает. Таким образом образуются магматические горные породы, залегающие в верхней мантии и в земной коре на различных глубинах.
Обломки различного происхождения образуют осадочный тип. Специалисты, благодаря анализам, определяют тип среды, в которой откладывались материалы, особенности их происхождения, вид агентов, переносивших их и т. д.
Метаморфические породы появляются при изменении магматических и осадочных видов в толще земной коры. Такие камни имеют свой уникальный химический состав, но в основе лежит материнский минерал, из которого они были образованы. Все метаморфические процессы в основном происходят в недрах земной коры.
Есть и мантийные породы, которые изначально были магматического происхождения, но потом претерпели существенные изменения в мантии.
Магматические горные породы
Исследователи выделяют два основных типа магматизма: эффузивный и интрузивный. Они различаются по месту застывания магмы, а также характеру ее движения. Кроме этих двух, существуют еще жильные и гипабиссальные магматические породы, которые относятся к промежуточным типам. Они дают дайки и жилы, образовываясь в трещинах других камней при застывании магмы.
Интрузивные, или плутонические породы проходят длительный процесс образования, который может длиться больше тысячелетия. Они могут содержать кристаллы огромных размеров, поскольку магма очень медленно остывает на большой глубине. Хотя плутонические породы изначально находятся в самых недрах земной коры, при ее выветривании и поднятии они очень часто перевоплощаются в горные массивы. Ярким примером служит гора Шпицкоппе в Намибии. Главными минералами этого типа являются гранит, лабрадорит, сиенит, габбро.
Магматические породы эффузивного (вулканического) типа образуются при извержении вулкана, то есть когда магма выходит на земную поверхность. Они не создают крупных кристаллов по причине ускоренного остывания. Ярким примером породы такого типа служат риолиты и базальты. Из них в древности часто делали различные скульптуры, памятники.
Осадочные минералы
Обломочные, хемогенные и органогенные – это основные осадочные типы горных пород. Они различаются в зависимости от способа происхождения и формируются на земной поверхности. Обломочный тип образуется благодаря цементированию и слеживанию отдельных обломков различных горных пород. Ярким примером таких минералов могут послужить песчаники и конгломераты. В Барселоне есть массив Монсеррат, вот он как раз и является конгломератом, поскольку состоит из скрепленных известняковым цементом булыжников.
Хемогенные типы горных пород формируются из минеральных частиц, выпавших осадком в воде. Именно на основании минерального состава происходит классификация камней. Самым распространенным представителем хемогенов является известняк. Например, в Австралии есть пустыня Пинакли, образованная как раз из этой породы. Органогенный тип во многом похож на уголь, потому как он тоже формируется благодаря слеживанию останков животных и растений. Все осадочные породы характеризуются трещиноватостью, пористостью и растворимостью в воде.
Метаморфические минералы
Классы горных пород очень часто довольно условны. К метаморфическому типу могут принадлежать минералы как осадочного, так и магматического происхождения. Они имеют различную степень интенсивности процессов трансформации. Если она низкая, то метаморфизм позволяет определить материнскую породу, а вот при высокой степени сделать подобное просто невозможно. Такие минералы изменяют свой состав и текстуру. По этой причине метаморфические породы разделяют на сланцеватые и несланцеватые, а в зависимости от условий образования выделяют три большие группы: регионального, гидротермального и контактового метаморфизма.
Иногда так случается, что громадные валуны камней подвергаются воздействию извне, например, низких или высоких температур, давления. Ярким примером могут послужить гнейсы. Вот такие минералы можно считать региональными. Гидротермальный метаморфизм происходит с участием термальных источников. Минералы контактируют с богатой ионами горячей жидкостью, пробирающейся по трещинам гор, при этом происходит химическая реакция, которая изменяет состав горных пород. В качестве примера можно привести кварцит, часто формирующийся по известнякам. Существует и контактовый метаморфизм. В этом случае на горные породы воздействуют химически и повышением температуры интрузивные магматические массы.
Свойства горных пород
Различают несколько свойств минералов, и все они важны в той или иной степени. Если они используются в качестве облицовочного материала, то в первую очередь внимание обращается на их эстетическую привлекательность. В некоторых случаях декоративность камня очень важна, подбирается его рисунок, цвет. От показателя плотности зависит то, сколько весит горная порода. Виды горных пород бывают легкими и тяжелыми. У первых показатель плотности - до 2200 кг/м3, а у вторых – более 2200 кг/м3. Если камень выбирается для строительства сооружения, то тут нужно учитывать его вес, чем он плотнее, тем тяжелее получится конструкция. Этот параметр зависит от состава породы, пористости.
Одним из самых важных свойств камня (особенно если говорить о строительстве) является прочность. От неё зависит износостойкость материала. Чем прочнее минерал, тем дольше он сохранит свой первоначальный вид. В связи с этим, все камни делят на три группы: низкой, средней прочности и прочные. Тут все зависит от состава породы, а именно от твердости минералов. К прочным камням можно отнести габбро, гранит, кварцит, к средним – известняк, мрамор, травертин, низкой прочностью обладают туфы, рыхлые известняки.
Разные виды горных пород обладают различной степенью пористости. От этой характеристики зависит кислото- и солестойкость, водопоглощаемость камня. На пористость особое внимание стоит обращать в том случае, если определенная порода выбрана в качестве облицовки. Этот показатель определяет долговечность материала, его полируемость, прочность, декоративность, теплопроводность, обрабатываемость и т. д. Чем выше пористость, тем меньше вес камня, он лучше обрабатывается, но в то же время снижается его объем, крепость, ухудшается полируемость.
Показатель водопоглощения породы тоже очень важен. От него зависит морозо-, кислото- и солестойкость материала. Вода, попавшая в поры, при замерзании увеличивается в объеме, создает давление, из-за чего в итоге образуются трещины. То же самое происходит и с соляными растворами, которые способствуют росту кристаллов, создающих дополнительное давление. Если пористость минерала низкая, то в нем появляются трещины, в некоторых случаях он может даже расколоться. В пористых камнях давление равномерно распределяется, и никакие трещины не появляются.
На процесс изменения горных пород во многом влияет их кислотостойкость. Кислоты могут преобразовывать и даже разрушать некоторые минералы. Поэтому при выборе камня для возведения сооружений нужно учитывать и этот факт. Например, соляная кислота представляет серьезную угрозу для мрамора, доломита, травертина. А вот известняк и гранит характеризуются отличной кислотостойкостью, поэтому до сегодняшних дней сохранилось так много культовых конструкций из этих материалов.
Процессы преобразования
Огромные валуны, величественные горные массивы производят впечатление могучих великанов, над которыми не властно время и различные факторы извне. Кажется, они сохраняют первоначальный вид на протяжении веков и тысячелетий, но это вовсе не так. Со временем претерпевают существенные изменения любые горные породы. Классификация горных пород позволяет определить, как долго минералы сохраняют свой первоначальный облик, что именно оказывает на них наибольшее воздействие.
Состав камня изменяется в течение длительного периода. Преобразование горных пород может носить природный или антропогенный характер. На состояние камней оказывают влияние такие факторы, как талые или подземные воды, дожди, ветер, солнце, высокие и низкие температуры. Разрушение горных пород природным способом происходит очень медленно, но его невозможно остановить. Дождь и ветер вымывают и выветривают как верхние слои, так и подземные ландшафты. Постепенно они изменяют не только форму, но и состав минералов.
Антропогенные процессы связаны с деятельностью человека. Разрушение горных пород может проводиться при помощи техники. Например, неоднократно строительные бригады расчищали территории для возведения сооружений, при этом убирая часть горных массивов. Конечно, такая деятельность разрушает природный ландшафт, оказывает на него негативное влияние. Поврежденные горные породы дают трещины, из-за этого происходят обрушения, обвалы. Человек намного быстрее может изменить облик залежей минералов, нежели природные факторы.
Таким образом, абсолютно все гористые местности со временем меняют свой внешний вид. Скорость их трансформации во многом зависит от внешних условий, состава породы, силы, степени и длительности воздействия. На процесс преобразования также влияет климат местности, в которой располагаются камни.
Круговорот пород
Геологические процессы образования магматических, осадочных и метаморфических минералов завязаны в определенный цикл. Начинается все с того, что магма выливается, постепенно остывает и застывает, при этом формируется магматическая горная порода. Виды горных пород изменяются, как только оказываются на земной поверхности. Ветер, вода, перепады температур образуют осадочный тип минералов. Камни дробятся, выветриваются, переносятся с места на место, останавливаясь в осадочных бассейнах. Именно там фрагменты пород завершают свой путь, слеживаются и превращаются в осадочный тип минералов. Со временем горные массивы погружаются на большую глубину, подвергаясь воздействиям тектонических процессов. Все это приводит к образованию метаморфических пород. При высокой температуре и сильном давлении минералы плавятся, превращаясь в магму. Со временем она застывает, формируя магматическую породу, и процесс формирования камней начинается сначала.
Петрология и петрография
Как на микро-, так и на макроуровне проводятся исследования минералов. В первом случае изучаются лишь небольшие частицы определенных пород, их прозрачные и полупрозрачные спилы. Это позволяет установить характеристики и свойства минералов. Во втором случае ученые рассматривают все горные породы в совокупности, потому как они образуют определенный элемент земной коры. Исследователям удается определить историю, особенности и приблизительную дату их формирования.
Происхождение горных пород изучают две дисциплины: петрология и петрография. Первая наука исследует химический и минералогический состав камней, условия их залегания, текстуру и структуру. Петрология определяет также геологические формации, составляющие основную часть земной коры. Петрография же занимается классификацией и описанием различных пород, это больше описательная наука. Она изучает отдельные образцы камней, их структуру и состав. Петрографы работают с прозрачными и полупрозрачными срезами, при помощи микроскопа исследуют свойства их компонентов. Также ученые могут работать с образцами горных пород внушительных размеров.
Выделяют несколько уровней исследования минералов. Сначала ученые занимаются составлением геологических карт, затем проводятся полевые, петрографические и геохимические изыскания. Все они дополняют друг друга и позволяют составить полную картину. Полевые исследования позволяют определить структурные особенности, положение минералов, установить приблизительные временные рамки их возникновения. Петрографические труды определяют, какие существуют горные породы по происхождению, каково процентное соотношение в них минералов .
Более сложной наукой является петрология. Необходимость в специальных и более глубоких исследованиях возникла в результате накопления огромного багажа знаний. К горным породам относятся разные виды минералов, которые соответствуют осадочному, магматическому и метаморфическому типу. И каждый из них является предметом изучения определенной ветви упомянутой дисциплины. Так, науку об осадочных минералах интересует текстура и состав солей, известняков, песчаников, конгломератов и прочих камней осадочного происхождения. Магматическая петрология рассматривает минералы, выкристаллизовавшиеся из расплавленной магмы. Метаморфическая наука изучает мрамор, сланцы, гнейсы и другие породы, образованные в ходе трансформации.
Кроме всего прочего, ученые также занимаются геохимическими исследованиями. Они дают общее представление о химическом составе породы, ее возрасте, месте происхождения, минеральных фазах, температуре и давлении, при которых она формировалась.
Самые распространенные горные породы
На нашей планете имеется огромное количество залежей самых разных минералов. Большинству из них люди нашли практическое применение. Некоторые породы более востребованы, некоторые менее. Поговорим о камнях, чаще всего используемых человеком.
Граниты
Пожалуй, это самый распространенный камень, состоящий из кварца, полевых шпатов, слюды. Гранит имеет зернисто-кристаллическую структуру, делится на три категории: мелко-, средне- и крупнозернистый. Камень имеет самые разные оттенки, самыми редкими считаются голубовато-зеленый, светло-серый и бордовый. Гранит отлично поддается полировке, некоторые его разновидности подвергают термической обработке. Делается это для создания дополнительных декоративных эффектов. Эксплуатационные свойства и механические показатели гранита оцениваются очень высоко, поэтому камень используется для облицовки фасадов сооружений, набережных, при строительстве цокольных конструкций. Камень используется и для создания скульптур.
Песчаники
Еще одна популярная горная порода. Виды горных пород зависят от способа образования. Песчаники относятся к осадочному типу, поскольку состоят из сцементированного песка. В природе встречаются камни самых разных цветов: зеленые, желтые, серые, красные, бурые. Для декоративных целей чаще всего используются мелкозернистые коричневые, красные и зеленые песчаники. В основном они идут на облицовку зданий.
Мрамор
Принадлежит к зернисто-кристаллической породе, появился в результате воздействия на доломит и известняк высокой температуры и давления. Мрамор обладает высокими декоративными свойствами, он хорошо поддается обработке. Так, шлифовка минимизирует четкость и яркость, полировка, наоборот, усиливает рисунок, скалывание осветляет фон. Камень бывает цветной, серый и белый.
Сланец
Камень образовался из-за сильного уплотнения глины, перекристаллизовавшейся под односторонним сильным давлением. Сланцы способны раскалываться на очень тонкие пластины, по цвету встречаются красно- и серо-коричневые, темно-серые, черные экземпляры. Этот декоративный и долговечный материал, не требующий никакой обработки, используется для внутренней и наружной облицовки.
Полудрагоценные камни
Такие горные породы, как малахит, оникс, лазурит, опал и яшма, ценятся больше других, потому что они реже встречаются в природе. Эти камни идут на изготовление украшений, декоративных фигур, небольших элементов интерьера.
