Горные породы - история развития классификации (азы геологии - часть 4)

Всем огненный привет от Огнева👋!

Вот, наконец, мы с вами преодолели большой путь: от возникновения вселенной, синтеза химических элементов таблицы Менделеева, рождения Земли в огненном хаосе Солнечной системы до формирования её коры и величественного рельефа – могучих горных хребтов.

Но из чего состоят горы? Что за камень оттягивает ваш карман во время прогулки в горах или по пляжу? Что за минерал украшает ваш дом или блестит на шее? Давайте перейдём на следующую ступеньку и рассмотрим основные строительные блоки нашей планеты – типы горных пород.

Давайте сделаем небольшое отступление и для начала упомянем разницу понятий минерал и горная порода.

Минерал — это природное химическое соединение с определённым составом и кристаллической структурой (например, кварц, кальцит).

Горная порода — это природная смесь из одного или нескольких минералов, образующая самостоятельную геологическую единицу (например, гранит состоит из кварца, полевых шпатов и слюд).

В этой статье я буду рассказывать именно про горные породы.

Понимая, как рождаются магматические, осадочные и метаморфические породы, вы не только глубже узнаете историю любого камня, но и увидите, как те процессы, о которых мы говорили раньше – вулканизм, движение литосферных плит и эрозия – они буквально запечатлелись в камне.

Берег вулканического происхождения, сложен преимущественно базальтами (фото из личного архива)

Развитие классификации минералов и горных пород.

Классификация горных пород — это сложный и многогранный процесс, развивавшийся веками, отражая не только эволюцию геологических знаний, но и смену представлений о строении Земли. Постараемся проследить этот путь кратко, но с глубиной.

Античность: «сухие» и «влажные» камни

В античности философы пытались объяснить природу камня, опираясь на теорию четырёх элементов — земли, воды, воздуха и огня. Камни делили на «влажные» и «сухие».

«Сухими» называли твёрдые, плотные, "окончательно сформированные" породы, подобные мрамору или граниту.

«Влажные» — более рыхлые, пористые, как мел, известняк, «незрелые», по их мнению, ещё находящиеся в процессе становления.

Сухое и влажное в одном снимке:)

Это отражало представление о "влажной" и "живой" земле, способной порождать минералы. Теофраст (ок. 371–287 до н.э.), ученик Аристотеля, в трактате «О камнях» (Περὶ Λίθων) создал первую классификацию минералов. Он делил их на:

«Застывшие соки земли» — например, известняк и гипс, породы, мягкие и подверженные растворению;

«Огненные» — стеклообразные и плотные, например обсидиан. Теофраст писал, что такие камни формируются «в глубине земли, в условиях жара и давления». В своих трудах он не рассматривал вулканы, но достаточно внимательно описал породы, возникающие от "внутреннего жара", предвосхитив магматические концепции. Аристотель же считал, что камни — это продукт "испарений, поднимающихся из недр", порождаемый союзом огня и земли.

Средние века: алхимия и застой в геологии

В Средние века наблюдение уступило место догме. Алхимия, господствовавшая в науке, ставила целью превращение одного вещества в другое (металлов — в золото). Это замедлило развитие геологии: камни рассматривали не как продукт природных процессов, а как часть мистического цикла трансмутаций. Горные породы и минералы изучались в основном ради поиска «философского камня», а не ради понимания их генезиса. Алхимики спорили, например, может ли кварц "созреть" в драгоценный камень или из глины вырасти агат. Идея фиксированной структуры вещества, центральная для современной минералогии, отсутствовала.

Эпоха Просвещения: Ломоносов и геологическая революция

Существенная эволюция идей произошла в XVIII веке благодаря Михаилу Васильевичу Ломоносову. В 1763 году он опубликовал труд «О слоях земных», где изложил принципы стратиграфии и заложил основу для генетической классификации пород. Он делил породы на:

1. Первичные (граниты, базальты) — возникшие «под действием жара внутри Земли». Ломоносов писал: «Каменные горы воздвигнуты были в глубине земной из вещества огненного происхождения».
2. Вторичные (известняки, песчаники) — осадочные, «образованные из размытых частиц под действием воды и воздуха, осевших слоями».

Ломоносов подчёркивал, что геологические процессы требуют времени: «Настоящее — ключ к познанию прошлого». Его идеи предвосхитили современную стратиграфию и вызвали активные споры в научных кругах Европы, где господствовали другие модели.

Спор «нептунистов» и «плутонистов»

В конце XVIII века немецкий геолог Абраам Вернер (1749–1817) предложил «нептунистическую» теорию. Он делил породы на "первозданные" и "осадочные", не признавая роль магмы.

1. «Первозданные» породы он называл самые древние, якобы химически осаждённые из вод первичного океана до появления жизни. Вернер утверждал, что они не содержат окаменелостей, часто кристаллические (например, гранит, гнейс), и лежат в основании всех остальных слоёв.
2. «Осадочные» же породы, по его мнению, сформировались позже, уже в более «живом» океане, путём механического или химического осаждения частиц (например, песчаник, известняк) — они могли содержать окаменелости.

Таким образом, различие между ними заключалось не в механизме образования (оба типа считались водного происхождения), а в возрасте, составе и роли в геологической истории.

Этой теории противостояли «плутонисты», сторонники Джеймса Хаттона и его «теории внутреннего жара» (Theory of the Earth, 1788). Хаттон утверждал, что многие породы — особенно базальты — возникли при кристаллизации расплавленной магмы. Плутонисты настаивали: структура и положение базальтов указывают на вулканическое происхождение.

Этот спор — один из первых научных дебатов в геологии, и именно он дал толчок системному анализу свойств пород. В итоге победила компромиссная идея: породы имеют разное происхождение.

Викторианская эпоха: описание третьего типа пород

Английский геолог сэр Чарльз Лайель в «Principles of Geology» (1830–1833) ввёл термин «метаморфические породы». Он указывал, что известняк превращается в мрамор, а глинистые сланцы — в филлиты или гнейсы под действием тепла и давления, но без плавления: «…воздействие подземного жара и давления преобразует породу, но сохраняет её твёрдое состояние».

Лайель пришёл к выводу о метаморфизме, наблюдая геологические разрезы, где слоистые осадочные породы переходили в кристаллические без резкого разрыва, особенно вблизи контактов с интрузиями магматических тел. Он анализировал постепенные изменения структуры и минералогии — например, исчезновение раковин в известняках и появление кристаллической зернистости в мраморе. Сравнивая участки с разной степенью «переработки», Лайель заключал, что преобразование происходило под действием тепла и давления изнутри Земли, но без плавления, поскольку сохранялась текстура слоистости.

Российская школа: Левинсон-Лессинг и Карпинский

Александр Петрович Карпинский (1847–1936) — выдающийся русский геолог, минералог, петрограф, который был академиком Императорской Санкт-Петербургской академии наук, а затем стал первым президентом Академии наук СССР. В своих трудах он изучал тектонические процессы и геосинклинали.

Франц Юльевич Левинсон-Лессинг (1861–1939) - крупнейших петрограф и разработчик первых русскоязычных классификаций магматических пород.

Хотя оба этих видных учёных представляли разные научные школы, но их работы перекликались. Они участвовали в одних и тех же научных сообществах, активно обсуждали классификацию пород и к началу XX века разработали стройную, строго научную классификацию. Например, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг предложил деление магматических пород по химическому составу и текстуре, уточнив понятия глубинных (интрузивных) и излившихся (вулканических) пород.

Классификация включала:

1. Магматические — образованные из магмы (гранит — кислая интрузивная, базальт — основная эффузивная).
2. Осадочные — отложения, осевшие из воды, ветра или ледников (песчаник, известняк, мел).
3. Метаморфические — изменённые породы (гнейс, кварцит, мрамор).

Современная петрография

С развитием микроскопии в XX веке, особенно после внедрения поляризационного микроскопа, геологи получили возможность изучать горные породы в тонких шлифах — прозрачных пластинках толщиной около 30 микрон. Это позволило рассматривать структуру и минералогический состав пород в мельчайших деталях.

В базальте, например, под микроскопом становятся видны вытянутые кристаллы пироксена и таблички плагиоклаза, застывшие в лаве — такие особенности текстуры указывают на быстрое охлаждение магмы. Для метаморфических пород микроскопия стала ключом к реконструкции геологических условий: появление таких индикаторных минералов, как гранат или кианит свидетельствует о высоких давлениях и температурах в зонах древних столкновений континентов. Тонкие шлифы стали своего рода «геологическими дневниками», в которых записаны процессы магматизма, метаморфизма и тектоники.

Габбро под микроскопом, магматическая порода (users.earth.ox.ac.uk)

У магматических пород в шлифах видна кристаллическая структура с признаками кристаллизации из расплава — сростки и включения.

Оолитовый известняк, осадочная порода (users.earth.ox.ac.uk)

У осадочных — обломочные зерна (песчинки, оолитовые структуры, раковины) в цементе, характерные поры, слоистость. У метаморфических — выровненное положение минералов, порфиробласты (вросшие крупные кристаллы), признаки перекристаллизации и пластической деформации.

Мрамор под микроскопом, метаморфическая порода (users.earth.ox.ac.uk)

Микроскопия дала геологам «второе зрение»: до неё различия между типами пород определяли по внешнему виду или по месту нахождения, но часто ошибались. Теперь стало возможным надёжно отличать магматические, осадочные и метаморфические породы друг от друга на основе их структуры и состава. Каждый тип породы можно диагностировать по конкретным признакам, видимым в шлифе — это стало научным фундаментом для современной классификации. В каждом типе горных пород удалось выделить отдельные подгруппы.

Магматические породы. Современная классификация.

Современная классификация магматических пород учитывает множество факторов: происхождение, состав, структура, текстура и особые типы.

По условиям образования (генетическая классификация):

1. Интрузивные (глубинные) — застывшие медленно в глубине Земли: гранит, диорит, габбро, перидотит, анортозит
2. Эффузивные (вулканические, изливающиеся) — быстро застывшие на поверхности или под водой: базальт, андезит, риолит, обсидиан, пемза, липарит
3. Субвулканические (полуглубинные): диабаз, порфирит. Эта переходная группа принята не всеми классификациями.

По химическому составу (в зависимости от содержания кремнезема SiO₂):

1. Кислые (SiO₂ > 65%): гранит, риолит, пемза
2. Средние (SiO₂ 52–65%): диорит, андезит, дацит
3. Основные (SiO₂ 45–52%): габбро, базальт, долерит
4. Ультраосновные (SiO₂ < 45%): перидотит, дунит, коматит

По минералогическому составу (QAPF-диаграмма, применимо к фанеритовым породам, т.е. у которых зернистая структура видна невооружённым глазом):

1. Полевошпатово-кварцевые: гранит, сиенит, диорит
2. Полевошпатово-фельдшпатоидные: нефелиновый сиенит, фойяит
3. Фельдшпатоидные: лейцитит, нефелинит
4. Пироксенит, перидотит, габброиды — богатые темноцветными минералами

По структуре (внутреннее строение породы):

1. Пегматитовая структура: очень крупнозернистая, обычно в пегматитах
2. Офитовая структура ("змееподобная" - в которой плагиоклазы образуют крупные вытянутые кристаллы, а тёмные минералы заполняют промежутки): характерна для диабазов, пересечение плагиоклаза и пироксена
3. Фанеритовая: для интрузивных пород типа гранитов
4. Афанитовая структура: мелкозернистая или скрытокристаллическая, типична для эффузивных

Пегматитовая структура и пегматит (еврейский камень)

По текстуре (внешний облик и ориентировка минералов):

1. Порфировая текстура: крупные кристаллы в мелкозернистой массе (базальтовые порфириты, андезит-порфиры)
2. Пилотакситовая текстура: параллельно ориентированные микрокристаллы, типична для базальтов
3. Амигдалоидная текстура: заполненные вторичными минералами пузырьки газа (вулканическая порода с миндалевидными включениями)
4. Стекловатая текстура: для вулканического стекла, как обсидиан
5. Шлировая, сферолитовая, лавоблоковая (для лавовых потоков)

Фото андезита любезно предоставлено Андреем Горшковым.

Эти группы не являются взаимоисключающими — одна и та же порода может одновременно описываться в нескольких классификациях. Например, базальт: эффузивная, основная, афанитовая по структуре и пилотакситовая или амигдалоидная по текстуре.

Путь к вершине осилит идущий. (фото автора)

Осадочные породы. Современная классификация.

Осадочные породы также очень многолики и потребовали многоуровневую классификацию по основным признакам.

По происхождению (генезису):

1. Терригенные (обломочные, кластические): песчаники, конгломераты, аргиллиты, алевролиты. Образуются из обломков других горных пород, перенесённых водой, ветром, льдом.
2. Биогенные (органогенные): известняки из раковин, диатомиты, радиоляриты, уголь. Возникают из остатков организмов (раковины, скелеты, растительность).
3. Хемогенные (химические): гипс, каменные соли, кремнистые отложения. Образуются из растворов путём химического осаждения.
4. Пирокластические (вулканогенно-обломочные): туфы, туфобрекчии, агломераты. Представляют собой отложение продуктов вулканических взрывов, но рассматриваются как осадочные, если были переработаны водой или воздухом.

По гранулометрическому составу (фракциям обломков):

1. Псефиты (крупнообломочные): гравелиты, конгломераты, брекчии.
2. Псаммиты (песчаные): песчаники.
3. Алевриты (пылеватые): алевролиты.
4. Пелиты (глинистые): глины, аргиллиты, сланцы.

По текстуре:

1. Слоистые (пластовые): большинство осадочных пород, особенно терригенных и химических, имеют выраженную слоистость.
2. Оолитовые: известняки и доломиты, состоящие из мелких сферических тел (оолитов), формирующихся в воде.
3. Биокластические: слагаются из обломков организмов (раковины, кораллы).
4. Коллоидные (гелевые): например, кремнистые отложения (опока, трепел), образуются из студенистых гелей с последующей диагенезом.

По химическому составу:

1. Карбонатные: известняк, доломит.
2. Силикатные: песчаники, глины.
3. Сульфатные: гипс, ангидрит.
4. Галогенные: каменная соль, сильвинит.
5. Органические: уголь, горючие сланцы.

Летопись земли приоткрыла свои тайны. Это осадочные породы - известняки и песчаники, метаморфические - кварциты.

Метаморфические породы. Современная классификация.

Метаморфические породы классифицируются по степени и происхождению метаморфизма, текстуре, структуре и составу:

По происхождению и типу метаморфизма:

1. Региональные (динамико-тепловые) метаморфические породы — образуются под воздействием давления и температуры на больших площадях (например, гнейсы, сланцы).
2. Контактные — образуются локально вокруг магматических интрузий за счёт высоких температур (например, гранулиты, некоторые амфиболиты).
3. Катакластические — образуются в зонах механического разрушения и деформации горных пород (зоны разломов), характеризуются сильным измельчением и пластической деформацией (катакластические породы).

По степени метаморфизма:

1. Низкая степень — сланцевые породы (сланцы), слабо перекристаллизованные, с ориентировкой минералов.
2. Средняя степень — амфиболиты, гранобластовые породы, с более выраженной перекристаллизацией.
3. Высокая степень — гнейсы, мигматиты, гранулиты, с явным разделением минералов и, иногда, частичным плавлением.

По текстуре и структуре:

1. Сланцевая (сланцевая текстура) — тонко слоистые, с ориентировкой листоватых минералов (например, мусковит, хлорит).
2. Гнейсовая — полосчатая текстура с чередующимися светлыми и тёмными минералами.
3. Гранобластовая — однородные зерна примерно одинакового размера без выраженной ориентировки.
4. Порфиробластовая — крупные кристаллы (порфиробласты) на фоне мелкозернистой массы.
5. Лейдобластовая — порода с хорошо сформированными, крупными новыми кристаллами в матрице.
6. Катакластическая — структура разрушенных и измельчённых зёрен, часто пластическая деформация.
7. Мигматиты — породы с частичным плавлением, сочетающие признаки метаморфических и магматических пород, имеют смешанную текстуру с зонами плавления.

По минералогическому составу (по преобладающим минералам):

1. Амфиболиты — породы, богатые амфиболами и пироксенами.
2. Гранулиты — высокотемпературные породы с гранулированной структурой, часто с плагиноклазом и пироксенами.
3. Сланцы — богатые слюдой, хлоритом, каолинитом.
4. Кварц-мусковитовые, биотитовые и др., в зависимости от доминирующих слоистых минералов.

Эрозия метаморфических пород (слева) на фоне горных хребтов :) (фото автора)

Классификация по тектогенезу

Одни породы рождаются на срединно-океанических хребтах (например, базальты), другие — в зонах субдукции, где плита ныряет под плиту, вызывая плавление мантии (там формируются андезиты и диориты). Есть и такие, что запекаются на месте столкновения континентов, как в Гималаях — именно так возникают метаморфиты, несущие в себе следы древней тектонической катастрофы.

Все эти подходы вместе позволяют не просто назвать камень, а восстановить его историю: из чего он состоит, где и как родился, и какие силы его сформировали.

В поисках горных пород (из личного архива)

Современные споры

Чем больше мы знаем, тем сложнее строго классифицировать отдельные породы. В геологии довольно много "пограничных" пород и неоднозначных случаев, которые сложно отнести к одной категории. Вот несколько особенно интересных примеров:

Мигматиты — хороший пример: они сочетают признаки магматических и метаморфических пород. Это результат частичного плавления породы во время метаморфизма. Внутри одной плиты можно увидеть и следы кристаллизации, и перекристаллизации.

Эклогиты - плотные, зелёно-красные породы (из омфацита и граната) формируются на глубинах более 50 км при высоком давлении. Обычно их считают метаморфическими, но нередко они сохраняют текстуры, указывающие на магматическое происхождение (например, бывшие базальты или габбро). Некоторые эклогиты могли быть прямым продуктом кристаллизации магмы в мантии и лишь частично метаморфизованы при подъёме.

Псефиты (конгломераты и брекчии) - вроде бы простые осадочные породы, но встречаются и метаморфические псефиты, и тектонические брекчии в зонах сдвига. Иногда гранитный конгломерат может быть настолько перекристаллизован, что структура становится сланцеватой, а обломки — почти неузнаваемыми.

Вулканические туфы — формально эффузивные магматические породы, но они образуются из обломков, осевших из воздуха или воды. Некоторые исследователи считают их осадочными по механизму накопления, особенно при вторичной переотложенности. Это пример пород двойственного генезиса — пирокластического и осадочного.

Серпентинизация тоже до сих пор вызывает сложности. Ультраосновные породы (перидотиты, дуниты) при взаимодействии с водой превращаются в серпентиниты — породы, которые одни считают метаморфическими, другие — гидротермально-изменёнными магматическими. Процесс сопровождается изменением минералогии, объёма, структуры, и затрудняет определение исходной породы.

Импактиты — это горные породы, образованные при падении метеорита. Удар создаёт экстремальные давление и температуру, которые за доли секунды расплавляют, сплавляют и измельчают исходные породы. В результате появляются породы, сочетающие признаки сразу нескольких типов:

— как у магматических (есть расплав, который кристаллизуется или превращается в вулканическое стекло);

— как у метаморфических (есть деформация и перекристаллизация от давления);

— и как у стекловатых (формируется стекло без кристаллов).

Импактиты не вписываются в традиционные схемы классификации, потому что они не образуются ни из лавы, ни из осадков, ни путём обычного метаморфизма. Это породы взрыва, мгновенного катастрофического преобразования.

Псевдолитические образования — некоторые мантийные ксенолиты (вкрапления глубинных пород в вулканических) имеют настолько своеобразный состав и строение, что непонятно: это обломок глубинной магмы? метаморфизованный участок мантии? остаток протокоры?

Граница между магматическим, осадочным и метаморфическим — не всегда чёткая. Современная геология всё чаще использует понятия переходных форм и процессов: метасоматоз, частичное плавление, тектонический переплав, субдукционные метаморфизмы, — где строгая классификация скорее мешает, чем помогает.

В 2020 году в Гренландии была обнаружена порода, состоящая из амфиболов и пироксенов, сочетающая магматические и метаморфические признаки, возраст которой около 3,7 млрд лет. Исследователи назвали её протопородой, предполагая, что она возникла до чётких разграничений на "магматическое" и "метаморфическое".

Так геология продолжает открывать новые формы и пересматривать старые границы классификаций.

Долго спорили, не могли понять что это. Буду рад подсказкам в комментариях.

Специфическая классификация горных пород

Кроме того, существуют и прикладные (профессиональные) классификации горных пород, которые используются в разных отраслях — они дополняют научные схемы и отражают свойства, важные в конкретной практике.

Например, в горнодобыче породы классифицируют по прочности, абразивности, разбуриваемости, водопроницаемости — то есть по инженерно-геологическим характеристикам.

Для строительной индустрии важны декоративные качества, прочность на сжатие, устойчивость к выветриванию — и поэтому граниты, известняки, песчаники классифицируются как строительные, облицовочные или бутовые.

В ювелирной и камнерезной промышленности используется своя классификация по декоративности, полируемости, твердости, цвету, редкости, прозрачности и способности к огранке — там породы могут попадать под названия типа "яшма", "серпентинит", "мрамор", даже если это смесь нескольких минералов.

В нефтегазовой геологии выделяются продуктивные (коллекторские) породы, экранирующие породы и флюидоупоры — важна пористость, проницаемость, состав цемента.

В мелиоративной геологии и гидрогеологии используется деление по фильтрационным и водоносным свойствам.

В почвоведении и агрономии породы рассматриваются как материнские субстраты, и важна их минералогия и способность к выветриванию.

Таким образом, классификаций гораздо больше и они зависят от задач.

Фух! Большое дело сделано! Если Вы смогли дочитать до этого места - поздравляю, Вы действительно интересуетесь предметом :)

Предлагаю пока отдохнуть. В следующей статье я подумаю, чем интересным вас утомить.

До новых встреч! Всех обнял🤗.

======================

🏪 Мы на Авито: Умница Разумница

А еще мы пишем тут:

📱 Telegram: Мои Сокровища

📱 Vk: Мои Сокровища

🌏 Сайт: Разумник ру