Минералы – строительные блоки горных пород. И если одни породы состоят только из одного минерала, то другие являются полиминеральными. Скопления полезных минералов, достаточные для промышленной добычи, встречаются редко. Правда, развитие техники позволяет ныне с выгодой разрабатывать месторождения, прежде считавшиеся непромышленными. Новые технические методы позволяют также перерабатывать хвосты и отвалы, накопившиеся на некоторых рудниках.
Образование руд
Рудами называются скопления минералов, содержащих в промышленных концентрациях такие металлы, как медь, олово, вольфрам, свинец. Причем разные типы руд одного и того же металла могут иметь неодинаковое происхождение.
Источником многих рудных месторождений является магма – расплав горных пород. Некоторые месторождения формируются в пределах самих массивов изверженных пород, в процессе их остывания и затвердевания. Минералы накапливаются путем магматической сегрегации – отсадки кристаллов из расплава. Месторождения, сформировавшиеся одновременно с вмещающими их породами, называются сингенетическими. Если же месторождение образовалось позже вмещающих пород, его называют эпигенетическим.
В ходе остывания магмы горячие газы и жидкости могут быть выжаты под большим давлением в окружающие породы. При охлаждении этих высокоминерализованных растворов и уменьшении давления происходит кристаллизация минералов. Растворы проникают в небольшие трещины, образуя жилы или скопления жил (жильные зоны), которые могут содержать как промышленно-ценные (рудные), так и бесполезные (жильные) минералы. Жилы не обладают большой мощностью, но могут иметь значительную длину и проникать до больших глубин.
Месторождения, образованные при участии газов, называются пневматолитовыми, а месторождения, в образовании которых ведущую роль играли горячие водные растворы, – гидротермальными.
При внедрении магматических пород исходящее от них тепло производит изменения во вмещающих породах, особенно в зоне непосредственного контакта с интрузивным телом. При этом в них проникают горячие газы и высокоминерализованные растворы, которые могут образовать месторождение путем реакции замещения с какой-либо первичной породой. Такие месторождения называют пирометасоматическими, или контактово-метасоматическими; они часто служат источниками получения меди, цинка и свинца. Подобные взаимодействия наиболее отчетливо проявляются на контакте гранитов с известняками.
Температурная зональность рудоотложения и выветривание
В одних случаях минерализованные растворы замещают лишь некоторые элементы толщи вмещающих пород, а в других – замещению подвергается вся масса пород, и возникают крупные месторождения, подобные месторождениям Медного пояса в Замбии. Тип рудного месторождения в значительной степени определяется температурой растворов и сосуществующих с ними газов. Олово, железо, цинк, свинец и медь в типичном случае располагаются в указанной последовательности по мере движения от самой высокотемпературной внутренней зоны ко все менее прогретым внешним зонам. Гидротермальные растворы могут выходить на поверхность в виде горячих источников, образуя месторождения киновари – ртутной руды, тогда как месторождения серы часто располагаются поблизости от вулканов.
На поверхности горные породы подвергаются выветриванию. Просачивающиеся вниз грунтовые воды способны выщелачивать некоторые полезные элементы из верхних слоев и переносить их до уровня зеркала грунтовых вод. Таким путем за счет выветривания бедных руд образовались многие богатые месторождения меди. Ниже зоны вторичного обогащения руда остается бедной. В тропических областях выветривание может захватывать верхнюю часть месторождений на глубину до 75 м от поверхности. В таких условиях некоторые алюмосиликатные породы разрушаются и образуются месторождения бокситов. С процессами выветривания связано также формирование некоторых руд и месторождений железа, марганца, никеля.
Месторождения в осадочных породах
При разрушении пород частицы удаляются временными водными потоками. Тяжелые минералы, с трудом поддающиеся изменению, могут накапливаться в россыпных месторождениях, которые встречаются по рекам, ручьям, вдоль морских побережий. Именно из россыпей добывают золото и олово.
Важным источником минерального сырья служат осадочные породы. При испарении воды в морях и континентальных озерах возникают осадочные месторождения гипса, ангидрита, галита (поваренной соли) и калийных солей. Многие из них разрабатываются традиционными способами, но в некоторых случаях применяется метод подземного выщелачивания: горячая вода нагнетается по буровым скважинам в месторождение, а образующийся рассол откачивается на поверхность. Важные месторождения нитратов – азотных удобрений (селитры) возникают в результате накопления больших масс птичьего помета (гуано). К осадочным породам относятся и глины. Они применяются для изготовления бумаги и кирпича, а также в гончарном деле. Белая глина, или каолин, образуется в результате воздействия водных растворов на полевые шпаты, входящие в состав гранита, и является продуктом их гидролитического разложения. Мергели, представляющие собой смеси глины с кальцитом, служат сырьем для цементной промышленности. Известняк – это строительный камень и сырье для изготовления извести.