Рост камней: геологические процессы¶
Рост камней — совокупность природных процессов, приводящих к увеличению размеров горных пород и минеральных образований за счёт физических, химических и биологических механизмов. Камни «растут» в нескольких значениях: как кристаллы, увеличивающиеся в объёме; как геологические тела, накапливающие материал; и как объекты, изменяющие форму под действием внешних сил.
¶Кристаллизация и рост минералов
Основной механизм «роста» камней — кристаллизация из растворов, расплавов или газов. При насыщении раствора минеральным веществом и наличии центра кристаллизации ионы или молекулы присоединяются к решётке, и кристалл увеличивается. Так растут кристаллы кварца, гипса, пирита и других минералов в трещинах пород, пустотах вулканических лав и подземных полостях.
Скорость роста зависит от перенасыщения раствора, температуры, давления и наличия свободного пространства. В гидротермальных системах кристаллы кварца и кальцита могут вырастать до нескольких сантиметров за годы, а в медленно остывающих магматических камерах — до метров за тысячелетия. Полые жеоды в базальтах содержат кристаллы, формировавшиеся десятки и сотни тысяч лет.
¶Секреционные и биогенные образования
Отдельную группу составляют камни, растущие за счёт послойного накопления материала. Жемчужины формируются вокруг соринки, попавшей в мантию моллюска: слои арагонита откладываются концентрическими кольцами, и жемчужина увеличивается в размерах годами. Аналогично растут сталагмиты и сталактиты в пещерах — из капель воды, насыщенной карбонатом кальция, слой за слоем накапливается кальцит.
Карбонатные конкреции, известковые туфы у источников и сталагмитовые «шторы» в Крымских и Кавказских пещерах увеличиваются в среднем на доли миллиметра в год. Слоистые железистые конкреции (так называемые «камни-горох») растут в осадочных породах за счёт миграции железа в грунтовых водах.
¶Морозное выветривание и механический «рост»
Парадоксальный эффект наблюдается при морозном выветривании: вода, проникая в трещины породы, при замерзании расширяется примерно на 9 %, раздвигая стенки. Многократные циклы замораживания и оттаивания постепенно расширяют трещины, разрушая скалы на блоки. В арктических и горных районах этот процесс является основным фактором разрушения пород.
¶Осмотический рост и «камни-растения»
В засолённых почвах формируются так называемые «камни-растения» (сиалиты) — конкреции гипса или карбоната натрия, растущие вниз, к источникам влаги. Их верхняя часть выветривается, а нижняя продолжает расти, перемещаясь по поверхности. Подобные образования известны в пустынях Средней Азии и на юге России.
¶Геологический «рост» горных пород
В масштабе планеты камни «растут» в процессах магматической кристаллизации, метаморфизма и осадконакопления. Магматические породы образуются при остывании магмы; при метаморфизме минералы перекристаллизуются, увеличиваясь в размере (например, гнейсовые полосы или мраморные зёрна). Осадочные породы нарастают слоями в бассейнах, формируя мощные толщи — процесс, длящийся миллионы лет.
¶Интересные факты
- В пещере Оптимистическая на Украине кальцитовые натёки увеличиваются на 0,01–0,1 мм в год.
- Кристаллы гипса в пещере Наика (Мексика) достигают 12 м в длину — рост занял около 500 тысяч лет.
- В России, в Кольском полуострове, известны кристаллы полевых шпатов, выросшие в пегматитовых жилах до метровых размеров.
- «Камни-горох» в железистых песчаниках Приуралья увеличиваются на 1–5 мм за столетие.
¶Практическое значение
Понимание процессов роста минералов используется в геологоразведке (по размеру кристаллов судят о времени формирования рудных тел), в палеоклиматологии (по слоям сталагмитов восстанавливают климат прошлого) и в ювелирном деле (синтез кристаллов в автоклавах позволяет выращивать рубины, сапфиры и изумруды).
¶Источники
- Геология: учебник / под ред. Б. Н. Верховцева. — М.: Недра.
- Ручко В. С. Минералогия. — М.: Высшая школа.
- Горшков А. И., Ярмолюк В. В. Пещеры СССР. — М.: Недра.
- Попов Г. Н. Гидрогеология. — М.: Недра.