Метаморфические породы

Метаморфизм — это изме­нение и превращение одних пород в другие, происходящие в глубо­ких недрах земли. Главные факторы метаморфизма — это темпера­тура, давление и перенос вещества горячими растворами и газами.

Например, при метаморфизации известняков образуется мра­мор, пески и песчаники превращаются в кварцит, глины превращаются в кристаллические сланцы и гнейс. В магматических породах происходит хлоритизация — замещение роговой обманки, пирок­сена, биотита хлоритом — мелкокристаллическим минералом зеле­ного цвета. Изначально темно-серые и черные породы приобре­тают зеленоватый оттенок.

Основные преобразования, происходящие при метаморфизме — это перекристаллизация и возникновение новых минералов. В скрыто- и мелкокристаллических породах кристаллы укрупня­ются, уходит физически и химически связанная вода, постепенно исчезает пористость. Главные разновидности метаморфических пород — это породы так называемого регионального метамор­физма. Этот вид метаморфизма развивается практически повсе­местно по всей территории материков, начиная с глубины в сотни метров. Различные виды метаморфизма развиваются на границах горячих магматических тел и вмещающих пород. При этом возни­кают многие интересные породы, в том числе несущие полезные ископаемые, но их намного меньше, нежели пород регионального метаморфизма.

Все метаморфические породы представляют собой образования глубинного типа с кристаллической структурой. Структура может быть явнокристаллической с хорошо видимыми кристаллами, может быть скрытокристаллической, как, например, у глинистых сланцев, если кристаллы слишком малы и не различимы невоору­женным глазом. В некоторых кристаллических породах (кварцитах, тальковых и хлоритовых сланцах) кристаллы плохо очерчены, из-за чего границы между ними плохо различимы.

Преобладающие текстуры — массивная, гнейсовая и сланце­ватая (рис. ниже).

Текстуры метаморфических пород

а — гнейсовая; б — сланцеватая

Массивная текстура. Она хаотична, в основном однотонна, за­кономерностей в расположении частиц нет, внешне сходна с мас­сивной текстурой магматических пород.

Гнейсовая текстура. В породе хорошо видны полосы за счет че­редующегося расположения кристаллов разного состава и цвета. Порода почти изотропна по прочности, но по поверхности полос раскалывается чуть легче, чем поперек, хотя и дает изометричные обломки.

Сланцеватая текстура. Порода дает плитчатые обломки, она явно анизотропна по прочности. Кристаллы расположены парал­лельно. Пористых разностей практически не бывает, сланцеватая текстура часто сопровождается плитчатостью и трещиноватостью. Кавернозны и закарстованы могут быть мраморы.

Минеральный состав.

Широко представлены распространенные минералы — кварц, полевые шпаты, слюды, роговая обманка, кальцит, доломит. Кроме них присутствуют минералы, присущие преимущественно только метаморфическим породам, — тальк, хлорит, графит, гранат. В глинистых сланцах, в которых цикл мета­морфизма только начинается, сохраняются глинистые минералы.

Химическая классификация.

Подавляющее большинство мета­морфических пород состоит из минералов-силикатов и кварца (окиси кремния). К карбонатам относится мрамор, имеется также небольшое количество карбонатных сланцев.

Разновидности метаморфических пород.

Наиболее распростра­ненные породы — это породы регионального метаморфизма — гнейсы, мраморы и кварциты. Гнейсы могут образовываться при перекристаллизации глин (парагнейсы) и гранитов (ортогнейсы); могут образовывать огромные блоки земной коры и наряду с грани­тами являются основной породой, слагающей земную кору. Рас­пространенные породы других видов метаморфизма — это скарны, грейзены и роговики.

Выветривание метаморфических пород.

Оно похоже на выветри­вание магматических пород. Материал дробится за счет механичес­кого выветривания, гнейсы и кварциты становятся источником обломочного песчано-пылеватого кварца. Минералы-силикаты — основная составная часть метаморфических пород, при химическом выветривании они преобразуются в глинистые минералы. Далее все включается в круговорот осадочного материала на поверхности земли.

Гидрогеологические и инженерно-геологические свойства.

Водо­проницаемость возможна в случае трещиноватости и выветрелости массива метаморфических пород. Это нередко имеет место среди сланцев или других пород по тектоническим зонам.

Мраморы могут быть кавернозны и закарстованы, что связано с растворимостью слагающих их кальцита и доломита. Породы от этого становятся сильно проницаемыми, что усложняет освоение строительных площадок, но вместе с тем формирует пригодные для эксплуатации водоносные горизонты с большими дебитами.

Практически все метаморфические породы относятся к классу скальных и лишь немногие сланцы — полускальных. Они практи­чески несжимаемы, надежны как основание, при подземной про­ходке тоннелей необходимы соответствующие усилия. Повышен­ного внимания может потребовать только закарстованный мрамор. Как материал метаморфические породы могут использоваться в виде дробленого щебня, блочного и облицовочного камня. Как облицовочный и блочный камень гнейс не уступает граниту, но ис­пользуется реже.

К классу метаморфических относится самая крепкая из име­ющихся в природе пород — кварцит. Крепость породы определяется по шкале М.М. Протодьяконова, разработанной еще в начале XX в. По этой шкале оценивается труд буровиков, горняков, шлифов­щиков камня. Крепость кварцита объясняется массивной текс­турой, твердостью 7 и отсутствием спайности у кварца — он не дает плоских сколов, за которые мог бы зацепиться разрушающий ин­струмент.

Гранит, например, состоит преимущественно из обладающего спайностью полевого шпата твердостью 6. Очень высоко ценится темно-красный кварцит Шокшинского месторождения близ Санкт-Петербурга. Он очень красив (но и дорог) в облицовке. Им облицованы Могила Неизвестного Солдата у Кремлевской стены и верхняя часть мавзолея В.И. Ленина, из него изготовлен саркофаг для могилы Наполеона в Париже.

Чаще других камней в облицовке используется метаморфи­ческая порода мрамор. Имея твердость 3,0—3,5, он достаточно мягок, так как состоит из кальцита, легко пилится, обрабатывается, шлифуется и полируется до блеска. С античных времен мрамор ис­пользовался в строительстве и для создания скульптуры. В по­следнее время в Европе из-за кислых дождей стали сильно страдать мраморный декор старинных зданий и скульптуры, установленные под открытым небом. То, что можно, понемногу переносится под крыши.

Самое известное месторождение мрамора в мире — Каррарское в Италии, в Альпах. Разработки велись еще до нашей эры. Мрамор чистый, белый, статуи из него делал Микеланджело.

При оформлении внутренних помещений мрамором обычно об­лицовывают стены, а на пол укладываются более износостойкие, но и более дорогие плиты из гранита или других силикатных пород.

Если ожидаемый людской поток в помещении невелик, то мрамор можно положить на пол и даже построить из него мраморную лес­тницу. В некоторых московских домах постройки XIX в. встреча­ются мраморные лестницы с сильно потертыми мраморными сту­пенями — так бывает, если поток людей превысил расчеты архитек­торов. Требуется вовремя производить ремонт, ступени поддаются замене. В московском метро почти все стены отделаны мрамором. Он очень красив, имеет цвет от белого до черного, желтый, красный, розовый, голубоватый, обладает разводами, полосами и может быть однотонным. Некоторые станции облицованы мраморной брек­чией; в ее составе как обломки мрамора, так и мраморизованный цемент.