ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Минералогия – наука, изучающая морфологию, особенности структуры и состава, а также особенности, процессы образования (генезис) и изменения минералов, закономерности распространения в земной коре, способы их определения, классификацию, а также использование в практических целях. Это одна из самых древних геологических наук. Латинский термин «minera» обозначает «кусок руды». Изучением минералов занимаются несколько наук, они представляют интерес для физики, химии, биологии (биоминералогия), космоминералогия, минералогия метеоритов и грунтов других планет и др.
Тут можно дополнить и очень много разнообразного интересного материала Понятие «минерал» менялось с развитием науки. Так, по А.Г. Бетехтину (1961), минералы – составные части горных пород и руд, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам.
Согласно А.А. Годовикову (1983), минерал - физически и химически индивидуализированный (обособленный) продукт природной физико-химической реакции, имеющий кристаллическое строение [1].
Петрография занимается изучением минеральных агрегатов или пород, неизбежно связана с минералогией. Проведя эксперименты, были осмыслены особенности структуры и состава минералов при изменении температуры и давления при их образовании. Таким образом, была получена основа для моделирования процессов эволюции земной коры, строении и составе недр Земли. Многие минералы обладают большой эстетической привлекательностью. Такие минералы относятся к драгоценным камням и используются в ювелирных изделиях и как уникальный коллекционный материал.
Цeль нашего исследования ¬ изучить особенности конкретных пород и минералов.
Задачи исследования:
- изучить особенности состава лунных пород;
- рассмотреть характеристику, генезис, применение в промышленности пород контактового метаморфизма;
- проанализировать методы исследования минералов: атомно-абсорбционный анализ;
- изучить фосфаты: характеристика, диагностические свойства, происхождение, применение, месторождения.
Особенности состава лунных пород
Лунные породы — твёрдые горные породы плотностью 3,1-3,4 г/см³. По химическому, минералогическому составу и структуре не похожи на земные породы.
Лунные породы соответствуют земным трендам дифференциации— коматит-базальтовому (лунные дуниты и нориты) и ферро-габбро-анортозитовому (лунные железистые базальты и анортозиты) [2].
Лунные породы состоят из самородного железа, отсутствующего в земных породах, что вызвано восстановительной обстановкой при формировании лунных пород. Это ближает лунные породы с метеоритами, позволяя параллелизовать магматические образования Луны с разными типами ахондритов (ахондрит - каменный метеорит редкого типа, не содержащий хондр).
Луна состоит из коры, которая сложена изверженными кристаллическими горными породами - базальтами, верхней мантии, средней мантии, нижней мантии (астеносферы) и ядра. Такая структура, как полагают, сформировалась сразу после формирования Луны - 4.5 миллиарда лет назад. Толщина лунной коры составляет, как полагают, 50 км. Толщина верхней мантии около 250 км, а средней примерно 500 км, и ее граница с нижней мантией расположена на глубине около 1000 км. В толщине лунной мантии случаются луннотрясения, но в отличие от землетрясений, которые вызываются движением тектонических плит, лунотрясения вызваны приливными силами Земли. В глубине находится горячее ядро, отчасти расплавленное. Однако, в отличие от ядра Земли, оно почти не содержит железа, поэтому у Луны нет магнитного поля [3].
Поверхность Луны подразделяется на моря (17% поверхности) и материки (83%). Материки ¬ более светлые участки поверхности Луны, относительно древние участки, сложенные лейкократовыми породами – продуктами эксплозивной вулканической деятельности, реголитом, возраст пород составляет 4,6 млрд. лет. Они покрыты большим количеством метеоритных кратеров, образовавшихся при интенсивной бомбардировке 4,0-3,9 млрд. лет назад.
Более темные моря сложены более меланократовыми и более железистыми породами, представляют собой огромные покровы базальтовых лав (похожи не земные, содержат анортит, авгит, ортопироксен, оливин), излившихся 3,9-3,0 млрд. лет назад, т.е. они более молодые и метеоритных кратеров на них меньше. Не видно проявлений эксплозивного магматизма. Очень сильно проявлены процессы кристаллизационного фракционирования.
Депрессии лунной коры сопровождаются соответствующими подъемами мантийного вещества. В этих зонах наблюдаются положительные гравитационные аномалии – масконы. Это связано с близким расположением к поверхности ультраосновных пород.
Породы контактового метаморфизма: характеристика, генезис, применение в промышленности
Метаморфизм ¬ совокупность процессов, приводящих к изменению горных пород. Осадочные и магматические горные породы благодаря движениям земной коры могут подвергнуться воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворах [4].
Метаморфизм горных пород зависит от следующих факторов: температуры, давления, состава пород и состава газовых и водных растворов, если они учувствуют при метаморфизме.
Изохимический метаморфизм характеризуется тем, что при его прохождении горная порода изменяет только минеральный состав, не изменяя химического.
Метасоматический метаморфизм заключается в значительном, иногда абсолютном изменении химического состава горной породы. Такой процесс коротко называют метасоматозом.
Контактовый метаморфизм тесно связан с внедрением и застыванием магмы и её воздействием на горные породы, в которые она внедрилась. Проявляется он в пределах зон термического и химического воздействия интрузии на вмещающие горные породы.
Контактовый метаморфизм связан с воздействием внедряющихся магматических масс на вмещающие породы (температура, растворы). Горячие магматические тела вызывают прогрев, обжиг, закалку и частичное изменение минерального состава и структуры — перекристаллизацию вмещающих толщ [4, с. 352].
Эту разновидность контактового метаморфизма иногда называют термальным метаморфизмом, ибо главный фактор—температура. Термальный метаморфизм происходит одновременно с внедрением магматических тел и выражается в образовании закаленных в контакте с интрузией пород—контактовых роговиков, (по песчано-глинистым породам) и мраморизованных известняков (по карбонатным породам). Химический состав пород при этом существенно не изменяется. Реакции между магматической и вмещающей осадочной породой происходят особенно интенсивно, когда в контактовую зону попадают послемагматические растворы, нередко привносящие новые вещества. По своей природе эти растворы являются гидротермальными. Они используют зоны контакта разнородных пород как места наиболее ослабленные и, следовательно, удобные для проникновения.
Методы исследования минералов: атомно-абсорбционный анализ
Объектами минералогических (и петрографических) исследований являются минералы и минеральные ассоциации в горных породах и рудах.
Цель минералогических исследований состоит:
- в диагностике минералов и минеральных разновидностей;
- в определении химического состава минералов, включая и элементы-примеси;
- в установлении кристаллической структуры минералов;
- в изучении условий образования минералов;
- в изучении возможностей практического использования минералов и руд.
Выделяют следующие методы исследования: химический, эмиссионный спектральный анализ, пламенная фотометрия, атомно-абсорбционный анализ, рентгеноспектральный анализ, рентгеноспектральный микроанализ, радиометрические методы, радиоактивационный анализ, рентгеноструктурные методы, электронная микроскопия, термический метод, инфракрасная спектроскопия, люминесцентный анализ, терм барометрический анализ и масс-спектрометрия.
Рассмотрим более подробно атомно-абсорбционный анализ [4, с.116]. Он в основе близок методу пламенной фотометрии, но определения ведутся путем измерения поглощения излучения стандартного источника (для каждого элемента своя лампа с характеристическим спектром), возбужденного атомами исследуемого элемента.
Атомно-абсорбционный спектральный анализ как инструментальный метод определения химического состава веществ по атомным спектрам поглощения, на сегодняшний день, достиг весьма широкого распространения в аналитической практике. Этот метод позволяет определять около 70 элементов. В основном это металлы: Al, Ba, Be, V, Bi, W, Fe, Ca, Cd, Co, Si, Mg, Mn, Cu, Mo, Ni, Sn, Pb, Ti, Cr и Zn, но возможно применение метода и для определения некоторых неметаллов: As, B, I, P, Se, Si и Te.
Образец переводится в раствор, который в виде аэрозоля вводится в пламя горелки, стоящей на пути лучей стандартного источника. Поглощение излучения регистрируется фото умножителем, усиливается и измеряется или регистрируется. Величина поглощения излучения пропорциональна концентрации определяемого элемента.
Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) основывается на измерении поглощения резонансного излучения свободными атомами, находящихся в газовой фазе, за относительно короткое время. Возникнув более полу века назад ААС достиг весьма широкого распространения в аналитической практике анализа элементного состава вещества. ААС отличается высокой избирательностью, чувствительностью, экспрессностью [6].
Фосфаты. Характеристика, диагностические свойства, происхождение, применение, месторождения
Фосфаты — соли и эфиры фосфорных кислот. Из солей различают ортофосфаты и полимерные (или конденсированные).
Фосфаты - соли кислородных кислот фосфора в степени окисления +5 [7]. Существуют ортофосфаты - соли ортофосфорной кислоты H3PO4 и фосфаты конденсированные - соли полифосфорных кислот. Различают средние, кислые и основные фосфаты, разнокатионные (двойные и тройные соли) и разноанионные (смешанные соли), оксифосфаты, а также различают неорганические производные (например, тиофосфаты).
Кислые фосфаты образуются в результате частичной нейтрализации H3PO4 или полифосфорных кислот основаниями. При полной нейтрализации гидроксидами одного или нескольких металлов получают средние фосфаты. Смешанные соли образуются при нейтрализации смеси кислот, например, ди- и трифосфорных, одним гидроксидом (ординарные разноанионные фосфаты) или несколькими гидроксидами (разнокатионно-разноанионные фосфаты). Нейтрализующим агентом служит и NH3. Конденсированные фосфаты неорганические получают также термической обработкой кислых фосфатов, смесей фосфатов. При этом состав исходного продукта (в пересчете на оксиды) должен отвечать составу синтезируемого соединения.
В фосфатах и их аналогах анионные радикалы представлены тетраэдрическими анионными комплексами [РО4]3-, [АsO4]3- ,[VO4]3-. Сюда относится более 300 минеральных видов. Преимущественно это редкие экзогенные минералы, магматическое происхождение имеют моцанит и апатит. Их мы подробно и рассмотрим [4]
Моцанит (Се, La…) [PO4]. Фосфат церия Се и других редких земель, а также тория Тh. Содержание ТhО2 обычно 5-10 %.Сингония моноклинная. Кристаллы преимущественно таблитчатого вида, встречаются в виде одиночных вкрапленников в полевом шпате пегматитовых жил.
Цвет красновато-коричневый, желто-бурый. Блеск стеклянный. Спайность совершенная. Твердость 5-5,5. плотность около 5. Радиоактивен.
Диагностика: по мелким одиночным красновато-коричневым кристаллам в гнейсах и пегматитах; по высокой плотности и радиоактивности. Труден для диагностики, похож на циркон.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Пeрeд нами cтояла цeль ¬ изучить особенности конкретных пород и минералов.
Мы поставили следующие задачи: изучить особенности состава лунных пород; рассмотреть характеристику, генезис, применение в промышленности пород контактового метаморфизма; проанализировать методы исследования минералов: атомно-абсорбционный анализ; изучить фосфаты: характеристика, диагностические свойства, происхождение, применение, месторождения.
Изучив множественную литературу по проблеме исследования, можно считать, что вопрос раскрыт.
Образцы лунных пород внешне похожи на земные изверженные базальты. В состав их входят хорошо известные на Земле химические элементы (Si, Al, Fe, Ca, Mg и др.). Но в лунных породах больше, чем в земных, содержится тугоплавких элементов (Ti, Zr, Cr и др.) и меньше – легкоплавких (Pb, K, Na и др.).
Контактовый метаморфизм тесно связан с внедрением и застыванием магмы и её воздействием на горные породы, в которые она внедрилась. Проявляется он в пределах зон термического и химического воздействия интрузии на вмещающие горные породы.
Среди пород контактового метаморфизма наиболее распространены роговики, массивные темные породы, содержащие кордиерит, андалузит, хлорит и мусковит. Если воздействию гранитов подвергаются карбонатные породы, то возникают скарны, метаморфические породы, которые образовались за счет метасоматоза (замещения) с привносом SiО2, Al2O3, MgO, FeO и В2О3.
Атомно-абсорбционный спектральный анализ как инструментальный метод определения химического состава веществ по атомным спектрам поглощения, на сегодняшний день, достиг весьма широкого распространения в аналитической практике. Этот метод позволяет определять около 70 элементов. В основном это металлы: Al, Ba, Be, V, Bi, W, Fe, Ca, Cd, Co, Si, Mg, Mn, Cu, Mo, Ni, Sn, Pb, Ti, Cr и Zn, но возможно применение метода и для определения некоторых неметаллов: As, B, I, P, Se, Si и Te.
В фосфатах и их аналогах анионные радикалы представлены тетраэдрическими анионными комплексами [РО4]3-, [АsO4]3- ,[VO4]3-. Сюда относится более 300 минеральных видов. Преимущественно это редкие экзогенные минералы: моцанит (Се, La…) [PO4]; апатит Са5[Р04]3(Р‚ Cl, ОН); пироморфит Рb5[РО4]3Сl; вивианит Fе3[Р04]2 8H20; эритрин С03[Аs04]2 8Н20; скородит Fе[АsО4] 2Н20 и др.
