Гранит некоторые геологи именуют «маркером Земли». На других планетах Солнечной системы подобных пород обнаружено не было. Этот камень хранит массу загадок, и не все ответы на них найдены. И дело здесь не столько в химическом составе гранита, сколько в его структуре и особенностях залегания. Эта порода широко представлена в континентальной земной коре, но ее нет на морском дне. К настоящему времени изучено множество разновидностей этого камня, а применение ему нашли еще в древности.
Минералогический состав
Иногда у людей бывает путаница в понятиях, и они не могут понять, что такое гранит — это минерал или горная порода. Безусловно, второе. 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.
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:
альбит NaAlSi₃O₈;- олигоклаз CaAl₂Si₂O₈ и NaAlSi₃O₈ в пропорции 3:7;
- андезин с тем же составом в пропорции 1:1;
- лабрадор, состав тот же, пропорция — 7:3;
- битовнит, 9:1;
- 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:
- ортоклаз;
- адуляр (лунный камень);
- микроклин;
- 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:
- псевдокубическая (кристобалит);
- гексагональная (тридимит);
- моноклинная сингония (коэсит);
- 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.
В граните представлены два вида слюд — мусковит KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ и биотит KMg₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂, причем у последнего часть атомов магния заменена железом, а часть гидроксогрупп — фтором. Помимо своих цементирующий качеств слюда придает граниту радиоактивность, в связи с чем применение этого камня в строительстве ограничено наружными работами и нежилыми помещениями.
Теории образования породы
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.
Все эти теории могут объяснить происхождение конкретных гранитных залежей, но ни одна из них не применима полностью. Во всяком случае, объяснить, каким путем образовались гранитные пласты материков, они не могут.
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:
- мелкозернистый;
- среднезернистый;
- 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.
В производстве бетона широко используется гранитный щебень. Он более дорог, чем известняковый, но в условиях агрессивных грунтовых вод именно гранит показывает себя с лучшей стороны; он более устойчив к химической агрессии.
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.
Этот камень еще не раскрыл всех тайн людям, и особенно это касается его происхождения. Почему из всех планет нашей системы он есть только на Земле, так никто и не понял. Но это ничуть не мешает людям ценить гранит и использовать его.
