Реферат: Полезные ископаемые
Полезные ископаемые

Вдумайся в словосочетание «полезные ископаемые». «Ископаемые» — значит,речь идет о чем-то, что извлекают из земных недр. Оно может быть твердым(например, это может быть минерал), но может быть жидким и даже газообразным.«Полезные» — значит, речь идет о чем-то нужном для людей, о том, что приноситпользу.

Вроде бы все понятно. Но есть тут тонкость, связанная с пониманием того,что именно представляется человеку полезным. Прошло много веков, преждечем наши далекие предки начали осознавать полезность подобранного на берегуреки камня и научились обрабатывать эту свою находку. В течение столетий рослопонимание человеком того, какая богатейшая кладовая находится у него подногами. По большому счету нет «неполезных» ископаемых. Фактически все, чтонаходится в земной коре, может стать полезным для человека. Если не сегодня, тов будущем.

И здесь возникает весьма непростая проблема. Извлекая из земных недрвсевозможные полезные ископаемые, люди истощают эти недра, нарушаютгеологическую структуру недр, перегружают земную поверхность как продуктамипереработки полезных ископаемых, так и отходами, которые образуются припереработке. Понятно, что эта экологическая проблема все сильнее обостряется помере увеличения добычи полезных ископаемых и расширения ассортиментаископаемых, которые человек включает в разряд «полезных».

Горючие ископаемые

Ты, наверное, догадываешься, какие ископаемые относят к горючим. Это торф,бурые и каменные угли, нефть, природные газы, горючие сланцы. Впрочем,термин «горючие» не очень удачный. Он наводит на мысль, что эти ископаемыеиспользуются только как топливо. Топливо для промышленных предприятий,электростанций, различных двигателей и т.д. Это правда, но далеко не всяправда. Так называемые горючие ископаемые широко используются и для многихдругих целей, особенно в химической промышленности. В особенности этосправедливо в отношении нефти. Нередко говорят, что «топить нефтью — все равночто топить денежными ассигнациями».

Торф, бурые угли, горючие сланцы образовались на месте озер, которые современем превратились сначала в болота, а потом в равнины (так называемые озерныеравнины). На дне озера в течение многих лет происходило отложение остатковрастений и других организмов. Все это постепенно сгнивало и превращалось в такназываемый сапропель. «Сапрос» -по-гречески «гнилой», а «пелос» — «грязь». Так что сапропель — это «грязь» из сгнивших остатков живых организмов.Постепенно, по мере того как озеро превращалось в болото, а болото возерную равнину, сапропели становились торфяниками или превращались в бурыеугли или горючие сланцы. Кстати, горючие сланцы называют также сапропелитами.

Заметим, что процессы формирования горючих ископаемых из сапро-пелей — это очень сложные процессы, требующие к тому же значительного времени.Торфяники, например, формируются тысячелетиями. Это, кстати говоря, следовалобы помнить всем любителям осушения болот. Первые месторождения горючих сланцевобразовались еще в протерозое — им более миллиарда лет. Около 40% всех горючихсланцев образовалось в палеозойскую эру.

Что касается каменного угля, то его пласты практически все сформировались350-250 млн. лет назад — в каменноугольном и пермском периодах палеозоя. В тевремена Земля была покрыта пышными зарослями гигантских древовидныхпапоротников, плаунов, хвощей. Почва не успевала «переваривать» всю этудревесную массу. Отмирая, деревья падали в воду, заносились песком и глиной ине разлагались (не сгнивали), а постепенно превращались в каменный уголь.Возьми в руки кусочек каменного угля и представь себе, что перед тобой«пришелец» из времени, которое завершилось примерно 300 млн. лет тому назад.

Происхождение угля, торфа, горючих сланцев сегодня достаточно хорошопонятно. Этого, однако, нельзя сказать о нефти. Примерно пять тысяч лет назад жители берегов Тигра и Евфрата (там теперьнаходятся государства Ирак и Кувейт) обратили внимание на извергающиеся из-подземли фонтаны темной маслянистой жидкости, которая хорошо горела. Они назвалиее «нафата», что в переводе с арабского означает «извергающийся». И вот прошлитысячелетия, но до сих пор ведутся дискуссии по поводу происхождения «нафаты».

Существуют две основных гипотезы. Согласно одной гипотезе нефтьобразовалась органическим путем, т.е. из остатков растений и животных,живших много миллионов лет назад (подобно тому, как образовались торф, угли,горючие сланцы). По другой гипотезе нефть имеет неорганическое происхождение.

Органическую гипотезу происхождения нефти выдвинул в свое времязнаменитый российский ученый Михаил Васильевич Ломоносов (1711 — 1765).В своем труде «О слоях земных» он так писал о нефти: «Выгоняется подземнымжаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материяи выступает в разные расселины и полости сухие и влажные, водаминаполненные...».

В 1919годуроссийский академик Николай Дмитриевич Зелинский (1861-1953) выполнилдвойную перегонку сапропеля, взятого из озера Балхаш, и получил бензин. Внастоящее время ученые установили, что органические соединения в самом делеспособны превращаться в нефть и что лучше всего это происходит при температурах100-200 «С. А ведь именно такие температуры характерны для глубин 3-5 км,которые считаются главной зоной нефтеобразования. Тогда как глубины с большейтемпературой относят к зоне образования природных газов.

Один из вариантов неорганической гипотезы происхождения нефтипредполагает образование нефти на больших глубинах из магматических пород.Впервые такое предположение высказал в 1805 году немецкий естествоиспытатель АлександрГумбольдт. Во время путешествия по Южной Америке он наблюдал, как нефтьсочилась из таких пород. В 1877 году знаменитый российский ученый ДмитрийИванович Менделеев (1834-1907) высказался за минеральноепроисхождение нефти в глубине земных недр. И в наши дни некоторые ученыепродолжают отстаивать «магматическую версию» образования нефти на большихглубинах в земной мантии, где при достаточно высоких температурах углерод иводород образуют различные углеводородные соединения.

Споры о происхождении нефти продолжаются по сей день. Высказываетсяпредположение, что существуют разные виды нефти, различные по происхождению.

Руды металлов

Наверняка тебе приходилось слышать о черных металлах и цветныхметаллах. Надеюсь, ты понимаешь, что «черные металлы» не обязательно должныбыть черными по цвету. Так называют металлы, используемые при выплавке чугунови сталей. Это серебристо-белые (отнюдь не черные!) железо, марганец, титан,ванадий, а также голубовато-серый хром. А так называемые цветныеметаллы — это серебристо-белые алюминий, олово, никель, серебро, платина,цинк, красная медь, желтое золото, синевато-серый свинец иряд других металлов.

Большинство металлов образовалось в глубинных магматических породах. Ониподнимались к земной поверхности вместе с расплавленной магмой, которая,застывая, создавала возвышенности и горные хребты в виде интрузивныхмагматических пород (главным образом в виде гранитов). Затем природныевоздействия (солнце, вода, воздух) разрушали горы, и в осадочных породахпоявлялись месторождения металлов.

Не надо думать, что, когда говорят об образовании металлов и ихместорождений, то речь идет непременно о металлах в чистом, самородном виде.Некоторые металлы, как тебе известно, в таком виде действительно встречаются.Однако металлы добывают главным образом из соответствующих металлическихруд. Так что месторождения металлов — это, как правило, месторождениясоответствующих руд. Недаром добычу металлов называют горнорудным производством.

Среди руд железа надо отметить магнитный железняк (магнетит),красный железняк (гематит) и бурый железняк (лимонит). Магнетитполучил название благодаря своим магнитным свойствам. Эта руда наиболее богатажелезом (до 70%). Но большее значение для черной металлургии имеет гематит — наиболее распространенная в земной коре железная руда. Ее химический состав: Ее203плюс примеси марганца (до 17%), алюминия (до 14%), титана (до 11%). Большиеместорождения гематита находятся в Украине в районе Кривого Рога и в России вКурской области (так называемая Курская магнитная аномалия).

Алюминий получаютглавным образом из бокситовых руд, в которых содержатся глинозем,кремнезем, оксиды железа. Глинозем представляет собой оксид алюминия (А1203);его содержание в бокситах доходит до 70%. Помимо бокситов сырьем для полученияалюминия служат также нефелины — серые и красноватые минералы классасиликатов (КМа3[А18Ю4]4) и алуниты — минералы класса сульфатов (КА13[804]2).Алунитовые руды используют для получения не только алюминия, но также сернойкислоты, ванадия, галлия. Еще отметим каолин — глину

белого цвета, сырье для получения алюминия, фарфора, фаянса. Она содержитминерал каолинит (А14[8Ю10]).

Важнейшая медная руда — красно-желтый халькопирит, илимедный колчедан (СиГе82). Для получения меди используют такжетемный, медно-красный борнит (Си5Ге84). Главныетитановые руды — рутил (ТЮ2) и ильменит, илититанистый железняк (название «железняк» объясняется его химической формулой:ГеТЮ3). В известняковых породах добывают свинцовую руду галенит,или свинцовый блеск (РЪ8). Далее отметим оловянную руду касситерит,или оловянный камень (8п02), цинковую руду сфалерит, илицинковую обманку (2п8), медно-красную никелевую руду никелин (ШАз),красную ядовитую ртутную руду киноварь (Н&8).

Ты, надеюсь, понимаешь, что все эти названия и тем более химическиеформулы не надо специально запоминать. Они приводятся здесь, что называется,для полноты картины. К тому же не помешает постепенно привыкать к химическимформулам. Тем более, если они рассматриваются не в химической лаборатории, анепосредственно в природе.

Среди цветных металлов особое место занимают золото, серебро, платина.Их называют благородными металлами. Они имеют красивый внешний вид ипрактически не подвержены атмосферным воздействиям -потому их и называютблагородными. В золотых месторождениях золото находится либо в породе(например, золото-кварцевые жилы или мышьяково-колчеданные руды), либо вроссыпях — песке, галечнике, отдельных крупных самородках. Серебро в самородномвиде встречается довольно редко. Обычно его находят в виде соединений с серой,сурьмой, мышьяком. Больше половины мировой добычи серебра извлекается не изсеребряных руд, а попутно из свинцово-цинковых, медных, золотых руд. Платина,подобно золоту, чаще всего встречается в виде россыпей, причем, как правило,вместе с золотом. Извлекают платину также из медно-никелевых руд.

Цветные камни

Теперь познакомимся с особым семейством твердых материалов, которыеотносятся к полезным ископаемым, хотя и не используются ни в качестве топлива,ни для получения металлов или каких-либо продуктов химического производства.Речь идет о цветных камнях. Различают две группы цветных камней:

* прозрачные минералы, называемые драгоценными камнями, а также самоцветами(алмаз, изумруд, аквамарин, рубин, сапфир, топаз, аметист и другие);

• красиво окрашенные непрозрачные минералы и некоторые твердые материалы,называемые полудрагоценными и поделочными камнями (малахит,родонит, чароит, агат, яшма, лазурит, нефрит, янтарь, жемчуг и другие).

Познакомимся поближе с некоторыми из драгоценных и полудрагоценныхкамней.

Алмаз — одиниз наиболее интересных и дорогих драгоценных камней. Его название происходит отгреческого «адамас», что означает «несокрушимый». Это самый твердый в природеминерал. Поэтому его используют в основном не в ювелирном деле, а в технике — для полировки и шлифовки твердых веществ, для проходки глубоких скважин(особенно твердые сверла), для обработки металлов (особенно твердые резцы) ит.д. Разработаны способы получения искусственных алмазов для технических целей.По своему химическому составу алмаз — это простое вещество углерод.Поразительно, насколько он отличается от другого простого вещества, такжеявляющегося углеродом. Имеется в виду графит. Графит не может похвалитьсятвердостью и как драгоценный камень он совершенно не смотрится. Алмаз же, вдополнение к исключительной твердости, обладает удивительной «игрой света». Приосвещении алмаза можно наблюдать яркие и красочные блики — от голубых докрасных. В полной мере красота алмазов открылась людям после того, как в XVII веке научились производитьспециальную огранку этих камней, превращающую их в блистательные бриллианты.Разумеется, никто не использует бриллианты в технических целях — этоисключительно ювелирные камни.

Изумруд — драгоценныйкамень густого зеленого цвета. Он является прозрачной разновидностью берилла — минерала класса силикатов (химическая формула: А12Ве3[816018]).Цвет изумруда объясняется наличием в берилле небольшой примеси хрома. Бездефектныекристаллы изумруда ценятся ювелирами выше алмазов. В настоящее время налаженопроизводство искусственных изумрудов, которые используются в квантовойэлектронике.

Малахит — оченькрасивый ювелирно-поделочный непрозрачный камень с нежно-зеленой окраской иразнообразием узоров. Свое название он получил от греческого «малахэ», чтоозначает «мальва». Цвет малахита действительно похож на цвет листьев этогорастения. Из малахита изготавливают как малые изделия (ювелирные украшения,медальоны, шкатулки, статуэтки), так и грандиозные вазы, столы, колонны впарадных залах и т.д. Напомним, что минерал малахит относится к классукарбонатов;

его химическая формула: Си2[С03] • (ОН)2.Малахит существует только как природный минерал. В XIX веке были открыты залежи малахита на медныхместорождениях Урала. Они стали интенсивно разрабатываться и подчас необдуманноиспользоваться. Поначалу малахит отправляли в плавильные печи в качестве рудыдля получения меди, им покрывали крыши домов. Вскоре начался настоящиймалахитовый бум. Русский камень (так называли в Европе малахит) вывозили вомногие страны. Он завоевал всеобщее признание как прекрасный поделочный камень.В течение столетия уральские малахитовые месторождения практически истощились.Сегодня единственным мировым поставщиком малахита остаются пока медные рудникиКатанги в Заире. Через некоторое время они тоже истощатся, и тогда промышленнаядобыча этого прекрасного камня прекратится совсем. Вот такая печальная история.

Родонит — второй после малахита исконно русский камень. Его богатые месторождения имеютсяна Среднем Урале. Он не менее красив, чем малахит, но окраска у него иная — яркие розовые и малиновые цвета в сочетании с черными узорами. Родонитотносится к минералам класса силикатов; его химическая формула: СаМп4[815015].Как и малахит, родонит является ювелирно-поделочным камнем. Броши, шкатулки,подставки, медальоны, пепельницы — трудно перечислить все изделия из родонита.Из больших глыб этого камня мастера высекают колонны и торшеры на парадныхлестницах, саркофаги, грандиозные вазы и тому подобное. В настоящее времяродонит со Среднего Урала продолжает поступать на мировой рынок. Используютсятакже месторождения родонита на Мадагаскаре и в Австралии. Пока все идетнормально. Но что будет, когда все эти месторождения истощатся?

Чароит, красивыйкамень-минерал сиреневого цвета, знают далеко не все. Ведь он появился вювелирном производстве совсем недавно — в 1977 году, после того как егообнаружили геологи в окрестностях реки Чара в Иркутской области. Хотя чароитначал добываться совсем недавно, но уже сейчас налицо все признаки истощенияего месторождения на Чаре. Возможно, геологи найдут новые месторождениясиреневого камня. Но пока на это можно лишь надеяться.

Янтарь — хорошо всем известный полудрагоценный камень с разнообразием цветовых оттенков(от белого, бледно-желтого, ярко-золотистого до красно-бурого и дажетемно-коричневого). Его нередко называют солнечным камнем. Янтарь не являетсяминералом, поскольку у него нет кристаллической структуры. Он представляетсобой затвердевшую ископаемую смолу хвойных деревьев, которые широкораспространились по Землев меловой и палеогеновыйпериоды (40-120 млн. лет назад). Солнечный камень — очень ценныйювелирно-поделочный материал. Для получения крупных образцов этого камнясобирают на морских россыпях янтарные зерна и подвергают всю эту массу давлениюпри повышенных температурах. Впрочем, как поделочный материал янтарьиспользуется лишь на 20%. А на 80% янтарь используют для получения канифоли,янтарной кислоты, янтарного масла, лаков. Янтарные лаки по прочности и блескулучше всех других. Ими покрывали свои инструменты выдающиеся мастера — Амати иСтрадивари.

Жемчуг представляетсобой твердые бусинки шарообразной или неправильной формы, образующиеся внутрираковин некоторых моллюсков. Состоит жемчуг главным образом из перламутра, которыйс течением времени откладывается концентрическими слоями вокруг инородныхчастиц (например, песчинок или мелких организмов), попавших между створкамираковины. Благодаря перламутру жемчуг обладает неповторимым радужным блеском.Он широко используется для изготовления всевозможных украшений. Жемчуг можновстретить в нарядных и торжественных головных уборах и одеждах, личном оружии,бусах, различных ювелирных изделиях. Промысел жемчуга очень трудоемок: надонырять на дно и отыскивать там раковины с жемчугом. Впрочем, в настоящее времяболее 90% жемчуга выращивают в специально разводимых колониях речных моллюсков.

Строительные ископаемые

Когда томимый жаждой путник бредет по нескончаемым пескам пустыни подпалящим солнцем, ему трудно воспринимать эти пески как полезные ископаемые.Когда ты пробираешься под дождем по бездорожью, увязая в глине, котораяналипает на ботинки, тебе трудно думать об этой глине как о полезномископаемом. Точно так же человек, карабкающийся по скале и обдирающий в кровьруки и ноги о щебенку и острые камни, не будет думать о том, что перед нимзалежи полезных ископаемых. А между тем и глина, и песок, и щебенка, игранитные скалы — все это, по сути дела, ценные полезные ископаемые. Ихвыделяют в группу строительных ископаемых и используют при возведениизданий и различных сооружений, а также при создании скульптур и архитектурныхдеталей.

Из разнообразных строительных ископаемых особенно важную роль в развитиицивилизации сыграли известняки, мраморы, граниты. На первом месте поправу стоят известняки — самые распространенные на Земле

осадочные породы. Белые, серые, золотистые известняки — прекрасныйматериал: они легко распиливаются на блоки и приобретают приятный, «теплый» видпосле некоторой обработки.

Из известняков сложены знаменитые древнеегипетские пирамиды, онииспользовались для создания статуй-колоссов и аллеи сфинксов в древнеегипетскомхраме в Луксоре, галереи древнеримского Колизея, дворцов в древнем Вавилоне.Многие замки, дворцы, соборы средневековой Европы также созданы из известняков.Отметим знаменитые дворцовые ансамбли Парижа (Версаль, Фонтенбло, Лувр), соборПарижской Богоматери.

Наряду с известняками в Европе широко применялся также кирпич (красный ибелый). Однако до XVI века зодчиеотдавали предпочтение известнякам, которые нередко использовались в сочетании сгранитами. Позднее началось массовое использование кирпичей из глины как болеедоступного материала. При этом для архитектурных украшений и скульптурных групппродолжали широко применять светлые известняки.

Как ты уже знаешь, в земных глубинах при достаточно высоких температурахизвестняк превращается в мрамор. В отличие от известняка мраморпрекрасно полируется. Он достаточно вязок и прочен, хорошо противостоит ударам.Этим объясняется, почему мрамор с давних пор широко используется дляизготовления отделочных плит, колонн, портиков, для создания скульптур.Колоннада знаменитого древнегреческого Парфенона (храма Афины), мавзолеяТадж-Махал в Агре (Индия), скульптурные композиции Петергофа подСанкт-Петербургом, отделка Зимнего дворца в Санкт-Петербурге — подобныхпримеров использования мрамора можно было бы привести великое множество.

Наряду с известняками и мраморами в архитектуре и скульптуре широкоприменяются серые и красные граниты. В качестве примера приведемвысеченное из розового гранита аббатство Мон-Сен-Мишель во Франции, красноватыеколонны Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге, пьедестал знаменитого «Медноговсадника». Граниты полируются не хуже мрамора, и при этом они хорошопротивостоят разрушению, вызываемому водой, ветрами, химическими осадками.Гранитные плиты и статуи могут сохраняться столетиями.

Надо признать, что времена возведения зданий из каменных блоковпрактически закончились. Они ушли в прошлое вместе с античными и средневековымигородами. Теперь строительный камень применяют в основном лишь как облицовочныйматериал — для внешней и внутренней отделки. А в основе сооруженийиспользуются современные дешевые и прочные строительные материалы — бетон,шлакобетон, железобетон, разнообразные типы кирпичей.