Осадочные породы, образованные путем механических разрушений пород

   Осадочные породы имеют вторичное происхождение. Они всегда образуются на поверхности Земли из остаточных продуктов предварительно разрушенных пород. Это разрушение, называемое выветриванием, осуществляется под влиянием климатических агентов, таких, как солнечная инсоляция, мороз и дождь, а также при участии кислот и организмов. Горные породы и минералы ведут себя при этом по-разному. Кварц, гранат и турмалин, к примеру, устойчивы к выветриванию; полевой шпат, фельдшпатоиды, оливин и биотит, напротив, легко разрушаются.

   Следует различать два типа выветривания: физическое, или механическое, и химическое. Часто выделяют еще третий тип - биологическое, или органогенное, выветривание, но оно проявляется либо физическим (например, ростовое давление корней), либо химическим путем (например, воздействие органических кислот). В зависимости от климатической зоны, времени года и местных условий оба типа выветривания протекают с различной интенсивностью и более или менее комплексно. Физическое выветривание приводит к чисто механическому разрушению пород. Частые изменения температуры, морозное выветривание с образованием морозобойных трещин и солевое растрескивание пород (возникновение трещин под давлением кристаллов образующихся солей) обусловливают разрыхление структуры и распад пород на минеральные зерна без их химического изменения.

   Осадочные породы, образующиеся при участии процессов физического выветривания, относят к классическим, или обломочным, породам. Они составляют одну из больших групп осадочных пород. Это пыль, лёсс, песок, песчаник, глина, ил, глинистый сланец, щебень, глыбы, гравий, галька, брекчии, конгломераты, россыпи - это и есть классические или обломочные породы, образованные физическим разрушением без изменения химического состава минерала.

   Вторая группа охватывает новообразованные при участии выветривания породы. Новообразования, возникшие при участии выветривания - это каменная соль, известковый и кремнистый туф, ангидрит, гипс, соли, известняк, доломит, кремнистые породы, торф, угли (каменный, бурый, антрацит). Исходным материалом для них служат преимущественно породы, разрушенные процессами химического выветривания. Водорастворимые минералы подвергаются растворению, силикаты - гидролитическому разложению, соединения железа - окислению, известняки - выщелачиванию под воздействием углекислоты. При повторном отложении компонентов пород, претерпевших столь интенсивные изменения, возникают совершенно иные породы, внешний облик которых не говорит о том, за счет каких исходных пород они образовались.

   Особое место занимают ископаемые угли. Они имеют органическое происхождение и потому, согласно петрографическому определению, вообще не являются горными породами. Но поскольку, подобно всем настоящим горным породам, они участвуют в строении твердой земной коры, их следует рассмотреть.

   Диагностические признаки осадочных пород:

  1. Ясно выраженная слоистость.
  2. Наличие окаменелостей (следов жизнедеятельности организмов).
  3. Формы выветривания (рельефа) - резко расчлененные, крутые, обрывистые.

   Характерный диагностический признак большинства осадочных пород - четко проявленная слоистость с ровными прямолинейными границами слоев. Чешуйчатые минералы и пластинчатые фрагменты пород расположены взаимно параллельно. Вместе с тем в ледниковых отложениях (моренах) слоистость отсутствует. Все их составные части, включая обломки пород, не сортированы по величине и располагаются беспорядочно, вперемешку. Некоторые продукты выветривания горных пород также не имеют слоистой структуры.

Остаточные продукты выветривания (обломочные породы)

   Хотя гранит и слывет символом вечности, он, как и любая другая порода, подвергается выветриванию. Образцы на фото иллюстрируют стадии выветривания на примере гранита.

  1. Гранит свежий, неразложенный и невыветрелый.
  2. Гранит, в котором часть минералов приобрела буроватую окраску; это изменение цвета вызвано химическим преобразованием (окислением) железосодержащих компонентов гранита.
  3. Гранит, интенсивная бурая окраска которого обусловлена химическим выветриванием (окислением) железосодержащих минералов.
  4. Гранит, претерпевший глубокое разложение и разрыхление.
  5. Гранит, распавшийся на крупные обломки (каменная россыпь валунов).
  6. Гранит, распавшийся на гранитную дресву. Только кварц сохраняется в неизмененном виде. Полевой шпат и слюда уже очень сильно изменены.
  7. Гранит, выветренный до полного превращения в почву (пахотную землю), кварц превратился в песок.

   Наименование рыхлых пластических осадков по крупности зерен. В литологии классические осадки подразделяются по крупности зерен независимо от их минерального состава, формы и происхождения на следующие группы: 1) Глина, 2) Песок, 3) Гравий, галька, щебень, 4) Глыбы, валуны. Рыхлые классические осадки, по крупности зерен занимающие промежуточное положение между илом и тонкозернистым песком, называют алевритом. В геологической литературе не существует единого мнения о границах между группами классических пород.

Глины и глинистые породы

   ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ - уплотненные (связные) скопления мельчайших частиц разрушенных пород ("породной муки"), состоящие преимущественно из глинистых минералов. Главные их представители - каолин, глина, суглинок, мергель, сланцеватая глина и лёсс. За исключением лёсса, все они образуются путем осаждения из воды или при выветривании горных пород.

   МИНЕРАЛЫ ГЛИН представлены тонкими минеральными частичками слоистых силикатов (менее 0,05 мм в поперечнике) обычно чешуйчатого габитуса с весьма совершенной спайностью. Образуются они при разложении силикатных минералов. Являются главными компонентами глинистых пород. Наиболее известные из минералов глин - снежно-белый каолинит и монтмориллонит. Каолинит представляет собой главную составную часть фарфоровой белой глины - каолина.

   СНГ богат месторождениями белых каолиновых глин. Наибольшей известностью пользуются единственные в СНГ высококачественные каолины Украины. Помимо изготовления фарфоро-фаянсовых изделий, эти каолиновые глины используются в производстве огнеупорной керамики.

   Каолин (фарфоровая глина) (1) состоит из минерала каолинита (водного силиката алюминия). Образуется путем разложения и преобразования силикатных пород. Чистый каолинит снежно-белого цвета, в смесях с кварцем и полевыми шпатами бывает серовато-желтоватым (серый каолин, каолиновый песок). Каолин - важное сырье для получения фарфора. Образец из Шнайттенбаха, Бавария, Германия.

   Глина (2) как типичный агрегат глинистых минералов, кварца и слюды с примесью полевого шпата и кальцита. До 10% составляют оксиды железа, вызывающие красноватую, а иногда и зеленоватую окраску. Глины, богатые монтмориллонитом, называются бентонитовыми или просто бентонитами.

   Глина в сухом состоянии - твердая, во влажном (в зависимости от содержания воды) - в различной степени пластична. Глина способна капиллярными силами удерживать воду в многочисленных тончайших порах, поэтому она становится непроницаемой для грунтовых вод и действует как водоупорный слой. Она используется для изготовления кирпича и шамотных огнеупоров. Распространены глины повсеместно.

   Суглинок (3) - глина, бедная известью, но с примесью кварцевых песчинок. Лимонит, образовавшийся за счет окисления железистых минералов, окрашивает суглинок в желтый цвет. Образец из Верля, Вестфалия, Германия.

   Мергель - глина, богатая известью (точнее, глинистый известняк). Примесью глауконита окрашивается в зеленоватые, а примесью битумов - в темно-серые тона. Распадается с образованием рассыпчатой, крошащейся массы. Валунный мергель - мергель с примесью моренного материала. Озерный мел (гажа) - мергелистая глина, или глинистый мергель, с весьма мелкими зернами.

   Лёсс содержит те же минеральные компоненты, что и глина (2), но наносится не водой, а имеет эоловое происхождение - из скоплений пыли, приносимой ветром. Лёсс рыхл, однако способен (благодаря наличию в нем массы тончайших волосных трубчатых канальцев) образовывать устойчивые вертикальные стенки, пропускать воздух и воду. Гидроксиды железа окрашивают лёсс в желтоватые, палевые тона. При выщелачивании извести дождевой или просачивающейся грунтовой водой образуются лёссовидные суглинки. Наиболее крупная область сплошного развития лёсса - Северный Китай.

   Мергелистые конкреции ("журавчики") (4) - желвакообразные стяжения глинисто-карбонатного состава среди глинистых пород; встречаются преимущественно в лёссах и (лёссовидных) суглинках. Образуются в результате выщелачивания извести из вмещающих пород и ее повторного выпадения. Образец из Рейнланда, Германия.


Глинисто-карбонатные конкреции. Берег оз. Эри, США.

   Сланцеватая глина (5) - диагенетически уплотненная глина. Битуминозные при меси придают ей светло-серую окраску. От глинистого сланца отличается тем, что сохранила способность впитывать (поглощать) воду, разбухая при этом, а также размокать и распадаться в воде.

Классические обломочные отложения

   РЫХЛЫЕ ОБЛОМОЧНЫЕ (КЛАСТИЧЕСКИЕ) ОТЛОЖЕНИЯ крупностью от 2 до 200 мм в значительных скоплениях называют щебнем, гравием или галькой. Форма отдельных обломков зависит от способа и дальности переноса, во время которого она меняется под действием ударов о другие обломки и шлифовки при трении о кварцевый или иной песок.

   Галька (1) "истерзанной породы" - серый известняк, при горообразовательных процессах разбитый на обломки неправильной формы с последующим диагенетическим залечиванием трещин молочно-белым кальцитом (сеть тонких светлых прожилков на снимке). Кроме известняков, такие образования встречаются в доломитах и песчаниках, причем трещины могут залечиваться не только карбонатами, но и кварцем. Образец из русла реки Изар близ Мюнхена, Германия.

   Валун (2) с признаками ледникового переноса: овальная форма, сглаженные ребра и отчетливые царапины. Местонахождение валуна - окрестности долинного ледника (глетчера) в верховьях реки Инн, Верхняя Бавария, Германия.

   Эоловый многогранник (3) с ребристой поверхностью, отшлифованной песком, развеваемым ветром. Местонахождение - Саудовская Аравия.

   Шлифующее действие ветра (4) проявляется преимущественно в пустынных областях. Более мягкие слои выскабливаются сильнее, чем более прочные и устойчивые кварцитовые пропластки. Вследствие этого возникают необычные, странные на вид формы. Образец найден в пустыне Намиб, Намибия.

   На склонах гор ниже вершины собираются крупные остроугольные обломки разрушенных скал, глыбы пород, в больших нагромождениях именуемые в зависимости от размеров глыбовыми осыпями, щебнем или дресвой. Первоначально остроугольный обломочный материал при речной транспортировке или в зоне морского прибоя подвергается окатыванию. Такие окатанные, округлые обломки называются в литологии галькой или гравием, а в больших скоплениях галечниками.

   Обломки песчаников и известняков окатываются, приобретая округлую форму, через 1-5 км речного переноса, тогда как обломки гранитов, гнейсов и кварцитов - через 10-20 км. Мягкие песчаники полностью перетираются уже через 1-2 км. В строительном деле под "щебнем" и "щебенкой" понимают искусственно раздробленный материал, подобный тому, что применяется в качестве засыпки при укладке железнодорожного пути.

   Если перенос осуществляется ледником, то обломки не достигают столь совершенной окатанности, как при речной транспортировке. Крупные обломки и глыбы пород не перекатываются, а волочатся и приобретают вследствие этого плоскую форму, а их углы и ребра сглаживаются. Одни обломки царапают другие, и на их поверхности появляются прямолинейные борозды, так называемые ледниковые шрамы, или ледниковая штриховка. Подобные обломки называют штрихованными валунами. Самые крупные скальные глыбы, объемом в несколько кубометров, называются ледниковыми или эрратическими валунами; в эпоху оледенения некоторые из них были перенесены на расстояние свыше 1000 км.

   Ветер тоже способен обрабатывать обломки пород; он делает это с помощью песка, либо шлифуя ребра глыб, либо - в тех случаях, когда породы сложены слоями или участками с разными механическими свойствами, - избирательно выдувая более мягкие из них и оставляя более устойчивые в виде выступающих ребер или перегородок. Аналогичные разрушения может производить морской прибой и штормовые волны.

   Ветровая (эоловая) эрозия сообщает скальным останцам гранитов, песчаников и других твердых пород весьма причудливые формы, создает в них глубокие ниши выдувания, отшлифовывает их поверхность. Вместе с тем, деятельность ветра может приводить к накоплению в районах, окружающих пустыни, мощных толщ эоловых отложений, таких как лесс. Наибольшей известностью пользуются лессовые отложения Северного Китая, где к ним приурочены весьма плодородные почвы. Лессовые почвы широко распространены и на территории Средней Азии.

Брекчии и конгломераты

   БРЕКЧИЯ - это сцементированные обломки горных пород (щебня, глыб). Несортированные угловатые, часто остроугольные, произвольно расположенные обломки связаны воедино глинистым, известковым (карбонатным) или кремнистым цементом, образуя крепкую прочную (практически монолитную) породу.

   По своему первоначальному происхождению осадочные брекчии - это чаще всего глыбовые осыпи на склонах гор, материал горных обвалов или селевых потоков; обломки в них могут принадлежать какой-либо одной породе (брекчии гранитов, известняков и др.) или разным породам. Какого-либо отбора обломков по прочности и крепости пород не существует.

   В зависимости от состава, количества и характера цемента брекчии бывают различной плотности и прочности. Самым крепким является кремнистый цемент, а самым распространенным - карбонатный. По своему сложению брекчия похожа на бетон с заполнителем из мелкого щебня, иногда отличаясь, правда, наличием многочисленных пустот угловатой формы.

   Для каменотеса и строителя брекчии представляют интерес в том случае, если отдельные обломки прочно связаны между собой и твердость породы приблизительно одинакова по всему объему. Некоторые известняковые брекчии поддаются, подобно мрамору, шлифовке и полировке. Альпийская брекчия, или брекчиевый мрамор, - торговые наименования пестрой хорошо полирующейся известняковой брекчии, сложенной угловатыми обломками.

   Некоторые природные крупнообломочные брекчии и конгломераты настолько декоративны по своему рисунку, что это навело строителей на мысль воспроизвести брекчиевые и конгломератовые структуры в искусственных облицовочных материалах. Сегодня такие материалы производятся в промышленных масштабах и используются для отделки интерьеров, настилки полов, облицовки стен подземных переходов. В Харькове такие искусственные материалы на основе натуральных и искусственных камней можно видеть на полах в общественных зданиях с высокой проходимостью, построенных в советское время.

   Брекчия (1) из обломков разных типов пород. Образец из Кицбюэля. Австрия.
   Конгломерат (2) нагельфлю из Нессельванга, Альгёй, Германия (приполирован).

   КОНГЛОМЕРАТ - это сцементированные гравий, галька, иногда валуны. Окатанные, округлые обломки пород связаны в прочную породу глинистым, известковым или кремнистым цементом. Соотношения между крупными и мелкими обломками широко варьируют. Встречаются лишь единичные окатанные куски величиной с голову или крупнее. Окраска в целом серая, голубоватая, желтоватая, а в случае, если цемент сильно железистый, то и красноватая.

   Конгломераты образуются из галечников, принесенных водой (речных или морских), и в большинстве случаев содержат разнохарактерный по составу пород обломочный материал. При далеком его переносе вследствие разрушения более мягких компонентов происходит отбор в пользу самых устойчивых пород, таких, например, как кварцит, гранит, окремнелый известняк, амфиболит или диабаз.

   Подобно брекчиям, конгломераты бывают более или менее прочными и крепкими. Прочнее всего - кремнистый цемент, но самый распространенный - карбонатный (известковый). По своему сложению конгломераты напоминают бетон с гравийным заполнителем. Однако в конгломератах всегда обнаруживаются округлые пустоты на местах выбитых галек. Практический интерес составляют конгломераты, твердость которых приблизительно одинакова по всему ее объему. Присутствие кварцитовых галек затрудняет обработку конгломерата.

   Устойчивые к атмосферным влияниям конгломераты весьма ценятся в районе Альп. Здесь их называют, пользуясь швейцарским термином, нагельфлю. Не следует путать с конгломератом похожий на него искусственный камень вашбетон, который отличается ровнозернистым кремнистым цементом и полным отсутствием дырок или ямок на поверхности. Конгломераты распространены во многих районах мира.


Конгломерат. Южн. Урал, Россия. Фото: © А.А. Евсеев.

   Любопытно, что с древними конгломератами связаны мировые месторождения золота и урана. Так, знаменитое месторождение Витватерсранд в Трансваале (ЮАР) дает очень высокий процент золота, добываемого ежегодно в мире.

Песчаники

   ПЕСЧАНИК - наиболее широко распространенная осадочная порода, обычно отчетливо слоистая. Образуется путем цементации зерен песка глиной или кремнем. В составе песчаников преобладает кварц (от 70% до 30%). Легко подвергается вторичному выветриванию. Использовался древними цивилизациями как строительный материал.

   Формы выветривания песчаников: если трещины ориентированы поперек слоистости, то образуются прямоугольные параллелепипеды, или квадеры (квадерный, или плитняковый, песчаник), если вдоль - тонкие листоватые слои.

   В основу многочисленных названий различных песчаников могут быть положены их цвет (зеленый песчаник), внешний облик (тигровый песчаник), местонахождение (везерский песчаник - с реки Везер), применение (крепостной песчаник), примеси (железистый песчаник), органические остатки (спириферовый песчаник) и геологический возраст (меловой песчаник).

   Технические характеристики песчаников зависят от типа "цемента" и его количественных соотношений с песчинками, а также от формы и распределения пор. Пористость песчаников варьирует от 1 до 25%. Глинистые песчаники морозонеустойчивы, известковистые - подвержены агрессивным химическим воздействиям газообразных продуктов сгорания и не огнестойки.

   Слаботрещиноватые мелкозернистые песчаники с преимущественно кварцевыми песчинками и кремнистым цементом - популярный в архитектуре камень. Каменотесы и скульпторы предпочитают, однако, менее богатые кварцем сорта. Очень крепкие и прочные кварцитовые песчаники используются в виде щебенки в авто- и железнодорожном строительстве. Прекрасными декоративными свойствами обладают некоторые разновидности железистых кварцитов Кривого Рога и Курской магнитной аномалии с их ленточной или фестончатой полосчатостью, обусловленной чередованием густо-вишневых, темно-серых и коричневых слоев.

   Наибольшей славой в СНГ и за рубежом пользуются малиновые и густо-розовые кварциты (кварцито-песчаники) из Карелии, широко известные под традиционным названием "шокшинский порфир". Именно шокшинский порфир использован при возведении мемориала "Могила Неизвестного солдата" у Кремлевской стены, во внутренней отделке Московского метро. Этот торжественный камень украшает и многие административные здания столицы Карелии - Петрозаводска. В советской петрографической литературе кварцитами принято называть существенно кварцевые породы преимущественно метаморфического происхождения.

   Граувакка (серая вакка) - темно-серый до бурого песчаник палеозойского возраста, содержащий наряду с зернами кварца обломки различных пород. Очень твердый. Применяется в виде щебенки в авто- и железнодорожном строительстве. Широко распространен.

   Ангулятовый песчаник (1), принадлежащий к числу железистых песчаников; при богатом известью цементе порода неустойчива. Свое название получил по присут ствию одного из видов аммонитов. Образец из Вюртемберга, Германия.

   Мурнауский кварцит (2) - очень крепкий глауконитсодержащий кварцевый песчаник. Применяется как балластная щебенка при строительстве железных дорог. Образец из Эшенлоэ, Бавария, Германия.

   Глауконитовый песчаник (3) мало устойчив к атмосферным агентам. Свое название получил по присутствию зеленого минерала глауконита. Образец из Швейцарии.

   Граувакка (4), покрасневшая вследствие естественного обжига (термического метаморфизма) под воздействием внедрившейся магмы.

   Известковистый песчаник - песчаник, содержащий углекислую известь, то есть карбонат кальция (поскольку речь идет о природном камне), его синоним гартштейн - "твердый камень" (название искусственного известковистого песчаника).

   Аркоз - обычно грубозернистый песчаник с высоким содержанием полевых шпатов, он почти лишен слоистости. Крепостной песчаник из окрестностей замка Преппах - одна из разновидностей песчаников с реки Майн. Нижняя Франкония, Германия.

   Кварцит (зарубежный термин) - весьма крепкий и прочный кварцевый песчаник с кремнистым цементом, белый до светло-серого, очень трудный для обработки. Происхождение: диагенез или метаморфизм кварцевого песка. Применяется в виде щебня в авто- и железнодорожном строительстве, для покрытия полов, изготовления лестничных маршей и облицовки стен, в качестве добавки к твердому бетону, как сырье для изготовления огнеупорного силикатного кирпича (динаса) и как металлургический флюс.

   Ознакомиться с песчаниками харьковчане могут в любом крупном строительном супермаркете - продается как слоистый песчаник для художественной облицовки различной толщины, так и цельные глыбы песчаника разных размеров. Следует учитывать, что песчаником не отделывают крупные архитектурные формы и фасады, выходящие на слишком оживленные улицы и транспортные магистрали. Песчаник уместен в тихих и зеленых районах для отделки малых архитектурных форм. Им также отделывают дорожки, имеющие низкую проходимость - для этого применяется более толстый, массивный и крупного размера песчаник. Используется и в частном, и в коммерческом секторе как элемент строительного и ландшафтного дизайна. Для лучшей сохранности песчаник должен находиться под навесом или крышей, но лучше всего он сохраняется в помещениях - им уместно отделывать кафе, залы, частные коттеджи. Песчаники сравнительно недорогие, доступные и популярные камни в малом современном строительстве в Харькове, создающие индивидуальный дизайн.


Знаки морской ряби в песчанике. Бассейн р. Эмпэ-Юрях, Анабар, Ср. Сибирь (С).