Что такое гнейс? Метаморфические горные породы. Происхождение, состав, свойства и применение гнейсов

Гнейс — грубозернистая порода метаморфического происхождения с характерной структурой в виде чередующихся слоев различных минералов. В результате такого расположения он имеет полосатый вид. Термин "гнейс" не ассоциируется с определенным минеральным составом, поскольку последний сильно варьируется и зависит от протолита (предшественника). Эта горная порода имеет множество разновидностей.

Что такое гнейс

Как уже было отмечено выше, наименование "гнейс" является показателем текстуры, а не компонентного состава. Под это определение попадают множество метаморфических пород с полосчатой структурой, отражающей разделение светлых и темных минералов. Такой тип расположения свидетельствует о жесткости условий формирования всех гнейсов.

Разделение минералов происходит при достаточно сильной миграции ионов, которая возможна только при очень высокой температуре (600-700 °С). Вторым необходимым условием является сильное давление, которое приводит к появлению полосок. Притом последние могут быть как прямыми, так и искривленными и иметь разную толщину.

Характерной чертой гнейсовой текстуры является также то, что ее полосы представляют собой не сплошные листы или пластины, а слои с зернистой структурой. В большинстве случаев минеральные гранулы видны невооруженным глазом.

Визуально гнейсы могут выглядеть по-разному. Каждая разновидность породы данного типа имеет уникальный рисунок. Черные и светлые минеральные слои могут быть прямыми, волнистыми либо иметь неправильную форму. В последнем случае их расположение выглядит хаотичным. В некоторых камнях полосы настолько толстые, что гнейсовая структура видна только на куске породы достаточно крупного размера.

Общие сведения

Гнейс — очень распространенный тип горной породы, наиболее характерный для нижних зон континентальной коры. Однако в некоторых местах он часто находится на поверхности. Такое встречается в тех частях земного шара, где кристаллические породы не покрыты слоем осадочных (Скандинавия, Канада и т. д.).

Ответ на вопрос, что такое гнейс, не всегда был однозначным. Впервые этот термин употреблен Агриколой в 1556 году для обозначения горной породы, имеющей железосодержащие жилы. Основы современного употребления этого названия предположительно заложил в 1786 году Вегнер. Он определял гнейс как породу полевого шпата с кварцевой слюдой и крупно-сланцеватой структурой.

Особенности метаморфических горных пород

Метаморфическими называют горные породы, которые образуются в результате преобразования предшественников магматического или осадочного происхождения. Изменения преимущественно связаны с тектоническими процессами, которые приводят к тому, что определенные участки земной коры попадают в условия повышенных температуры и давления. Это запускает ряд физико-химических процессов, которые приводят:

• к перекристаллизации — изменении ориентации, расположения и структуры минералов;
• обезвоживанию;
• миграции растворов;
• превращению одних химических соединений в другие;
• внедрению новых компонентов состава.

В результате исходная порода (осадочная, магматическая или же метаморфическая) приобретает совершенно другие свойства. При этом степень изменения зависит от силы и длительности воздействия факторов, вызывающих преобразование.

Типичными примерами метаморфических горных пород являются кварцит, мрамор и глинистый сланец, сформированные из песчаника, известняка и глины соответственно. Магматические и осадочные протолиты при преобразовании ведут себя по-разному. Часто метаморфизм осуществляется в несколько стадий.

Гнейс — пример метаморфической горной породы высокого качества. Это означает, что он формировался в очень жестких физических условиях.

Структура и состав гнейса

Как уже было отмечено выше, компонентный состав гнейса довольно вариабелен. Однако во всех породах этой группы можно выделить ряд наиболее встречающихся минералов. Основу большинства гнейсов составляют:

• полевой шпат (ортоклаз, плагиоклаз);
• кварц;
• слюды (бисковит, биотит и т. д.).

В небольшом количестве может присутствовать роговая обманка (авгит), а также различные примеси.

В минеральный спектр могут также входить:

• графит;
• ставролит;
• кианит;
• гранат;
• силлиманит;
• амфиболы;
• порфиробласты;
• эпидот.

Обобщенно можно сказать, что структура гнейса формируется светлыми и темными силикатами, которые образуют нерегулярные подпараллельные полосы толщиной от 1 до 10 мм. Однако иногда они могут быть гораздо толще. Это говорит о том, что такой гнейс претерпевал частичное плавление или введение нового материала. Такие изменения происходят при переходе к другому типу породы — мигматиту.

Несмотря на хорошо развитую слоистость, ключевым свойством гнейса является целостность. Это достаточно прочная порода. Под воздействием нагрузок она не раскалывается вдоль плоскостей слоения, как, например, сланец. Это объясняется тем, что правильную ориентацию в гнейсе получают менее 50 % минеральных зерен. В результате формируется достаточно грубая слоистая структура. Характер расщепления — один из ключевых параметров, по которому можно определить, какая порода — гнейс, а какая — филлит или сланец.

Светлые полосы обычно образованы полевым шпатом и кварцем, а темные — мафическими минералами (роговая обманка, пироксен, биотит и т.д).

Формирование породы

Гнейс образуется в результате перекристаллизации минеральных зерен при сильном нагревании и давлении. Этот процесс происходит на границе столкновения плит и называется региональным метаморфизмом. В ходе таких изменений минеральные зерна увеличиваются в размерах и разделяются на полосы, что делает породу более устойчивой.

Гнейс может формироваться из разных предшественников, включая:

• глинистые и песчаные отложения;
• магматические породы;
• силико-карбонатные и карбонатные отложения.

Наиболее типичный протолит гнейса — сланец. Под воздействием температуры и давления он превращается в филлит, затем в метаморфический сланец и наконец в гнейс. Этот процесс сопровождается превращением глинистых компонентов исходной породы в слюды, которые в результате перекристаллизации преобразуются в гранулированные минералы. Появление последних считается рубежом перехода в гнейс.

К довольно распространенным протолитам относят также диарит. В качестве предшественника может служить и гранит, который в результате воздействия высокой температуры и давления приобретает полосатую структуру. Такой гнейс называют гранитным. При его формировании минералогических преобразований практически не происходит. Изменения носят преимущественно структурный характер.

Гранитный гнейс также формируется в результате метаморфизма некоторых осадочных пород. Конечный продукт их преобразования имеет полосатую структуру и минералогический состав, подобный граниту.

Классификация

Классификация породы основана на четырех характеристиках гнейса:

• типе протолита;
• названии протолита;
• минеральном составе;
• структуре и текстуре.

Для обозначения разновидности породы обычно используют двойной термин. Например, наличие в названии слова "гранитный" указывает на то, что такой гнейс образовался из гранита, а "диоритный" — из диорита. В данном случае уточняющий термин соответствует конкретному протолиту.

Классификация по типу породы-предшественника более широкая. Согласно ей все гнейсы подразделяют на два вида:

• ортогнейсы — сформировались из магматических пород;
• парагнейсы — произошли из осадочных пород.

По минеральному составу различают следующие виды гнейсов:

• пироксеновые;
• щелочные;
• амфиболовые;
• биотитовые;
• двуслюдяные;
• мусковидные;
• плагиогнейсы.

Если перед словом "гнейс" не стоит уточняющий термин, то компонентный состав условно считается классическим (полевой шпат, кварц, биотит).

Структурная классификация характеризует форму и расположение слоев. Темные и светлые полосы могут формировать различные текстуры, в связи с чем различают древовидные, листовые, ленточные гнейсы и др.

Физико-механические свойства

В пределах группы гнейсов степень рассланцованности разных пород варьируется в достаточно широких пределах, в связи с чем показатели физико-механических свойств сильно колеблются. Экспериментально были установлены следующие значения для основных характеристик:

• плотность — 2650-2870 к г/м³;
• водопоглощение — 0,2-2,3 %;
• пористость — 0,5-3,0 %.

В целом гнейс можно охарактеризовать как тяжелую, прочную и грубую на ощупь породу с высокой плотностью и отчетливо слоистой структурой, устойчивой к расщеплению. Твердость этого камня сравнима со сталью.

Практическое применение

Гнейс широко применяют в строительстве и ландшафтном дизайне. Большая часть этого камня используется для изготовления гравия и щебня, однако эта порода также подходит:

• для кладки фундаментов;
• для изготовления плитки;
• для облицовки тротуаров, набережных;
• в качестве бутового камня.

Плюсами гнейса как строительного материала являются его прочность и устойчивость к воздействию бытовых кислот. Эстетическая красота этого камня делает его подходящим для изготовления облицовочных плит. Гнейсом часто заменяют гранит, поскольку добыча последнего обходится гораздо дороже.