Камень представляет собой консолидированную смесь одинаковых или разных минералов. Под консолидированной, мы имеем в виду жесткие и крепкие, настоящие камни не распадаются в ваших руках! Смесь минералов предполагает наличие более чем одного минерального зерна, но не обязательно должен быть более чем один тип минерала.
Камень может состоять только из одного типа минерала (например, известняк обычно состоит только из кальцита), но большинство камней состоит из нескольких различных минералов. Камень также может включать не минералы, такие как ископаемые или органические вещества в угольном слое или в некоторых типах аргиллитов.
Скалы сгруппированы в три основные категории в зависимости от того, как они формируются:
- Магматический: образуется в результате охлаждения и кристаллизации магмы (расплавленной породы).
- Осадочные: образуются, когда обветренные фрагменты других пород закапываются, сжимаются и цементируются вместе или когда минералы выпадают в осадок непосредственно из раствора.
- Метаморфизм: образованный изменением (из-за жары, давления и/или химического воздействия) существующей магматической или осадочной породы.
Цикл каменной породы
Компоненты породы коры медленно, но постоянно меняются от одной формы к другой, и вовлеченные процессы суммируются в цикле породы. Цикл породы приводится в действие двумя силами: внутренний тепловой двигатель Земли, который перемещает материал вокруг ядра и мантии и приводит к медленным, но существенным изменениям в коре, и гидрологический цикл, который представляет собой движение воды, льда и воздуха на поверхности и питается от солнца.
Цикл породы до сих пор активен на Земле, потому что наше ядро достаточно горячее, чтобы поддерживать мантию, наша атмосфера относительно плотная, и у нас есть вода.
На некоторых других планетах или их спутниках, таких как Луна, цикл горных пород практически мертв, потому что их ядробольше не достаточно горячее, чтобы вызвать мантийную конвекцию, и нет атмосферы или жидкой воды.
При описании каменного цикла мы можем начать где угодно, хотя удобно начинать с магмы. Как мы увидим более подробно ниже, магма - это горная порода, горячая до такой степени, что она полностью расплавлена. Это происходит при температуре около 800–1300°C, в зависимости от состава и давления.
Магма может либо медленно остывать внутри коры (от столетий до миллионов лет) - образуя навязчивые изверженные породы, либо прорываться на поверхность и быстро охлаждаться (от нескольких секунд до лет) - образуя экструзивные изверженные породы.
Интрузивная магматическая порода обычно кристаллизуется на глубинах от сотен метров до десятков километров ниже поверхности. Чтобы изменить свое положение в круговороте породы, навязчивая магматическая порода должна быть поднята и подвержена эрозии вышележащих пород.
Благодаря различным процессам горного строительства, связанным с плитной тектоникой, все типы горных пород поднимаются и обнажаются на поверхности.
После воздействия они выветриваются как физически (путем механического разрушения породы), так и химически (путем выветривания минералов), а продукты выветривания - в основном мелкие породы и минеральные фрагменты - подвергаются эрозии, транспортировке, а затем откладываются.
Транспортировка и отложение происходят под действием ледников, ручьев, волн, ветра и других агентов, а отложения откладываются в реках, озерах, пустынях и океане.
Если они не подвергаются эрозии и не продвигаются, осадки в конечном итоге будут захоронены большим количеством отложений. На глубинах в сотни и более метров они сжимаются и цементируются в осадочные породы .
Опять же, с помощью различных средств, в значительной степени возникающих в результате плитно-тектонических сил, различные виды горных пород либо поднимаются вверх, подвергаются повторной эрозии или погружаются вглубь коры, где они нагреваются, сжимаются и превращаются в метаморфические породы.
Магма и магматическая формация
Магмы могут сильно различаться по составу, но в целом они состоят только из восьми элементов. В порядке важности: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, магний и калий.
Кислород, самый распространенный элемент в магме, составляет чуть менее половины общего количества, за которым следует кремний, составляющий чуть более четверти.
Остальные элементы составляют другую четверть. В магмах, полученных из материала земной коры, преобладают кислород, кремний, алюминий, натрий и калий.
Состав магмы зависит от породы, из которой она была образована (путем плавления), и условий этого плавления.
Магмы, полученные из мантии, содержат более высокие уровни железа, магния и кальция, но в них по-прежнему, вероятно, преобладают кислород и кремний. Все магмы имеют различные пропорции элементов, таких как водород, углерод и сера, которые превращаются в газы, такие как водяной пар, диоксид углерода и сероводород, когда магма охлаждается.
Практически все изверженные породы, которые мы видим на Земле, получены из магм, образовавшихся в результате частичного таяния существующей породы, либо в верхней мантии, либо в коре. Частичное таяние - это то, что происходит, когда тают только некоторые части породы, это происходит потому, что камни не являются чистыми материалами. Большинство пород состоит из нескольких минералов, каждый из которых имеет разную температуру плавления. Воск в свече - это чистый материал.
Если вы положите немного воска в теплую духовку (подойдет 50°C, так как температура плавления большинства восков составляет около 40°C) и оставите там на некоторое время, он скоро начнет плавиться. Это полное плавление, а не частичное плавление.
Если вместо этого вы взяли смесь воска, пластика, алюминия и стекла и поместили ее в ту же теплую духовку, воск вскоре начал бы плавиться, но пластик, алюминий и стекло не плавились. Это частичное плавление, и в результате получится твердый пластик, алюминий и стекло, окруженные жидким воском.
Если мы нагреем духовку примерно до 120 ° C, пластик тоже расплавится и смешается с жидким воском, но алюминий и стекло останутся твердыми. Опять же, это частичное таяние. Если мы отделим восковую/пластиковую «магму» от других компонентов и дадим ей остыть, она в конечном итоге затвердеет. Жидкий воск и пластик смешались и при охлаждении образовали нечто, похожее на одно твердое вещество.
Скорее всего, это очень мелкозернистая смесь твердого воска и твердого пластика, но это также может быть какое-то другое вещество, которое образовалось в результате сочетания этих двух факторов. Конечно, частичное таяние в реальном мире не совсем то же самое, что и в нашем примере.
Основные отличия заключаются в том, что породы намного сложнее, чем четырехкомпонентная система, которую мы использовали, и минеральные компоненты большинства пород имеют более сходные температуры плавления, поэтому два или более минералов могут плавиться одновременно в разной степени.
Другое важное отличие состоит в том, что когда камни тают, процесс занимает тысячи или миллионы лет, а не 90 минут, которые потребовались в примере.
