Чтобы не превращать живой рассказ в подобие методических указаний, давайте сразу перейдём к делу: мы путешествовали, путешествовали и наткнулись на карьер, в котором добывали камень. Нас он заинтересовал, этот камень, и мы хотим понять, что он из себя представляет.
Прежде всего, возьмём один из камней в руки, достанем из рюкзака молоток и долбанём по камню так, чтобы он раскололся на части. Сразу становится понятным, что камень довольно прочный. Смотреть будем на свежий скол.
Всё, что находится на земной поверхности, подвержено атмосферным воздействиям, даже камни. Я имею в виду не только то, что находится на дневной поверхности, открытой солнцу и ветрам, но и уходящее на десятки и иногда даже на сотни метров вглубь. Из-за химического. физического и органического воздействия в этой зоне происходит изменение и разрушение пород. По-научному это называется выветриванием. Поэтому нам пришлось брать в руки молоток, чтобы расколоть камень, надеясь на то, что внутри он остался в своём неизменном виде.
Свежий скол на удивление оказывается какого-то неопределённого, серо-зеленоватого цвета. Вы раскалываете несколько разных плиток подряд, чтобы убедиться, что такой скол характерен для всех образцов, и приступаете к следующему этапу: достаёте увеличительное стекло. Раз вы интересуетесь камнями, то кроме молотка вам обязательно понадобится и лупа.
При детальном рассмотрении вы видите, что камень состоит из довольно мелких песчинок. Значит, перед вами песчаник. Мелкозернистый песчаник, потому что невооружённым глазом вы их плохо различаете, но под лупой видите отчётливо. Всё, осталось только запомнить географические координаты точки, в которой вы побывали. Упаковываем какой-нибудь кусочек (не больше, чем кулак, но и не меньше) в полиэтиленовый пакетик (лучше ещё обернуть «пузырчаткой»), подписываем и продолжаем своё путешествие. Все уточнения придётся делать уже в домашних условиях, так что можете на время забыть об этом камне и наслаждаться природой в более комфортных, чем старый карьер, местах.
Итак, вы уже дома. Компьютер включен, и на геологической карте вы нашли то место, где находится карьер. Это позволит вам как-то определить временные рамки образования этого песчаника. Вы заведомо знали, что путешествовали по территории Донецкого кряжа. А разобравшись с картой выяснили, что это средний карбон, московский ярус, горловская свита. Пески, из которых образовался этот камень, были принесены сюда примерно 308 млн. лет назад.
Теперь самое время закрепить кусочек на предметном столике под микроскопом. При этом вы умудрились расколоть этот кусочек так, чтобы на нём была как нетронутая поверхность, которая находилась под открытым небом, так и свежий скол.
То, что находилось снаружи, покрыто оранжевой плёнкой продуктов выветривания этого песчаника, похожей на ржавчину. А на сколе видно великое разнообразие частичек — белые, серые, жёлтоватые, оранжевые и даже чёрные! Частички угловатые, не очень округлые, и довольно полотно связаны друг с другом в отблескивающей стеклянным блеском массе. Скорее всего, наш камень называется «мелкозернистый кварцевый песчаник».
Без серьёзного оборудования, на глаз, распознать что-то трудно. Эх, когда я работал в НИИ Физики РГУ, в моём распоряжении был нужный прибор, и назывался он «растровый электронный микроскоп–микроанализатор». Можно было выбрать частичку и узнать, из каких элементов она состоит. Но до конца минеральный состав такого песчаника можно узнать, проведя множество исследований на самом разнообразном оборудовании и затратив большое количество времени. В нашем распоряжении ничего этого нет, поэтому ограничимся подручными средствами и включим логику.
Песчаник состоит, как мы убедились, не только из частичек песка, то есть двуокиси кремния, но и каких-то ещё минералов. Любой песок — это остатки разрушенных горных пород, среди которых немало магматических, типа гранитов и гнейсов — родом из глубин нашей планеты. Многие из исходных минералов давно уже превратились в нечто иное в результате выветривания. Поэтому в нашем песчанике может быть всё, что угодно.
Если бы существовал некий «средний» песчаник, то в его составе, кроме кремния, содержались бы алюминий, железо, марганец, титан, кальций, калий, натрий, магний и прочее в виде различных соединений, в основном оксидов и гидроксидов. Но это перечисление, разумеется, как «средняя температура по больнице».
Обладая некоторыми навыками, полученными в средней школе до появления ЕГЭ, можно провести маленький химический опыт. Убедимся в наличии железа в нашем песчанике. На это нам намекнула ржавая плёнка на его выветренной поверхности, похожая на ржавчину. Ржавчина, кстати, это гидроксиды железа.
Смочим поверхность скола раствором соляной кислоты. Замечаем, что при этом нет никакого шипения и пузырения. Уже мы можем сделать вывод — в нашем образце нет известковой составляющей, то есть карбоната кальция. Песчаники бывают с известковым цементом, наш же — не такой.
Соляная кислота в нашем эксперименте участвует не только для проверки на известняк. Для проверки на железо нам нужны ионы, водой тут не ограничишься — многие из соединений в ней плохо растворяются.
С железом не всё просто и в дальнейшем. В составе природных минералов оно присутствует в двух видах: двухвалентном и трёхвалентном. Сначала проверим на трёхвалентное с помощью раствора роданида калия.
Красная окраска говорит о том, что в нашем образце есть трёхвалентное железо. В этом нет ничего удивительного. В процессе выветривания двухвалентное железо в конце концов окисляется до трёхвалентного.
Но и двухвалентного в нашем образце осталось достаточно. В этом можно убедиться, проведя реакцию с красной кровяной солью, капнув её раствором на другую половинку образца. Красивый цвет турнбулевой сини тому свидетельство.
Конечно, общее количество соединений железа в этом песчанике крайне невелико, от силы несколько процентов. Но оно там есть, и благодаря ему эти камни «загорают» под открытым небом.
То, что в камнях-песчаниках содержится ещё что-то, кроме диоксида кремния, обычно ускользает при первом знакомстве. В своём рассказе я сознательно перечислил только основные химические элементы и не упомянул о тех минералах, в которых они содержатся — это бы крайне усложнило понимание. Но ролью железа в песчаниках пренебречь нельзя: слишком интересны и наглядны его проявления.
На самом деле с соединениями железа в песчаниках происходит много интересных процессов, и о них я ещё расскажу в дальнейшем...
Напоминаю, что на моём портале «Новые Донские Зори» многие из рассказов, опубликованных здесь, выложены в более полной и более строгой редакции. Там же опубликованы материалы, подробно описывающие и представляющие природу Донского края. Не забывайте об этом!
Подписывайтесь на мой канал! И — особо буду благодарен за «лайк»!
Этот материал появится на «Новых Донских Зорях» с запозданием!