Как образовался гранит, его состав и область применения

Гранит является горной породой, что часто вводит людей в заблуждение, ведь многие считают камень минералом.

Многие обращали внимание на ее зернистую структуру, и определенно — она состоит не из одного вещества. Еще со школьных уроков по природоведению многие помнят, какие минералы входят в состав гранита.

Это в первую очередь:

• полевой шпат;
• кварц;
• слюда.

Из подобного набора состоит и гнейс — то, что получается из гранита путем метаморфизма.

У гнейса и гранита формулы минерального состава практически идентичны, отличается лишь структура.

Каков же химический состав гранита?

Формула гранита: CaCO3

В образовании гранитного массива, прочнейшей горной породы после алмаза, корунда и топаза, участвует множество химических элементов, среди которых выделяют основные, определяющие состав гранита:

• Железо
• Калий
• Марганец
• Алюминий
• Кремний
• Натрий
• Кальций
• Кислород
• Водород

Средний химический состав гранита по Р. Дэли (%): SiO₂ — 70,18; TiO₂ — 0,39; Al₂О₃ — 14,47; Fe₂О₃ — 1,57; FeO — 1,78; MnO — 0,12; MgO — 0,88; CaO — 1,99; Na₂О — 3,48; К₂О — 4,11; Н₂О — 0,84; Р₂О₅ — 0,19. Выделяют серии гранита: калиевые (Na₂О: К₂О менее 0,4), калиево-натриевые (0,4-4,0) и натровые.

Плотность невыветрелого гранита 2530-2720 кг/м³, пористость 0,2-4%, водопоглощение 0,15-1,30%, сопротивление сжатию 100-300 МПа.

Полевые шпаты

Это силикатные кристаллические соединения, которых в земной коре может содержаться до 50%, причем по большей части — в составе других пород.

Единой формулы они не имеют, и делят их по категориям исходя из наличия в кристаллической решетке тех или иных атомов металлов. По этому признаку различают плагиоклазы, калиевые и калиево-бариевые полевые шпаты.

В группу плагиоклазов входят:

1. альбит NaAlSi₃O₈;
2. олигоклаз CaAl₂Si₂O₈ и NaAlSi₃O₈ в пропорции 3:7;
3. андезин с тем же составом в пропорции 1:1;
4. лабрадор, состав тот же, пропорция — 7:3;
5. битовнит, 9:1;
6. анортит, чистый CaAl₂Si₂O₈.

В магматических горных породах плагиоклазы первыми формируют кристаллические решетки, и зачастую именно из них состоит бо́льшая часть породы. Калиевые полевые шпаты менее разнообразны по химическому составу, они имеют одну и ту же формулу — KAlSi₃O₈.

Разнообразие заключается в строении кристаллической решетки, и она в разных модификациях дает следующие минералы:

1. ортоклаз;
2. адуляр (лунный камень);
3. микроклин;
4. санидин.

Калиевые полевые шпаты более устойчивы, чем плагиоклазы, но, как и они, под воздействием эрозии становятся глиной. При замене некоторых атомов калия на барий получаются калиево-бариевые шпаты, но это редкое явление.

В составе гранита эти минералы составляют от 60 до 65%, и именно от них зависит цвет этой горной породы. Плагиоклазы придают камню серый цвет, калиевые соединения — розовый. Желтый, зеленый и голубой цвет придают камню как посторонние включения, так и катионы металлов в шпатах — натрий, калий, кальций, магний и другие металлы в них взаимозаменяемы.

Кварц и его модификации

Содержание кварца в земной коре велико. В некоторых местах его доля в земной коре доходит до 60%. Знаком он каждому в виде песка, при очистке которого от примесей доля SiO₂ (химическая формула кварца) возрастает. Другое его название, часто встречающееся в литературе — кремнезем.

При такой простой формуле у этого соединения существует целых четыре типа полиморфных модификаций:

1. псевдокубическая (кристобалит);
2. гексагональная (тридимит);
3. моноклинная сингония (коэсит);
4. плотная октаэдрическая (стишовит).

Модификации даны в порядке возрастания давления нужного для их образования. Естественно, что в природе чаще встречаются первые два минерала. Последний из них — стишовит — был получен в лабораторных условиях и иногда обнаруживается в местах падения метеоритов.

Большие кристаллические тела в природе можно встретить нечасто, зато различные объемные конгломераты отличаются большим разнообразием. Так, кварц составляет основную массу таких минералов, как аметист, агат, халцедон, оникс, кошачий глаз, цитрин, гелиотроп и других. Но в виде вкраплений он встречается куда чаще.

Гранит включает в себя до 35% этого минерала. Среди всех его компонентов кварц — самый живучий: по мере разрушения породы полевой шпат превращается в глину, а песок остается.

Роль слюды в граните

Этого минерала до 10% в составе гранита, схема его расположения в массиве равномерная. Именно слюда придает этой породе прочность. В свободном виде слюда — полезное ископаемое, нашедшее свое место в радиопромышленности и электроэнергетике. Но чаще оно является составной частью природных конгломератов, играя в них цементирующую роль.

Уникальность слюды заключается в ее структуре. Микроскопически она представлена пакетами, упакованными в одном направлении, а связи между слоями этих пакетов относительно слабые. Этим объясняется слоистая структура минерала, его анизотропия. В состав слюд входят катионы металлов и гидроксогруппы, а основа у них алюмосиликатная.

Как образовался гранит?

Проблема образования гранита до сих пор является предметом научных споров. И дело тут не в том из каких минералов состоит гранит, а в местах его образования и условиях, способствующих возникновению таких структур. По умолчанию гранит относится к магматическим породам, то есть его образование, так или иначе, связано с древним вулканизмом и застыванием магмы.

При вулканической деятельности в безводных условиях образуются базальты, а другие магматические породы (пемза, туф) получаются при попадании лавы в воду. Существует гипотеза, согласно которой гранит — продукт частичного расплава, и в нем сохранены некоторые твердые включения. Ее автором стал Н. Боуэн, занимавшийся экспериментальной петрологией. Он установил, что гранитные массивы связаны с базальтовыми, и способ их залегания говорит об образовании гранита совместно с базальтом.

Другие ученые разрабатывают теории выплавки более легкоплавких элементов из массива магматических пород, а третьи придают большое значение гранитизации пород благодаря влиянию воды и ионного обмена.

Свойства, применение и факты

Гранит — тяжелый материал. Его плотность составляет 2600 кг/м³, что сопоставимо с бетоном. Его прочность тоже велика, около 300 МПа, и конструкции из гранита имеют прекрасную несущую способность. Температура плавления составляет более 1200 градусов, но в присутствии воды она снижается.

Использование человеком

Как строительный материал гранит стал использоваться с древности. Сейчас он является одним из вариантов наружной отделки, и его можно найти на станциях метро, набережных — в наружном дизайне он используется широко. В отличие от мрамора он более стоек к действию осадков и мороза. По своим потребительским свойствам гранит делят на три группы:

1. мелкозернистый;
2. среднезернистый;
3. крупнозернистый.

Наиболее востребованной группой является первая. Она наиболее устойчива к перепадам температуры и воздействию воды.

Последнее свойство сделало этот камень очень востребованным в дорожном строительстве и ритуальном бизнесе. Гранитная брусчатка и поребрики долговечнее, чем бетон и асфальт, а памятники из него стоят больше мраморных и из нержавеющей стали. В последнее время часто можно встретить клееные поделки из искусственного камня, но натуральный гранит до сих пор в глазах потребителя ценится выше.

Во внутренней отделке гранитные изделия не так популярны и, более того, не рекомендованы к использованию. От них идет повышенный радиационный фон, регистрируемый счетчиком Гейгера.

Интересные сведения

О граните знают все и очень много. Но некоторые факты о нем до сих пор впечатляют:

• Весь гранит, что есть на земле, был поднят в результате тектонических процессов. Но основной пласт его залегания до сих пор покрывает материковую земную кору сразу же за базальтом.
• В этой горной породе содержится кислород, причем его количество составляет половину того, что используется биосферой планеты.
• В горном массиве Гималаи самая высокая вершина — Эверест — состоит из известняка, а третья по высоте целиком гранитная. Из гранита состоит также Монблан в Альпах и часть массива Кордильер.
• Скорость звука в граните в 10 раз выше, чем в воздухе.
• На вершину египетских пирамид в древности устанавливали пирамидон. Он был не известняковый, как вся пирамида, а гранитный.
• Среди посторонних включений в этой горной породе часто встречается уран. Некоторые рассматривают гранит как потенциальный источник этого элемента в будущем.

Источники:

https://kamen.guru/prochie/mineralnyiy-sostav-granita

https://atlantgranit.ru/stati/himicheskij-mineralnyj-sostav-granita/

http://www.mining-enc.ru/g/granit/