Открытое групповое занятие "Полезные ископаемые"

Какими полезными ископаемыми богата Россия?

Недра нашей страны богаты огромными запасами полезных ископаемых, по многим из которых Россия занимает первые места в мире. Именно наличие огромных залежей нефти и газа позволяет правительству как-то сводить концы с концами. Итак, какими же полезными ископаемыми богата наша страна?

Нефть и природный газ

Стратегическое сырьё, без которого не поедут автомобили и не полетят самолёты, в последние годы стабильно дорожает. Россия занимает пятое место по залежам нефти и первое — по залежам газа. Доходы от продажи нефти и газа составляют около половины бюджета страны, делая Россию настоящей «банановой республикой», ведь кроме нефти мы не экспортируем почти ничего.

Уголь

Запасы угля в России уступают только американским и китайским. Уголь является одним из ключевых полезных ископаемых для энергетической отрасли, поэтому его называют «чёрным золотом». Самыми большими запасами угля в России обладает Кузбасс.

Никель

Россия контролирует треть мировых запасов никеля. Этот важный и дорогой цветной металл незаменим во многих отраслях, а Россия является ключевым производителем и поставщиком никеля и никелевых сплавов. Никель производят в основном в Норильске — холодном и труднодоступном заполярном городе.

Соли калия

Калий — важнейшее сырьё для производства удобрений. Россия контролирует около трети мировых запасов калийных солей. Самые крупные месторождения находятся в Пермском крае.

Золото

По разведанным запасам золота Россия занимает 4-е место в мире. Золото — стратегическое сырьё. Оно является одним из самых ценных металлов, цены на который стабильно растут на 15-20 процентов в год. Добыча золота в России осложняется труднодоступностью его месторождений (Якутия, Красноярский край), а также холодным климатом в их районе.

Вольфрам

Этот ценный металл используется в металлургии и электронике благодаря своим физическим свойствам. По запасам вольфрама Россия уступает только Китаю.

Олово

По запасам олова Россия занимает одно из ведущих мест в мире. Благодаря своим свойствам олово является ценным компонентом во многих важнейших сплавах.

Кобальт, молибден, цинк, свинец и прочее

Запасы этих цветных металлов в России также весьма значительны и позволяют отправлять их на экспорт.

Основная проблема в добыче полезных ископаемых в России — плохая транспортная инфраструктура, и как следствие труднодоступность месторождений. Вторая, но тоже больная тема — отсутствие передовых технологий обработки полезных ископаемых и как следствие, «сырьевой» характер экспорта.

Полезные ископаемые

Добыча полезных ископаемых, или минеральных ресурсов, давно стала одной из самых важных отраслей индустрии. Современная горная промышленность располагает мощной техникой, хорошо разработанными методами добычи полезных ископаемых - в открытых карьерах, глубоких шахтах, с помощью многокилометровых буровых. Добычей полезных ископаемых и их переработкой заняты миллионы людей на земном шаре. Но вся эта техника была бы бесполезной, а горняки не имели бы работы, если бы геологи не указали в недрах Земли или на ее поверхности места сосредоточения различных полезных ископаемых, или их месторождения. Многочисленная армия геологов, насчитывающая только в нашей стране свыше полумиллиона человек - ученых, полевых геологов, рабочих и работников лабораторий, ведет беспрестанный поиск месторождений. Это и есть главная задача геологии, а учение о полезных ископаемых - ее сердцевина.

Состав полезных ископаемых

Полезные ископаемые. Геологам надо знать, что искать, т. е. представлять, в каком виде встречается в природе то или иное вещество, с какими минералами или горными породами оно связано. А чтобы такие минералы или горные породы искать не вслепую, надо знать, каково их происхождение, с какими геологическими процессами оно связано. Так, породы вулканического происхождения надо искать в одних районах, а породы, накапливавшиеся в осадках древних морей, - в других. Разные процессы связаны с различными структурами земной коры: по разломам и трещинам с глубин поднимается магма; в прогибах земной коры накапливаются толщи осадочных полезных ископаемых, а на месте разрушенных гор обнажаются древние породы фундамента. И всем им свойственны разные группы полезных ископаемых. При этом многие кладовые ценных минералов находятся не на поверхности Земли, а погребены под толщами других пород. Наконец, большинство полезных ископаемых образовалось не в современную эпоху, а в глубочайшей древности - миллионы и сотни миллионов лет назад. И геолог должен уметь читать древнюю историю Земли.

Всем, о чем мы здесь говорим, занимается целая семья геологических наук: минералогия и петрография, изучающие вместе с кристаллографией вещество земной коры; тектоника - наука о строении земной коры, ее структуре и движениях; прошлое Земли исследует историческая геология; особые задачи стоят перед стратиграфией, литологией, гидрогеологией; помогают вести поиск геохимия и геофизика... Все это сложные и увлекательные науки; в других статьях этого раздела вы уже познакомились с самыми общими их выводами, необходимыми для учения о полезных ископаемых.

Различные металлы, твердое и жидкое топливо, расщепляющиеся минералы, строительные и поделочные камни, химическое и керамическое сырье, удобрения, соль, термальные и минеральные воды и многое, многое другое, без чего не может существовать современный человек, извлекается из недр Земли. В них эти необходимые человеку вещества залегают в виде различных горных пород, руд и минералов, называемых полезными ископаемыми или минеральными ресурсами. Места же их залегания на поверхности и в глубинах Земли, на дне океанов - это месторождения полезных ископаемых.

Еще на заре человеческого общества, в каменном веке, люди использовали глыбы или обломки горных пород и примитивные изделия из них в качестве повседневного орудия труда. Одним из первых металлов было самородное золото, находки которого известны за 12 тыс. лет до н. э. В бронзовый век (приблизительно от 4 тыс. до 1 тыс. лет до н. э.) люди открыли способ выплавлять из руд цветные металлы и получать сплавы меди с оловом, свинцом, сурьмой и серебром. Теперь они не только искали самородки, но добывали руды этих металлов. В более поздний, железный, век наши предки начали ковать изделия из найденного ими метеорного железа, а затем научились выплавлять металл из железной руды. Секрет получения железа из руд был раскрыт в Египте и Месопотамии во 2 тысячелетии до н. э., а в остальных странах, в том числе и в Европе, железо начали выплавлять только в начале нашей эры. Нефть в качестве топлива применялась уже в бронзовом веке, а каменный уголь начал играть существенную роль лишь с XVII в.

Так постепенно человечество расширяло круг минеральных веществ, добываемых из земных недр. По подсчетам академика В. И. Вернадского, в древние века человек использовал 18 химических элементов, получаемых из полезных ископаемых. К XVII в. их уже насчитывалось 25; в XVIII в. - 29; в XIX в. на службе у человека было уже 47 элементов, а в начале XX в. - 54. В середине XX в. человек использует 80 природных элементов, не считая 11 трансурановых элементов, получаемых искусственно.

Полезные ископаемые так прочно вошли в жизнь человеческого общества, к изделиям из них мы настолько привыкли, что подчас их не замечаем. Мы забываем, что для изготовления ложек, ножей и вилок добывались руды железа, алюминия, хрома, никеля, молибдена, меди и серебра. Для производства изделий из стекла из недр Земли извлекали кварц, а для фарфоровой посуды - полевые шпаты. Из шахт или со дна озер добывают пищевую соль, а для изготовления синтетических тканей употребляют горючий газ и нефтяные продукты.

Не задумываемся мы и о том, что современные сооружения представляют собой целые музеи полезных ископаемых. Так, например, при строительстве главного здания Московского университета на Ленинских горах было использовано 74 разновидности полезных ископаемых, в том числе 12 видов гранита, 5 видов мрамора, 4 вида известняка, 19 различных металлов. Если же учесть полезные ископаемые, потребовавшиеся при изготовлении учебного оборудования и лабораторных приборов, то список их существенно возрастет. В автомобиле "Волга" использовано 36 видов полезных ископаемых.

Одни полезные ископаемые используются в форме природных минералов и кристаллов или твердых, жидких и газообразных пород; другие - в виде элементов и их соединений, извлеченных из пород и руд. Как элементы или их соединения используются черные металлы (железо, марганец, хром), легкие металлы (алюминий, литий), цветные металлы (медь, цинк, свинец), редкие металлы (вольфрам, молибден, олово, кобальт, ртуть), благородные металлы (золото, платина, серебро), радиоактивные металлы (уран, торий, радий, актиний, нептуний, плутоний).

В форме природных минералов наиболее часто используется в промышленности и в быту графит; асбест и андалузит - как огнеупоры; сера и сернистые соединения металлов (колчеданы) - для нужд химии; апатит, фосфорит и калийная соль - как сырье для производства минерального удобрения. Как кристаллы находят применение драгоценные камни (алмаз, изумруд, аквамарин, сапфир, рубин, топаз, аметист); горный хрусталь, кальцит, флюорит, турмалин и другие используются в оптической и электронной промышленности; кристаллы слюд (мусковит, флогопит) применяются в качестве диэлектриков.

Горные породы широко идут в дело при строительстве (плиты гранита и мрамора, гравий, песок, глина), а также в качестве твердого топлива (уголь, горючие сланцы, торф). В жидком виде добываются нефть и различные минеральные воды. В газообразном состоянии из недр Земли получают горючий газ, а также негорючие, или инертные, газы, такие, как гелий, неон, аргон.

Н екоторые полезные ископаемые используются в том виде, как добываются, без переработки (графит, слюда, поваренная соль), другие требуют различной обработки. Строительные плиты и драгоценные камни требуют лишь механической полировки и огранки. Глины, идущие для производства цемента и фарфора, проходят термическую обработку - их обжигают в специальных печах при высокой температуре. Различные минеральные кислоты, а также минеральные удобрения получаются при химическом переделе минерального сырья. Металлы извлекаются из руды обычно в две стадии. На первой, называемой обогащением, руда дробится и из нее удаляют бесполезные минералы. При этом получается рудный концентрат с высоким содержанием металла. Затем из концентрата плавлением в металлургических печах или каким-либо другим способом, например электролизом, получают металл.

Обычно вещество твердого полезного ископаемого представляет собой целый агрегат различных минералов. В рудах, из которых извлекаются металлы, находятся ценные, или рудные, минералы - носители металлов. С ними вместе находятся не содержащие ценных элементов, или, как их иногда называют, жильные, минералы. Соотношение между рудными и жильными минералами может быть различным. Так, в кварцевых жилах количество золота составляет тысячные доли процента. Наоборот, богатые руды железа целиком состоят из рудных минералов, таких, как магнитный железняк.

В руде металлы редко встречаются в чистом виде, как, например, самородное золото. Чаще они входят в рудные минералы, имеющие различный химический состав. Так, железо, марганец, олово, уран, алюминий содержатся в руде в виде соединений с кислородом, т. е. в форме окислов. Медь, цинк, свинец, никель, сурьма, ртуть присутствуют в рудах в форме соединений с серой, или сульфидов. Магний добывают из его соединений с углеродом или из карбоната.

Не всякое скопление рудных минералов в недрах Земли можно считать месторождением полезных ископаемых. Скопление должно быть достаточно велико и содержать достаточно большое количество ценного минерала, чтобы оправдать его эксплуатацию, а также обработку и переработку ископаемых, требующих обычно крупных затрат на строительство рудников, перерабатывающих фабрик и заводов.

Количество минерального сырья в недрах Земли называется его запасами. Минимальные запасы полезного ископаемого и самое низкое содержание в нем ценного компонента, достаточные для промышленной разработки, называются промышленными кондициями. Они весьма различны для разных групп полезных ископаемых. Например, заслуживающее промышленной разработки месторождение железной руды, как правило, должно обладать запасами в десятки - сотни миллионов тонн при содержании железа в руде не ниже 20%. Между тем добыча золота целесообразна на месторождении с запасами в несколько сот килограммов при содержании его в руде 0,0005%.

Скопления полезных ископаемых в недрах Земли образуют тела различной формы. Среди них чаще всего распространены пласты и жилы; известны также штоки, гнезда, штокверки, трубы.
Пласты - это плоские тела, подстилаемые и перекрытые слоями осадочных пород - известняков, песков, глин. Обычно пласты полезных ископаемых занимают большую площадь. Например, пласты углей Донецкого бассейна вытянуты в длину на несколько десятков километров. Толщина, или мощность, пластов бывает разная. В угольных пластах Донецкого бассейна она небольшая - в среднем 0,7 м. Между тем пласты каменной соли в Соликамске на Урале достигают мощности до 500 м.

Жилы представляют собой трещины в горных породах, заполненные полезным ископаемым. Толщина (мощность) жил колеблется от нескольких сантиметров до десятков метров. Их длина иногда измеряется метрами, но в некоторых случаях они вытянуты на сотни километров, как, например, золотоносная Материнская жила в Калифорнии протяженностью 200 км.
Пласты и жилы в недрах Земли могут залегать горизонтально, с наклоном под различным углом и даже вертикально.

Штоком называют крупное скопление полезного ископаемого, равномерно распространяющееся во всех направлениях. Известны штоки каменной соли или железной руды поперечником в один и более километров. Шток меньших размеров называется гнездом. Штокверк представляет собой массу горной породы, пронизанную тончайшими жилками и вкраплениями ценных минералов. Форму штокверка имеют некоторые месторождения меди, олова, молибдена, золота, асбеста. В форме труб и трубок, т. е. цилиндрических тел, уходящих в глубь Земли, залегают, например, скопления руд свинца, фторсо-держащего минерала флюорита и др. Типичны кимберлитовые трубки с алмазами в Сибири и в Африке.

Тела полезных ископаемых различной формы встречаются как в виде индивидуальных залежей, так и группами, причем месторождение может состоять из одного или нескольких, иногда десятков и даже сотен чаще всего однотипных тел. От формы месторождения зависит и его поиск, разведка, а также способы добычи.
Пласт или жилу геолог прослеживает на большом расстоянии, стремясь не потерять. При разработке пластов каменного угля приходится обрушивать много пустой породы. А в крупном штоке каменной соли горные разработки выглядят как подземные сводчатые дворцы с белыми стенами.

Как возникли месторождения полезных ископаемых

Главная масса всех химических элементов, в том числе и очень ценных, рассеяна в горных породах. Лишь очень незначительная часть их сосредоточена в месторождениях полезных ископаемых. Но хотя содержание элементов в горных породах низкое, их общее количество грандиозно. Так, мировые запасы урана в выявленных месторождениях, содержащих богатую руду, к настоящему времени, даже без территории СССР, достигают 1 млн. т. Среднее же содержание урана, рассеянного в горных породах, составляет всего лишь 0,0004%. Однако общее количество рассеянного урана в земной коре колоссально и во много миллионов раз превышает запасы этого металла во всех известных месторождениях мира. А запасы в них равновелики количеству урана, находящемуся в рассеянном состоянии всего лишь в 100 км3 горных пород. Так же обстоит дело и с другими ценными элементами.

Почему же, в каких условиях химические элементы, обычно входящие в состав минералов, слагающих горные породы, в отдельных местах образуют скопления с высокой концентрацией этих элементов? Над выяснением условий, создающих благоприятные природные предпосылки для формирования месторождений полезных ископаемых, трудились крупнейшие геологи мира.
Среди работ отечественных ученых выделяются труды В. И. Вернадского, И. М. Губкина, А. П. Карпинского, В. А. Обручева, А. Е. Ферсмана и других.

Все полезные ископаемые по условиям их образования разделяются на глубинные и поверхностные. Глубинные месторождения называются также эндогенными ("эндо" - внутри, "генная" - рожденная), а поверхностные - экзогенными ("экзо" - снаружи).
Формирование глубинных, или эндогенных, месторождений обычно связано с внедрением в земную кору и застыванием раскаленных подземных расплавов, или магм. Поэтому такие месторождения иногда называют магматогенными или магмой рожденными. Магма по трещинам проникает в горные породы. При этом только незначительная часть ее в вулканах достигает поверхности Земли, образуя потоки лавы и скопления вулканического пепла, создающего туфы. Большее количество магмы не доходит до земной поверхности и застывает на глубине, образуя глубинные кристаллические магматические породы, такие, как габбро, диориты, граниты и им подобные. Застывшие на глубине и на поверхности Земли магматические породы широко используются в качестве природных каменных строительных материалов.

Благодаря различию физических и химических свойств элементов в процессе остывания магматических расплавов в недрах Земли происходит их разделение, образуются скопления части химических элементов. При остывании так называемых основных магм, содержащих в своем составе не более 50% окиси кремния, процесс разделения слагающих их веществ идет подобно выплавке чугуна в домнах. При этом в застывающих на глубине скопле ниях магмы кверху всплывают легкие породы, а на дно магматического резервуара опускаются тяжелые минералы, образующие рудные магматические месторождения. Наиболее значительные из них месторождения железа и титана, хрома и платины, меди и никеля. Близки к ним по своему происхождению и месторождения алмазов в кимберлитовых трубках Сибири и Южной Африки, но для их образования кроме высокой температуры важное значение имеет огромное давление.

Совершенно иначе обособляются ценные минералы при застывании так называемых кислых магм, содержащих более 50% окиси кремния. Эти магмы обычно отличаются повышенным содержанием различных газов, в том числе и паров воды. Газы растворяют многие химические соединения, особенно металлические, и не дают им выпадать в осадок на ранних стадиях остывания магмы. Поэтому условия для их концентрации создаются в самых поздних, не успевших полностью отвердеть остатках магматических расплавов. Часть таких остаточных расплавов магмы, насыщенных горячими газами и растворенными в них ценными элементами, внедряется по трещинам в горные породы и, остывая, образует так называемые пегматитовые жилы. Они состоят в основном из кварца и полевого шпата, а иногда содержат накопления слюды, драгоценных камней (топаз, аквамарин и др.), минералов бериллия и лития, олова, вольфрама, урана.

Магматические газы с растворенными в них ценными соединениями не только накапливаются в остаточных очагах магмы, но также могут просачиваться через уже отвердевшие стенки, проникая в окружающий остывающий магматический очаг породы, при этом между фильтрующимися раскаленными газами и окружающей породой могут возникнуть химические реакции. Особенно бурно они протекают между горячими магматическими газами и известковыми породами. В ходе таких реакций по периферии массивов остывающих магматических пород, в зоне соприкосновения их с известняками, возникают так называемые скарны. Они состоят из минералов, в состав которых входит известь, кремний и алюминий. Кроме того, в скарнах часто накапливаются минералы железа, меди, свинца, цинка, вольфрама, бора, образующие скарновые месторождения этих ценных элементов.

Но не все магматические газы реагируют на глубине с горными породами. Большая их часть вследствие высокого давления устремляется по трещинам и порам горных пород к поверхности Земли. При этом минерализованные пары постепенно охлаждаются, сжижаются и превращаются в горячие минеральные воды - гидротермы. Они продолжают подниматься по трещиноватым и пористым водопроницаемым горным породам. По мере дальнейшего охлаждения горячих минеральных вод растворенные в них соединения ценных и иных элементов выпадают в осадок. Заполняя трещины горных пород, они образуют жилы полезных ископаемых. Часть элементов гидротерм вступает в реакцию с минералами горных пород и отлагается, формируя залежи полезных ископаемых, замещающие эти горные породы. Подобного рода месторождения, образованные отложениями горячих минеральных вод в недрах Земли, называются гидротермальными. С этой очень важной группой эндогенных месторождений полезных ископаемых связаны большие количества руд меди, свинца, цинка, олова, вольфрама и других ценных элементов.

Экзогенные месторождения образуются под действием геологических процессов у поверхности Земли. Они формируются в ходе длительных изменений горных пород по мере их перемещения из недр к поверхности Земли. Такие медленные или внезапные катастрофические подъемы отдельных участков земной коры происходили во все геологические эпохи и продолжаются в наши дни. У поверхности Земли горные породы под действием колебаний температуры и водных потоков механически разрушаются на мелкие и мельчайшие обломки. Под влиянием воды, кислорода и углекислоты они химически разлагаются, меняя свой состав. Продукты такого разрушения уносятся водными потоками в реки и, оседая на их дне, образуют хорошо известные речные месторождения гравия, песков и глин. При этом некоторые химически стойкие, неокисляющиеся, твердые и тяжелые минералы накапливаются в нижней донной части речных отложений, образуя россыпи. В россыпях могут концентрироваться только тяжелые минералы с удельным весом более 3. Поэтому именно в виде россыпей известны месторождения золота, платины, оловянного камня, вольфрамита и т. д.

Скопления полезных ископаемых в недрах Земли образуют тела различной формы.
На рисунках даны формы залегания магматических пород:

З начительная часть минеральной массы, находящейся в речной воде в виде ила или в растворенном состоянии, выносится в моря и океаны. Масштабы такого выноса огромны. Так, Волга за год выносит в Каспийское море 25,5 млн. т взвешенного в воде материала, Амударья в Аральское море - 215 млн. т, Амазонка в Атлантический океана - около 1000 млн. т. В океанах и морях минеральные вещества, поступающие с континентов, под влиянием силы тяжести, в результате химического воздействия соленой морской воды или в связи с жизнедеятельностью морских организмов осаждаются и накапливаются на дне. Так создаются толщи пород осадочного происхождения, среди которых находятся пласты осадочных полезных ископаемых. Наряду с такими общеизвестными, как пески, глины, известняки, распространены месторождения руд железа, марганца, алюминия, фосфоритов, угля и нефти.

На поверхности Земли образуются месторождения полезных ископаемых также вследствие растворения и выноса части вещества грунтовыми водами, причем в остатке накапливаются трудно растворимые ценные минеральные соединения. Например, в породе, состоящей из соединении кальция и алю миния, кальциевые минералы могут растворяться и удаляться с водой, а в остатке накопятся соединения алюминия - бокситы - ценная руда для производства этого металла. Такие месторождения называются остаточными. Среди них помимо бокситов известны залежи железной руды, никелевой руды, фосфорных соединений.

Часть растворенного вещества может вновь отложиться под землей из грунтовых вод, при их инфильтрации по проницаемым породам. Возникающие при этом месторождения так и называются инфильтрационными. Среди инфильтрационных известны месторождения никеля, меди, золота, урана.
Если горные породы и заключенные среди них месторождения полезных ископаемых погружаются в глубь Земли, на них действует давление залегающих на них толщ и внутренний жар Земли. Под их влиянием горные породы и полезные ископаемые изменяются, преобразуются в метаморфические, такие, как гнейс или кристаллический сланец, при этом могут возникнуть метаморфические месторождения полезных ископаемых ("метаморфоза" - изменение). К ним относятся как ранее существовавшие, но подвергшиеся интенсивному изменению тела, так и возникшие вновь вследствие метаморфизма. К последним принадлежат, например, месторождения мрамора, кровельных сланцев, слюды, графита, гранатов.

Эпохи формирования полезных ископаемых

Таким образом, мы узнали, в виде каких минералов и горных пород встречаются в земной коре полезные ископаемые, в каких формах они залегают.
Вот если бы еще знать, когда возникли месторождения, с толщами пород какого возраста они связаны! Но месторождения полезных ископаемых формировались в недрах Земли и на ее поверхности на всем протяжении длительной истории геологического развития каменной оболочки нашей планеты, насчитывающей около четырех миллиардов лет. Однако ученые установили два важных обстоятельства. Во-первых, одинаковые полезные ископаемые, содержащие одни и те же виды минерального сырья, формировались многократно, начиная от древнейших геологических периодов до самого позднего времени. Во-вторых, концентрации минеральной массы, сопровождавшиеся образованием тех или иных месторождений, протекали кратковременно, как бы вспышками, разделенными длительными перерывами - периодами затишья. Повторяющиеся периоды образования тех или иных групп минерального сырья принято называть эпохами формирования полезных ископаемых. Выделяются, например, эпохи углеобразования, среди которых, как утверждал академик П. И. Степанов, особенно важны каменноугольная, пермская, юрская и третичная. Академик И. М. Губкин наметил особо богатые нефтью раннесилурийскую, средневерхнедевонскую, раннекаменноугольную, позднекаменноугольную, меловую и третичную эпохи. Академик Н. М. Страхов выделяет семь главных и девять второстепенных эпох образования осадочных месторождений руд железа, марганца и алюминия.

Особенно примечательны эпохи формирования эндогенных месторождений металлов, или, как их еще иногда называют, металлогенические эпохи. Они соответствуют геологическим циклам развития верхней оболочки Земли. В истории формирования земной коры выделяется пять главных геологических циклов и соответствующих им пять главных металлогенических эпох. Самый древний, архейский, цикл охватывает период от 4,5 до 2,5 млрд. лет от нашего времени. Последующий, протерозойский, цикл протекал от 2,5 до 1,65 млрд. лет. Более поздний, рифейский, цикл длился от 1,65 до 0,6 млрд. лет. Еще более поздний, палеозойский, цикл развивался от 0,6 до 0,25 млрд. лет. Наконец, самый последний, мезозойско-кайнозойский, цикл продолжается от 0,25 млрд. лет до наших дней.

В статье "Геологическая история Земли" было рассказано, что начиная с протерозойского цикла земная кора была расчленена на платформы и геосинклинали. Платформы - это отвердевшие и стабилизировавшиеся участки земной коры, испытывавшие в дальнейшем медленные вековые погружения. Во время таких погружений они покрывалисьмелким морем. Затем наступали такие же плавные подъемы, во время которых море отступало. При наступлении моря поверхность платформ покрывалась горизонтально лежащими слоями морских осадков с заключенными среди них осадочными месторождениями полезных ископаемых.

В отличие от платформ геосинклинали более подвижны. Они испытывали интенсивные колебания с большим размахом погружения и поднятия. В истории развития геосинклиналей всех пяти металлогенических эпох выделяются три стадии со свойственными им месторождениями полезных ископаемых. В раннюю стадию происходило длительное и глубокое прогибание ложа геосинклинали. На нем накапливалось огромное количество осадков, достигающих мощности десяти и более километров.

На дне геосинклинальных морей действовали многочисленные вулканы, а в мощные толщи геосинклинальных осадков внедрялись магмы основного базальтового состава. При их остывании возникали магматические, скарновые и гидротермальные месторождения руд железа, хрома, титана, меди, цинка и платины. В среднюю стадию пласты пород, накопившиеся на дне геосинклинали, сминались в складки. Формирование складок также сопровождалось внедрением магм, но уже кислого гранитного состава. С крупными массивами гранитов этой стадии ассоциированы пегматитовые и скарновые месторождения руд цветных и редких металлов - вольфрама, олова, бериллия, лития и др.

В позднюю стадию сжатые в складки породы геосинклиналей раскалывались на крупные клинья, при вздымании которых на месте геосинклиналей образовывались горные хребты. Вдоль крупных расколов земной коры, ограничивающих такие клинья, вновь внедрялась магма гранитного и андезитового состава. В результате этого процесса зарождались многочисленные гидротермальные месторождения руд цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов.

Образование гор на месте геосинклиналей было столь интенсивным, что соседние с ними платформы также активизировались: прогибались, а иногда раскалывались. По этим расколам из глубинных частей Земли проникала магма, при этом на платформах могли возникнуть эндогенные месторождения магматических руд меди и никеля, алмазов, гидротермальных руд золота, редких металлов.
На земном шаре известно девять платформ: Русская, Сибирская, Китайская, Индийская, Африканская, Североамериканская, Южноамериканская, Австралийская, Антарктическая. И хотя на них встречаются эндогенные месторождения полезных ископаемых, им более свойственны метаморфогенные руды в основаниях и осадочные месторождения в верхней осадочной оболочке. Горные же пояса, возникшие на месте геосинклиналей, таких, как Урал, Кавказ, Тянь-Шань, горные хребты Сибири, Кордильеры Америки, Альпы Европы и другие, особенно богаты разнообразными эндогенными месторождениями.

Горючие ископаемые

Особую группу полезных ископаемых образуют различные виды топлива: в них как бы аккумулированы солнечное тепло и энергия, которые освобождаются при сжигании. Торф, уголь, горючие сланцы, нефть и горючие газы содержат углерод, соединение которого с кислородом при горении сопровождается выделением тепла. Теплотворная способность горючих веществ, в том числе и горючих ископаемых, определяется количеством калорий, выделяемых при сжигании 1 кг топлива. Она колеблется в очень широких пределах и определяется следующими примерными границами (в килокалориях):
Торф 500 - 2000
горючий сланец 1500 - 3000
бурый уголь 3500 - 7500
каменный уголь 7000 - 9000
антрацит 8000 - 8400
нефть 10 000 - 15 000

Горючие ископаемые используются не только как топливо. Они служат незаменимым сырьем для производства разного рода изделий. Угли, горючие сланцы, нефть и газ идут на производство пластмасс, синтетических тканей, взрывчатых веществ, лекарств, красок, технических масел, мыла и других изделий.

Торф представляет собой скопление полуперепревшей растительной массы, накопившейся на дне болот и заросших озер. В его состав входят не полностью разложившиеся остатки деревьев, кустарников, тростника, камыша, трав и мхов, продукты их полного разложения, или гумус, а также глина и ил. В естественном состоянии торф содержит много воды (около 80-90%), поэтому он относится к низкокачественным горючим ископаемым. В настоящее время торф как горючее ископаемое не играет заметной роли: он используется как удобрение в сельском хозяйстве.

Уголь представляет собой горную породу темного цвета с большим содержанием горючего вещества, возникшего вследствие захоронения в осадочных толщах скоплений различных растений. В хлорофилловых зернах стеблей и листьев под влиянием солнечного сйета растения синтезируют из углекислого газа, воздуха и почвенной воды первичные органические вещества, при этом растения не только концентрируют в своих тканях углерод, водород и кислород, но и накапливают солнечную энергию, которая освобождается при сгорании. Поэтому ископаемый уголь иногда называют солнечным камнем. Пласты каменного угля формировались за счет накопления растений двух групп. К первой принадлежат водоросли, при разложении которых на дне водных бассейнов накапливались сапропели. Ко второй группе относятся остатки деревьев, кустарников, трав и мхов, подобных тем, которые слагают торф, но преобразованные в гумус.
Поэтому в зависимости от состава исходной растительной массы различают угли сапропелевые и гумусовые.
Массы сапропелей или гумуса накапливаются на дне болот, озер и морей, где их предохраняет от полного разложения слой воды, препятствующий воздействию кислорода воздуха. Постепенно такая полуразложенная растительная масса заносится илом, а потом толщей глин, песков и других осадков, при этом растительная масса уплотняется, обезвоживается и отвердевает, постепенно преобразуясь в ископаемый уголь. По мере увеличения перекрывающих осадков, а также все большего погружения на глубину углеобразующая масса изменяется все сильнее. При слабом изменении из торфяного гумусового вещества формируется бурый уголь, рыхлый и сравнительно мягкий. При дальнейшем изменении он преобразуется в более твердый каменный уголь черного цвета, а затем возникает густочерный блестящий твердый и хрупкий антрацит.

Ископаемые угли образуют пласты толщиной от нескольких сантиметров до десятков метров. Месторождения углей могут состоять из одного пласта, например в Подмосковном бассейне, или из десятков, как в Донецком бассейне. Пласты могут располагаться горизонтально или быть смяты в складки вместе с вмещающими их породами. Они могут встречаться на ограниченной площади, а также распространяться на большой территории. В последнем случае они формируют угольные бассейны. Например, Подмосковный бассейн бурого угля располагается в пределах Ленинградской, Новгородской, Калининской, Смоленской, Калужской, Московской, Тульской и Рязанской областей на общей площади 120 тыс. кв. км. Донецкий бассейн каменного угля и антрацита расположен на территории Украины и Ростовской области на площади 60 тыс. кв. км.
В Советском Союзе добывается огромное количество угля - до 600 млн. т в год. Но такие грандиозные размеры добычи не опасны для истощения природных кладовых, так как по запасам угля - 260 млрд. т - мы занимаем первое место в мире.

Горючие сланцы образуются преимущественно из сапропелей. Они представляют тонкослоистую глину, содержащую горючее органическое вещество, которое окрашивает породу в черный цвет. Горючие сланцы употребляются не только как топливо, из них извлекают минеральные масла, горючий газ, аммиак.

Нефть и горючий газ встречаются в земных недрах как вместе, так и раздельно. Нефть - это природная горючая маслянистая жидкость, состоит из смеси жидких и газообразных углеводородов. При отвердевании нефти образуются асфальт и озокерит. Природный горючий газ состоит из газообразных углеводородов - метана, этана, пропана.
Нефть и горючий газ накапливаются в пористых породах, называемых коллекторами. Хорошим коллектором является пласт песчаника, заключенный среди непроницаемых пород, таких, как глины или глинистые сланцы, препятствующие утечке нефти и газа из природных резервуаров. Наиболее благоприятные условия для образования месторождений нефти и газа возникают в тех случаях, когда пласт песчаника изогнут в складку, обращенную сводом кверху. При этом верхняя часть такого купола бывает заполнена газом, ниже располагается нефть, а еще ниже - вода. Залежи нефти и газа вскрываются при помощи буровых скважин. На заре нефтедобывающей промышленности эти скважины вскрывали нефть и газ на глубине в несколько сот метров. В настоящее время, когда неглубоко залегающие месторождения выработаны, буровые скважины достигают глубины до 7 км. Газ и нефть находятся в недрах Земли под большим давлением, поэтому, если не принять мер, при бурении скважин возникают нефтяные и газовые фонтаны.

О том, как образовались месторождения нефти и горючего газа, ученые много спорят. Одни геологи - сторонники гипотезы неорганического происхождения утверждают, что нефтяные и газовые месторождения образовались вследствие просачивания из глубин Земли углерода и водорода, их объединения в форме углеводородов и накопления в породах - коллекторах.
Другие геологи, их большинство, полагают, что нефть, подобно углю, возникла из органической массы, погребенной на глубину под морские осадки, где из нее выделялись горючие жидкость и газ. Это органическая гипотеза происхождения нефти и горючего газа. Обе эти гипотезы объясняют часть фактов, но оставляют без ответа другую их часть.
Полная разработка теории образования нефти и горючего газа еще ждет своих будущих исследователей.

Группы нефтяных и газовых месторождений, подобно месторождениям ископаемого угля, образуют газонефтеносные бассейны. Они, как правило, приурочены к прогибам земной коры, в которых залегают осадочные породы; в их составе имеются пласты хороших коллекторов. В нашей стране давно известен Каспийский нефтеносный бассейн, разработка которого началась в районе Баку. В 20-х годах был открыт Волго-Уральский бассейн, который назвали Вторым Баку. В 50-х годах был выявлен величайший в мире Западно-Сибирский бассейн нефти и газа. Крупные бассейны, кроме того, известны и в других районах страны - от берегов Ледовитого океана до пустынь Средней Азии. Они распространены как на материках, так и под дном морей. Нефть, например, добывается со дна Каспийского моря.

Советский Союз занимает одно из первых мест в мире по запасам нефти и газа. Большое преимущество этих полезных ископаемых - сравнительное удобство их транспортировки. По трубопроводам нефть и газ поступают за тысячи километров на фабрики, заводы и электростанции, где используются как топливо, как сырье для производства бензина, керосина, масел и для химической промышленности. По трубопроводу "Дружба" длиной более 4000 км нефть течет из Советского Союза в Польшу, Чехословакию, Германскую Демократическую Республику и Венгрию. Горючий газ Средней Азии и Приволжья доходит до Москвы и Ленинграда, обеспечивая квартиры жителей городов и сел дешевым и чистым топливом.

Полезные ископаемые России

Самая большая страна в мире занимает одно из лидирующих мест по запасам полезных ископаемых.

Наиболее ярко это можно представить в цифрах. На территории России сейчас открыто более 200 тысяч месторождений, а совокупная стоимость всех ископаемых составляет около 30 трлн. долларов.

Вот доля России в мировых запасах отдельных видов ископаемых:

• Нефть — 12%

• Природный газ — 32%

• Уголь — 30 %

• Калийные соли — 31%

• Кобальт — 21%

• Железо — 25%

• Никель — 15%.

Особенности рельефа России

Россия занимают самую обширную территорию в мире, а потому имеет разнообразный и сложный рельеф. Среди особенностей рельефа выделяют:

1. Преобладание равнин в европейской части страны и центральных областях.

2. Горы расположены, в основном на юге, востоке и северо-востоке (не считая Уральского хребта, который пересекает Россию с севера на юг).

3. Рельеф имеет общий уклон к северу, поэтому большинство рек впадает в воды морей Арктики.

Эти характерные черты рельефа влияют на распространение залежей полезных ископаемых. Горные породы добывают на Кавказе и в Восточной Сибири, торф — в лесных массивах, бокситы и железные руды — на равнинах.

Виды полезных ископаемых

Полезные ископаемые — это минералы и породы, которые используются человеком. Существует несколько классификаций полезных ископаемых, но чаще всего их разделяют по виду использования.

Горючие

• Каменный уголь — осадочная порода, залегает пластами. Важнейший вид топлива, используется в металлургии. Важнейшие запасы России — Кузбасс, Печорское, Тунгусское месторождения.

• Торф образуется в болотах из гниющих остатков растений. Содержит до 60% углерода. Используется как дешевое топливо, для удобрений и для добычи уксусной кислоты.

• Нефть — маслянистая жидкость черного цвета, прекрасно горит. Залегает между осадочными породами на разных глубинах. Это важнейшее ископаемое топливо. В РФ крупнейшие месторождения — Западно-Сибирский бассейн, бассейны Северного Кавказа и Поволжья.

• Природный газ — образуется в пустотах горных пород. Иногда его скопления могут составлять миллионы кубометров. Это самое дешевое и удобное топливо.

• Горючие сланцы — осадочные породы, представляющие собой смесь из кремнистой глины и остатков органических веществ. При перегонке сланцев получается смола, близкая по своему составу и свойствам нефти.

Рудные

• Горные породы (мрамор, слюда, асфальт, туф, калийная соль, фосфориты). Имеют различное происхождение и используются практически во всех промышленных отраслях.

Так, туфы и мрамор применяют в строительстве, слюды — в электро и радиопромышленности, асбест — для теплоизоляции и противопожарной изоляции, асфальт — для покрытия дорог.

• Металлические руды (железные, медные, никелевые, цветные металлы) — это горные скопления, содержащие металлы. Например, алюминий добывают из бокситов, нефелинов и алунитов, железо — из железных руд, бурого, красного и магнитного железняка.

• Неметаллические руды (песок, асбест).

Нерудные

• Драгоценные камни — природные камни органического или минерального происхождения. Используются в ювелирном деле, медицине, химической промышленности.

• Песок, гравий, глина, мел, соли — твердые горные породы, используемые практически во всем областях промышленности.

Ресурсы и месторождения

На территории России представлено около 30 видов ископаемых. Вот описание главных месторождений и запасов лишь некоторых из них.

Нефть и газ

Нефть добывают в основном в восточных и северных частях страны, а также на шельфах морях Арктики и Дальнего Востока. В настоящее время активно осваиваются 2152 нефтяных месторождения. Ежегодно добывают до 600 млн. тонн, а прогнозируемые запасы исчисляются 50 млрд. тонн.

По запасам природного газа Россия занимает первое место в мире. В год добывается около 650 млрд. кубометров газа. Разведано более 10 месторождений, которые называют уникальными, так как прогнозируемые запасы в них превышают отметку в 1 трлн. кубометров.

Уголь

По добыче угля Россия занимает третье место в мире. Только разведанных запасов хватит стране на 400 лет. Угольные бассейны сосредоточены, в основном, на востоке страны — за Уральскими горами. Крупнейшими месторождениями являются Тунгусский (более 2200 млрд. тонн) и Ленский бассейны (1647 млрд. тонн).

Горючие сланцы

Основные месторождения сосредоточены на европейской части страны. Самым крупным является Прибалтийский сланцевый бассейн.

Торф

Основные запасы торфа находятся на азиатской части России. Всего разведано более 46 тыс. месторождений. Крупнейшее — Васюганское, где добывают 15% запасов торфа в РФ.

Железные руды

По залежам железных руд Россия занимает первое место в мире. Самые крупные месторождения сосредоточены на европейской части (Курская магнитная аномалия, Балтийский щит на Кольском полуострове, Бассейн КМА).

Марганец

В РФ добывают марганец в основном карбонатного типа. На сегодня разведано 14 месторождений на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке. Общее количество запасов — около 150 млн. тонн. Крупнейшие месторождения — Юркинское, Березовское, Полуночное.

Алюминий

Россия имеет достаточное количество запасов бокситов и нефелинов — на Урале и в Западной Сибири. Но проблема в том, что руды низкого качества, и добыча алюминия представляется затратной. Наиболее перспективны в этом отношении запасы бокситов Северо-уральского района.

Цветные металлы

По запасам руд цветных металлов Россия занимает 1 место в мире, а общая стоимость разведанных запасов — более 1, 8 трлн. долларов. Самые богатые залежи руд обнаружены в Восточной Сибири и на Таймыре. Так, например, доля России в мировом объеме добычи алмазов — 25%. Больше добывают только в ЮАР.

Нерудные строительные материалы

К этой категории относятся песок, графий, облицовочные материалы. В России насчитывается около 8500 месторождений, крупнейшие из которых находятся в Восточной Сибири.

Специалисты отмечают главные проблемы, которые мешают России в полной мере использовать потенциал в сфере запасов полезных ископаемых — это недостаточное финансирование геологических изысканий, проблемы с налогообложением, нехватка обрабатывающих предприятий и невозможность обеспечить достаточный рынок сбыта.

Полезные ископаемые

Какие ископаемые мы называем полезными

Полезные ископаемые

Так не похожие друг на друга железная руда и нефть, мрамор и природный газ на самом деле очень близки между собой. Называются они, так же как и очень многие другие вещества, полезными ископаемыми. Ископаемые — потому что извлекаются из недр Земли, отторгаются человеком от её каменной оболочки. Полезные — потому что служат человеку, т.е. по его воле превращаются в разнообразные необходимые вещи, которые создают уют, обеспечивают безопасность, обогревают, кормят, перевозят. Одним словом, полезные ископаемые необходимы всегда и везде, оказывают огромное влияние на всю нашу жизнь.

Когда образовались на Земле полезные ископаемые? Очевидно, очень давно, вместе с самой каменной оболочкой планеты. Некоторые горные породы, которые человек использует сегодня для своих целей, имеют возраст несколько миллиардов лет. Другие полезные ископаемые появились позже: их возраст исчисляется десятками и сотнями миллионов лет. Иными словами, они возникали постепенно, в течение всей жизни нашей планеты. Есть и такие полезные ископаемые, например песок, глина или торф, которые продолжают накапливаться и по сей день. Для того чтобы увидеть, как это происходит, не надо спускаться в неведомые глубины: достаточно выйти на берег реки или моря либо побывать на одном из многочисленных болот, раскинувшихся на обширных пространствах России.

Полезными эти ископаемые были далеко не всегда. Когда древний человек делал первые шаги по Земле, их для него как бы не существовало. Человека окружала природа (живая и неживая): воздух, вода, животные и растения. И вместе с ними — минеральная твердь Земли. Твёрдая оболочка планеты была — и остаётся по сей день — не просто полезной, но необходимой для всего существующего на ней. Но это совсем в другом смысле, чем тот, который мы вкладываем в понятие «полезные ископаемые»: она выступала и выступает как каменная основа мироздания, как гигантские подмостки, на которых разворачиваются сцены земной жизни.

Чтобы ископаемые стали полезными, человек должен был стать Человеком и ощутить пользу, которую ему может принести камешек, лежащий на берегу реки или отколотый от скалы. Надо было, чтобы он научился использовать свою находку, обрабатывать её. Утекло немало воды, прежде чем человек понял, что под его ногами находится поистине неисчерпаемая кладовая, богатства которой сделают его многотрудную жизнь легче, интереснее и разнообразнее. Тогда полезные ископаемые «родились» вторично — теперь уже в сознании человека.

Многообразны минеральные ресурсы, которые получают из недр Земли. Основу полезных ископаемых составляют твёрдые вещества: руды различных металлов, уголь, самые разнообразные драгоценные и поделочные камни, строительные материалы, сырьё для химической промышленности. Извлекаются из недр и различные жидкости. К ним относятся нефть и подземные воды — от целебной влаги минеральных источников до обычной ключевой и колодезной воды. Используются и газы, заключённые в недрах, преждe| всего природный горючий газ, без которого сегодня) немыслим уют большинства городских квартир.

Что такое месторождение

Руда

Руда — древнерусское название крови. Руды металлов, извлекаемые из недр земли, наши предки считали её кровью. С незапамятных времён руду добывали в горах. Именно здесь она часто залегает неглубоко и доступна для разработки. Возникло одно из важнейших занятий человека — горнорудное производство. Во всём мире так называют любые работы, при которых ведутся поиск, разведка, добыча и переработка полезных ископаемых, где бы они ни производились — в горах, на равнинах или в глубинах морей и океанов.

Довольно трудно найти полезные ископаемые в таких объёмах и концентрациях (т.е. с высоким содержанием полезных компонентов в породе), чтобы их добыча была экономически выгодна — только тогда можно сказать, что это настоящее месторождение. Даже найдя следы присутствия полезных ископаемых или сами желанные минералы, люди не всегда торопятся их извлекать.

Есть несколько требований, которым должно удовлетворять найденное скопление минерального сырья, прежде чем оно будет признано месторождением: определённое количество руды (не ниже некоторого минимального) и содержание в ней полезных компонентов. Эти требования для одного и того же вида полезных ископаемых сильно меняются в зависимости от места расположения месторождения. В районах действующих рудников, где имеются промышленные предприятия, рабочая сила, густая сеть железных и автомобильных дорог, разработка месторождений стоит дешевле и требования к сырью будут значительно более низкими, чем для вновь открытых месторождений в удалённых и труднодоступных необжитых областях, например в Центральной Сибири, Гималаях, на Аляске и в других уголках планеты.

Так, если в старых горнорудных районах выгодно разрабатывать мелкие месторождения с малым содержанием золота (1—2 г/т), то для необжитых территорий эти условия совершенно неприемлемы. Там интерес представляют только те месторождения, где много золота и содержание его высокое. Только ради них целесообразно подводить дороги, строить добывающие и перерабатывающие предприятия, жильё и т.д.

В пределах месторождений руды образуют тела различной формы. Наиболее часто это пластины (пласты); тела приблизительно округлой формы, которые немецкие геологи называли штоками и штокверками; удлинённые трубы или комбинации этих трёх типов форм.

По сравнению со всей площадью нашей планеты, составляющей 510,1 млн км2, размеры отдельных месторождений ничтожно малы: они колеблются в пределах 0,003—0,47 км2. В масштабе такие месторождения напоминают точечные уколы иглы на лётном поле аэродрома.