Что такое гнейс и где используют горную породу: свойства, состав и история. Что такое гнейс? Свойства гнейса. Применение гнейса

Что такое гнейс

Как уже было отмечено выше, наименование «гнейс» является показателем текстуры, а не компонентного состава. Под это определение попадают множество метаморфических пород с полосчатой структурой, отражающей разделение светлых и темных минералов. Такой тип расположения свидетельствует о жесткости условий формирования всех гнейсов.

Разделение минералов происходит при достаточно сильной миграции ионов, которая возможна только при очень высокой температуре (600-700 °С). Вторым необходимым условием является сильное давление, которое приводит к появлению полосок. Притом последние могут быть как прямыми, так и искривленными и иметь разную толщину.

Характерной чертой гнейсовой текстуры является также то, что ее полосы представляют собой не сплошные листы или пластины, а слои с зернистой структурой.

В большинстве случаев минеральные гранулы видны невооруженным глазом.

Визуально гнейсы могут выглядеть по-разному. Каждая разновидность породы данного типа имеет уникальный рисунок. Черные и светлые минеральные слои могут быть прямыми, волнистыми либо иметь неправильную форму. В последнем случае их расположение выглядит хаотичным. В некоторых камнях полосы настолько толстые, что гнейсовая структура видна только на куске породы достаточно крупного размера.

Общие сведения

Гнейс — очень распространенный тип горной породы, наиболее характерный для нижних зон континентальной коры. Однако в некоторых местах он часто находится на поверхности. Такое встречается в тех частях земного шара, где кристаллические породы не покрыты слоем осадочных (Скандинавия, Канада и т. д.).

Ответ на вопрос, что такое гнейс, не всегда был однозначным. Впервые этот термин употреблен Агриколой в 1556 году для обозначения горной породы, имеющей железосодержащие жилы. Основы современного употребления этого названия предположительно заложил в 1786 году Вегнер. Он определял гнейс как породу полевого шпата с кварцевой слюдой и крупно-сланцеватой структурой.

Особенности метаморфических горных пород

Метаморфическими называют горные породы, которые образуются в результате преобразования предшественников магматического или осадочного происхождения. Изменения преимущественно связаны с тектоническими процессами, которые приводят к тому, что определенные участки земной коры попадают в условия повышенных температуры и давления. Это запускает ряд физико-химических процессов, которые приводят:

• к перекристаллизации — изменении ориентации, расположения и структуры минералов;
• обезвоживанию;
• миграции растворов;
• превращению одних химических соединений в другие;
• внедрению новых компонентов состава.

В результате исходная порода (осадочная, магматическая или же метаморфическая) приобретает совершенно другие свойства. При этом степень изменения зависит от силы и длительности воздействия факторов, вызывающих преобразование.

Типичными примерами метаморфических горных пород являются кварцит, мрамор и глинистый сланец, сформированные из песчаника, известняка и глины соответственно. Магматические и осадочные протолиты при преобразовании ведут себя по-разному. Часто метаморфизм осуществляется в несколько стадий.

Гнейс — пример метаморфической горной породы высокого качества. Это означает, что он формировался в очень жестких физических условиях.

Что представляет собой

Гнейс – это метаморфическая порода, одна из самых распространенных на Земле.

Она в буквальном смысле основа планеты: на пару с гранитами ею сформированы фундаменты Европейской, Северо-Американской, Восточно-Сибирской континентальных плит. Эти древнейшие образования – результат тектонических процессов, сотрясавших литосферу Земли более 4 млрд. лет назад.

Термин восходит к созвучному старонемецкому, но единства мнений нет:

• Со времен Средневековья Gneis-ами местные рудокопы называли рыхлую породу в плотном массиве.
• Слово Gneist означало «искру» (ведь камень блестит).

В Европе циркулирует как минералогический термин с середины 18 века.

Откуда появилась порода

Чтобы горная порода гнейс сформировалась, требуется три условия:

1. Наличие глинистых сланцев, метапелитов либо кислых пород.
2. 450 – 900°С.
3. Давление 310 – 920 МПа.

Под их воздействием запускаются тектонические сдвиги, результатом которых становятся гранитно-гнейсовые массивы в земной коре.

Самой древней исходной породой на планете считаются серые гнейсы, слагающие фундамент Канадского щита. Им 3 млрд. 932 млн. лет.

Описание и происхождение камня

Гнейс – очень старая горная порода, возраст некоторых гнейсов, например, серых, по мнению геологов, превышает четыре миллиарда лет, то есть близок к возрасту планеты Земля. Большая часть зародилась два – два с половиной миллиарда лет назад.

При излияниях гранитов в коре Земли формировались их наслоения. Происходило это повсеместно, поэтому данный минерал представлен на всех континентах. За счет него образованы красивейшие утесы и купола, самые знаменитые из которых находятся в Канаде и Австралии.

От миллиарда до полумиллиона лет назад процесс образования гнейсов изменился. Они формируются при погружении поверхностных слоев под континентальные плиты. В это время гранит нагревается и под высоким давлением растягивается, спрессовывается и образует пласты.

Своим названием камень обязан немецкому слову gneis, которое присутствовало в языке рудознатцев прошлого для обозначения рыхлых и деградировавших минералов.

Затем его стали применять для описания метаморфических гранитов.

Виды камня

Минералоги в разных странах имеют свое понимание термина «гнейс». Поэтому описаний, классификаций и теорий происхождения минерала существует немало. Они сходятся в одном: этот камень является видоизмененным или метаморфическим гранитом.

Существуют два основных вида:

1. Парагнейсы.
2. Ортогнейсы.

Первые получаются из горных пород осадочного типа (песчаника, глины и мергелей). При этом состав слоев может различаться, в них встречаются примеси. Второй вид происходит из пород вулканического происхождения (гранита, гранитоида и вулканических туфов). К ортогнейсам относится и гранитогнейс со слабополосчатой текстурой и силлиманит. Гранитогнейсы представлены также очковым гнейсом, в составе которого есть полевой шпат.

По другим классификациям горная порода гнейс подразделяется на:

• двуслюдяные;
• андалузитовые;
• пироксеновые;
• биотитовые и другие.

Рассланцованность и состав во многом влияют на свойства камня.

Месторождения гнейсов

Камень формируется при термическом изменении песчано-глинистых и глинистых осадочных пород. При этом температура воздействия может достигать 900 градусов Цельсия. Основой формирования гнейсов являются сланцы и гранит.

Сперва они трансформируются в глины, песчаники или глинистые сланцы, а по мере повышения температуры уплотняются за счет потери воды. В итоге получаются листовидные и чешуйчатые минералы – тальк, ставролит и хлорид. Когда на них продолжает влиять высокая температура или изливаются магматические сплавы, они плавятся и превращаются в гнейсы.

Самые крупные месторождения гнейсовых пород расположены в местах, где кристаллический фундамент выходит на поверхность земли. Балтийский щит делает возможным добычу в Карелии, Финляндии, а также в России, в Ленинградской и Мурманской областях.

Кроме того, в Сибири расположен другой щит – Алданский. Добычей занимаются также на Урале и на Кавказе.

Крупные месторождения есть и на других континентах. Так, Канадский щит Северо-Американской платформы позволяет вести добычу в Канаде.

К просмотру, как выглядит переработка камня:

Образование, свойства и применение гнейса

Гнейс относится к метаморфическим горным породам, т.е. изменившие минеральный состав или размер и текстуру агрегатов зёрен без существенного изменения химического состава (за исключением содержания воды и двуокиси углерода) под воздействием флюидов, температуры и давления.

Наиболее значительный процесс образования гнейса в истории Земли наблюдался на рубеже 2,5-2,0 млрд. лет назад. В фанерозое гнейсы формировались локально при погружении блоков сиалической коры в области высоких температур и давлений.
К специфическим щелочным гнейсам приурочены крупные месторождения руд редких элементов (ниобия, тантала, редких земель, бериллия и др.). Серые гнейсы района Акаста, слагающие фундамент эократона Слейв Канадского щита, относятся к самым древним из известных в настоящее время горных пород на Земле — их возраст оценивается почти в 4 млрд. лет.

Название породы происходит от немецкого «Gneis».
В составе гнейсов присутствует, преимущественно, кварц, калиевый полевой шпат, плагиоклаз и темноцветные минералы (пироксены, роговая обманка, слюды). Второстепенные минералы гнейса: гранат, кордиерит, дистен, силлиманит и др. Акцессорные минералы: сфен, рутил, циркон, апатит, магнетит, карбонаты.

По характеру образующих гнейс первичных горных пород различают парагнейсы и ортогнейсы. Парагнейсы образуются в результате метаморфических процессов, происходящих с осадочными горными породами, а ортогнейсы — в результате преобразования магматических (чаще — вулканических) горных пород.

По минеральному составу выделяют плагиогнейсы, биотитовые, мусковитовые, двуслюдяные, пироксеновые, скаполитсодержащие, анортитовые, корундосодержащие, графитоидные, амфиболовые и щелочные гнейсы. Последний содержит темноцветных минералов щелочные пироксены (эгиринавгит, эгирин) и амфиболы (арфведсонит, рибекит).

По структурному составу и текстуре различают древовидные, очковые, ленточные, листовые, норитовые, нефелиновые и др. гнейсы.

Физико-механические свойства гнейса сильно зависят от состава и степени сланцеватости. Плотность в пределах 2600-2900 кг/куб. м, водопоглощение — 0,2-2,3 %. Прочностные характеристики у большинства гнейсовых пород невысокие.

Гнейс менее распространен, чем, например, мрамор. Крупные месторождения этой горной породы известны в Скандинавии и Канаде. В нашей стране разрабатываются месторождения в Карелии, Мурманской и Ленинградской области. Крупные месторождения известны на Украине.

Гнейс используется, преимущественно, для производства строительного камня (щебня и бута). Некоторые породы (чаще — гнейсо-граниты), имеющие высокую плотность и красивую структуру, используются в качестве отделочного камня. В России разведаны и разрабатываются два месторождения гнейсо-гранитов (в Карелии) для производства облицовочного камня.

Кварциты

Происхождение названия: от немецкого Gneis — старый термин рудознатцев Саксонии.

Разновидности: Гранитогнейс, кингицит, лавиалит, микрогнейс, ортогнейс, парагнейс, плагиогнейс, плейрогнейс, протогнейс, флазергнейс, флоитит, чарнокит,эндербит, тоналит, трондьемит.

Главные минералы: Кварц, полевой шпат, плагиоклаз.

Второстепенные минералы: Гранаты, силлиманит, кордиерит, биотит, мусковит, хлорит, ставролит, гиперстен, кианит.

Акцессорные минералы: Циркон, титанит, апатит, шпинель, монацит, брукит, ортит, магнетит, рутил, графит.

Цвет:

Серый, серовато-белый, бурый, коричневый, розовый, красный.

Структура:

Гранобластовая, порфиробластовая.

Текстура:

Полосчатая, сланцеватая.

Плотность, гр/см3:

2,65-2,87

Вторичные изменения:

При диафторезе в гнейсах появляется эпидот, актинолит, хлорит, роговая обманка.

Возраст:

Гнейсы тоналит-трондьемит-гранодиоритовой ассоциации — одни из древнейших горных пород Земли.

Как опознать

По цвету, химическим свойствам, составу гнейс как порода близок к граниту.

Выделить его среди других помогают «гнейсовые» характеристики:

• Зернисто-сланцеватая структура (у гранита зернистая).
• Текстура: продольно-сланцеватая либо напоминающая тонкие полоски.
• Наличие кварца, полевого шпата.

Кроме того, гнейсы не так плотны и блестят сильнее.

Физико-химические свойства камня

Внешне камень легко отличить от гранита за счет его слоистости. Не всегда слои просматриваются четко: порой они имеют большую толщину и трудноразличимые границы. Если степень трансформированности гранитной породы невысока, то по небольшим фрагментам бывает сложно распознать гнейс.

Цвет камня обычно близок к серому или бурому. Встречается розоватое, зеленоватое и красноватое окрашивание.

Текстура тонкополосчатая или параллельно-полосчатая. Твердость, которую имеет гнейс, зависит от входящих в него минералов.

Минерал отличает высокая плотность (до 2900 кг/м3), а также низкие показатели водопоглощения (до 2 %) и пористости (до 3 %). Удельный вес доходит до 2,87 г/см3.

В составе: апатит, полевой шпат, кианит, кварц, гранат, слюда, иногда – роговая обманка. Химический состав: SiO2 68–72 %, Al2O3 15–18 %, Na2O 3–6 %, Fe3O4 1–5 %, CaO 1,5–4 %, MgO 1,5 %.

Состав и фото

Минералогический состав. В состав гнейсов входят кварц, полевые шпаты, слюды, реже роговая обманка. По составу минералов и по окраске напоминает гранит.

Химический состав. SiO2 68-72%, Al2O3 15-18%, Na2O 3-6%, Fe3O4 1-5%, CaO 1,5-4%, MgO до 1,5% и др.

Разновидности. Выделяются гнейсы биотитовые, мусковитовые, двуслюдяные, роговообманковые, пироксеновые, гранатовые, андалузитовые, силлиманитовые и др.

Взаимосвязь гнейса и гранита

Гнейс — часто встречающаяся горная порода, в составе которой преобладают полевой шпат, кварц и слюда. Аналогичные составляющие характерны и для гранита, однако существует принципиальное отличие. Оно заключается в том, что в граните нет четкого распределения составляющих его компонентов. В гнейсе же все минералы расположены параллельно друг другу, придавая ему слоистости. К тому же минералы нередко залегают в земной коре массивными плитами и пластами.

Однако часты случаи, когда горная порода гнейс теряет свою слоистость и переходит в гранит. Данное обстоятельство говорит о близкой взаимосвязи данных природных образований.

Особенности залегания в земной коре

Примечательно, что при своей широкой распространенности, гнейс весьма разнообразен. В результате различных процессов меняется способ и направление взаиморасположения его составляющих частей, к которым, кроме всего прочего, могут присоединяться или частично их замещать также и новые минералы. В результате возникают новые разнообразные виды гнейса.

Гнейсы встречаются очень часто, преимущественно среди пород докембрийского периода. Так, серогнейсовые залежи фундамента Канадского щита считаются наидревнейшими горными породами на планете: по оценке ученых, им более трех миллиардов лет. Впрочем, распространены и более молодые породы кайнозойской эры, образовавшиеся в результате высоких температур.

Распространение (распределение)

Горная порода гнейс выходит из недр на поверхность, главным образом, в странах, где вследствие различных процессов и факторов произошел сбой в горизонтальном расположении слоев, либо же в итоге размыва новообразовавшихся и обнажения более старых.

Главным образом, значительные залежи относятся к обнажению кристаллического фундамента. На Балтийском щите это Республика Карелия, Ленинградская и Мурманская области, за границей — Финляндия.

В Российской Федерации гнейсы часто встречаются в центральной полосе Уральского хребта, на юго-востоке Сибирской платформы (Алданский щит), кавказской Лабино-Малкинской зоне и в осевой зоне поднятия Главного хребта.

Также, за границей залежи сосредоточены в канадском комплексе Акаста, Скандинавии, на Украинском щите Восточно-Европейской платформы.

Практическое применение (использование) гнейса

Горная порода преимущественно используется для производства строительного камня (щебня и бута), а также в качестве отделки. Из этого природного материала изготавливают бут в виде плит для фундаментов, плиты для пешеходных зон; они используются также для облицовки каналов, набережных. Считается, что чем ближе текстура гнейсовых пород к гранитам, тем выше их качество.

Эту горную породу используют для постройки объектов социальной значимости: зданий, храмов, пешеходных дорожек, скверов, дворов.

Очень часто используется гнейс для создания внутреннего и внешнего украшения зданий и сооружений: облицовка стен, колонн, лестниц пола и камина.

Классификация

Классификация породы основана на четырех характеристиках гнейса:

• типе протолита;
• названии протолита;
• минеральном составе;
• структуре и текстуре.

Для обозначения разновидности породы обычно используют двойной термин. Например, наличие в названии слова «гранитный» указывает на то, что такой гнейс образовался из гранита, а «диоритный» — из диорита. В данном случае уточняющий термин соответствует конкретному протолиту.

Классификация по типу породы-предшественника более широкая. Согласно ей все гнейсы подразделяют на два вида:

• ортогнейсы — сформировались из магматических пород;
• парагнейсы — произошли из осадочных пород.

По минеральному составу различают следующие виды гнейсов:

• пироксеновые;
• щелочные;
• амфиболовые;
• биотитовые;
• двуслюдяные;
• мусковидные;
• плагиогнейсы.

Если перед словом «гнейс» не стоит уточняющий термин, то компонентный состав условно считается классическим (полевой шпат, кварц, биотит).

Структурная классификация характеризует форму и расположение слоев. Темные и светлые полосы могут формировать различные текстуры, в связи с чем различают древовидные, листовые, ленточные гнейсы и др.

Физико-механические свойства

В пределах группы гнейсов степень рассланцованности разных пород варьируется в достаточно широких пределах, в связи с чем показатели физико-механических свойств сильно колеблются. Экспериментально были установлены следующие значения для основных характеристик:

• плотность — 2650-2870 к г/м3;
• водопоглощение — 0,2-2,3 %;
• пористость — 0,5-3,0 %.

В целом гнейс можно охарактеризовать как тяжелую, прочную и грубую на ощупь породу с высокой плотностью и отчетливо слоистой структурой, устойчивой к расщеплению. Твердость этого камня сравнима со сталью.

Области применения камня

Породу активно используют в строительстве. Из гнейса производятся тротуарная плитка, бутовый камень, щебень. Его применяют в качестве материала для изготовления бут-плитняка, который необходим при заливке фундамента.

Более плотные гнейсы становятся основой для облицовочных плит. Обычно для этих целей применяются гранито-гнейсы. Этот минерал имеет особенную сланцеватую текстуру, поэтому он хорошо себя проявляет в производстве различных видов облицовочного материала. Широкое распространение получило использование минеральной породы при мощении дорожного полотна, тротуаров, пешеходных дорожек. Материал пользуется популярностью при облицовке набережных и речных каналов. Распространено его применение и при изготовлении элементов для декорирования лестниц, каминов, стен.

При использовании этих горных минералов следует учитывать их недостатки. Сланцеватая структура не позволяет получать материалы высокого качества, например, брусчатку или щебень.

Низкая сопротивляемость воздействию внешних факторов и склонность породы к выветриванию наделяют материалы, созданные из нее, небольшой твердостью. Чем более текстура минерала близка к граниту, тем качественнее будут материалы, полученные из него.

Стоимость

Камень из гнейса с характерными признаками породы продаётся в среднем по 15 р. за каждый. Разновидности гнейса, применяемые для облицовки, можно купить от 230 р. за кв. Стоимость варьируется с учётом внешнего вида, параметров и текстуры плит. Мелкие столбчатые обломки этой породы для декорирования аквариумов стоят по 12000 р. за кг.

Нередко строительные материалы из гнейса, реализуют по стоимости гранита. Если на гнейсе нет характерных полос, отличить его от гранита, практические невозможно. Иногда профессиональные резчики камня извлекают из него лучший слой, который затем продаётся как гранит высокого сорта.

В такой отрасли как “торговля” любая порода с видимыми, переплетёнными зёрнами полевого шпата, считается «гранитом». Вид гнейсов и других пород, продаваемых как «гранит», беспокоит многих геологов. Тем не менее эта давняя практика торговли размерными камнями упрощает дискуссии с клиентами, поскольку не всё знают технические названия необычных изверженных и метаморфических пород.

Интересные факты о гнейсе

Гнейсы представляют собой наиболее древнюю породу из всех, существующих на нашей планете. В них содержатся особые элементы (цирконы), которые позволяют ученым рассчитать возраст Земли. Самый возрастной циркон найден в австралийском месторождении гнейсов Джек-Хиллз, его возраст составляет около 4,4 млрд. лет.

Впервые об этой породе стали говорить рудокопы из Саксонии. Они использовали это обозначение, описывая, какая порода окружала рудные тела.

Материал имеет небольшую твердость и уступает гранитам по многим физическим показателям. Однако они составляют большую часть метаморфического слоя коры. Первое описание гнейсов получено из научных трудов Г. Агриколы.