Осадочные горные породы

Осадочные породы – это одна из трех генетических групп горных пород.

В отличие от магматических и метаморфических пород, которые образуются в результате эндогенных процессов (магматизма и метаморфизма), появление осадочных пород связано с воздействием внешних сил на поверхность Земли. Отсюда другое их название – экзолиты, от греческого exo – «снаружи» и lithos – «камень».

Осадочные породы слагают всего 10% массы земной коры, но при этом занимают около 75% земной поверхности. Они отличаются высоким разнообразием.

Изучением экзолитов занимаются такие науки как литология и седиментология.

В первых двух разделах этой статьи вы найдете общую информацию об экзолитах. Мы расскажем об их происхождении и видах, а также подробнее рассмотрим несколько распространенных осадочных пород.

Вторая часть статьи предназначена для людей, которые более глубоко интересуются геологией. В ней вы найдете информацию об основных свойствах осадочных пород, их составе и применении в строительных работах и промышленности.

Образование осадочных пород – литогенез

Процесс образования осадочных пород называется литогенезом. Если буквально переводить с греческого, это значит «рождение камня».

В литогенезе выделяют несколько основных стадий:

1. Выветривание (гипергенез)
2. Перенос и осадконакопление (седиментогенез)
3. Диагенез
4. Катагенез
5. Метагенез

Рассмотрим каждую из них подробнее.

Выветривание (гипергенез)

Любые горные породы, выходящие на земную поверхность – даже самые твердые и прочные – со временем разрушаются.

В этом процессе участвуют:

• Солнечная радиация
• Температура
• Осадки
• Кислород и углекислый газ из воздуха и подземных вод
• Минеральные и органические кислоты
• Микроорганизмы
• Животные и растения

Естественное разрушение горных пород называется выветриванием.

Хотя в русском слове «выветривание» есть корень «ветр-», на самом деле роль ветра в этом процессе минимальна. Просто этот термин – не совсем точная калька с немецкого языка, в котором слово Wetter значит не «ветер», а «погода».

Выветривание бывает двух видов:

• Физическое
  Это механическое разрушение горных пород без изменения их минерального и химического состава. Важную роль в этом процессе играет температура. Каменный массив при нагревании расширяется, а при охлаждении – сужается. Из-за этого со временем он покрывается трещинами, а затем – рассыпается на обломки разного размера. «Помогают» в этом также вода и различные соли, которые, проникая в поры породы, разрушают ее изнутри. Больше узнать об этом вы можете в статье Физическое выветривание.
• Химическое
  Горные породы состоят из минералов – химических соединений и элементов. Вступая в реакции с водой, газами, природными солями и кислотами, они превращаются в новые минералы. В частности, именно так образуются различные глины. Больше узнать об этом процессе вы можете в статье Химическое выветривание.

В результате разрушения пород появляются продукты выветривания – обломки камней и минералов, которые станут сырьем для образования осадочных пород. С этого момента начинается вторая стадия литогенеза.

Перенос и осадконакопление (седиментогенез)

На втором этапе происходит перенос продуктов выветривания с возвышенностей в зоны понижения рельефа: водоемы, долины, котловины, овраги и впадины. Накапливаясь, они образуют осадок или седимент – от латинского sedimentum. В научной литературе этот процесс называют осадконакоплением или седиментогенезом.

Перенос осадочного материала происходит под воздействием:

• Силы тяжести
  Куски горной породы, оторванные от скального массива, скатываются по склонам и накапливаются у их подножия. Такое перемещение может носить как внезапный, мгновенный характер (обвалы), так и происходить постепенно (осыпи).
• Вод поверхностного стока
  Мелкие обломки породы (галька, песок, пыль, глинистые частицы), которые не осыпаются со склона под действием гравитации, переносятся к подножию талыми и дождевыми водами, ручьями и грязевыми селями.
• Течения рек
  Реки подхватывают продукты выветривания со склонов и подножий гор и переносят их на большие расстояния. Самые бурные реки (со скоростью течения около 16 км/ч) могут даже передвигать глыбы массой больше тонны. При этом обломки породы дробятся, окатываются и шлифуются, приобретая характерную округлую форму.
• Ветра
  Воздушные массы способны поднимать и переносить пылеватые частицы, а при скорости ветра 11-13 м/с (40-47 км/ч) – еще и мелкие камни. При этом расстояние переноса может составлять сотни и даже тысячи километров.
• Ледников
  Они образуются в областях, где снег круглый год не тает – на вершинах высоких гор и в районах арктического климата. Нижние слои ледника под давлением становятся текучими, и снежная масса начинает «ползти» по склону или равнине. Такие ледники способны перемещать не только песок и щебенку, но и даже огромные валуны.
• Морских приливов, отливов и течений
  Приливы приносят обломки горной породы на побережье, а отливы – забирают их с собой в море. При этом, поскольку вода в океане постоянно находится в движении, мелкие частицы могут долго не оседать на дно и переноситься течениями на расстояния в тысячи километров.

В результате этих процессов большие объемы вещества перемещаются с возвышенностей в низины. Так рельеф Земли постепенно выравнивается. Именно поэтому древние горы и горные системы (например, Уральские горы и Байкальский хребет) по высоте намного уступают молодым (Кавказу, Гималаям, Альпам).

В зависимости от сил переноса и мест накопления осадка выделяют генетические типы осадочных отложений.

Ознакомиться с ними вы можете в таблице ниже:

У каждого из этих генетических типов есть свои особенности, узнать о которых вы можете в соответствующих статьях на нашем сайте.

Формирование осадка – процесс очень долгий. Он растягивается на тысячи и миллионы лет. Если вам интересно больше узнать об этом, рекомендуем ознакомиться со статьей Осадконакопление.

Осадочные отложения со временем превращаются в осадочные породы. Это происходит на следующей стадии литогенеза.

Диагенез

Стадия диагенеза (от греческого diagenesis – «перерождение») завершает процесс образования осадочной горной породы.

Проясним разницу между понятиями «осадок» и «осадочная порода». Не стоит думать, что под осадком понимают рыхлые отложения, а под горными породами – твердые камни. Ведь к горным породам также относят, например, пески, торф и глину.

На самом деле осадок от горной породы отличается не агрегатным состоянием, а физико-химическим равновесием. Осадок постоянно подвергается преобразованиям под воздействием окружающей среды. А вот горная порода, достигнув равновесного состояния, может оставаться неизменной на протяжении сотен тысяч и миллионов лет.

На стадии диагенеза протекают такие процессы:

• Уплотнение и обезвоживание осадка
  Под собственным весом осадочная масса уплотняется, из нее выдавливается вода. Удаление свободной влаги может сопровождаться и дегидратацией минералов, которые теряют химически связанную воду из своих кристаллов. Наиболее активно этот процесс протекает при накоплении первых 1,5-3 м осадка, а затем замедляется.
• Цементация
  Грунтовые воды, которые омывают толщу осадочных отложений, часто содержат растворы кремнезема, фосфатов, гидроксидов железа. Эти соединения кристаллизуются в пустотах осадка и скрепляют его частицы в единую твердую массу. Так, например, рыхлый песок превращается в песчаник, а россыпь гальки на дне моря – в гравелит.
• Преобразование минерального состава осадка
  Неустойчивые компоненты осадочных отложений (например, соли и органические вещества) в ходе диагенеза растворяются или разлагаются на более простые соединения. Впоследствии они выносятся из осадка водой или вступают в химические реакции с другими веществами, образуя более устойчивые минералы.

Больше о преобразованиях осадочных отложений вы можете узнать в статье Диагенез.

Можно сказать, что на этом этапе заканчивается образование собственно осадочной породы. Но это не значит, что дальше она никак не будет изменяться.

Катагенез

В результате седиментогенеза на поверхности Земли постоянно накапливаются новые осадочные отложения. Но что в это время происходит с более древними породами? Они погружаются все глубже и глубже в толщу земной коры.

Это ведет к увеличению:

• Давления
• Температуры
• Контакта с грунтовыми водами

В местах самого глубокого залегания осадочных пород давление может достигать 150-200 МПа, а температура – 200°С. В таких условиях породы дополнительно уплотняются, обезвоживаются и перекристаллизуются, в них образуются новые минералы со специфическими свойствами.

Именно на стадии катагенеза образуются горючие ископаемые: уголь, нефть и газ. Подробнее об этом мы рассказываем в статье Катагенез.

Метагенез

Эта стадия завершает существование осадочной породы. После нее начинаются процессы метаморфизма, а осадочная порода становится метаморфической.

Метагенез протекает на глубине от 5 до 25 км. Температуры тут составляют от 200°С до 374°С, а давление может достигать 400 МПа. В таких условиях происходят глубокие преобразования состава породы.

На стадии метагенеза образуются:

• Глинистые сланцы – из аргиллита (сцементированной глины)
• Антрациты – из каменного угля
• Шунгиты (аспидные сланцы) – из сапропеля (донного ила)
• Кристаллический (мраморизованный) известняк – из известняка

Больше узнать об этой стадии вы можете в статье Метагенез.

Теперь вы имеете представление о том, как образуются осадочные породы в природе. Процесс этот достаточно сложный, и здесь мы рассмотрели его только в общих чертах. Если вам хочется глубже погрузиться в тему, рекомендуем ознакомиться со статьей Литогенез.

В следующем разделе мы поговорим о классификации осадочных пород и познакомимся с некоторыми их представителями.

Виды осадочных пород

Общепринятой классификации осадочных пород на данный момент нет. В научной литературе можно найти разные деления по тем или иным основаниям.

В этой статье мы будем рассматривать такие группы осадочных пород:

• Обломочные
• Глинистые
• Химические (хемогенные)
• Биохимические (органогенные)
• Каустобиолиты
• Вулканогенно-осадочные

Остановимся на каждой из них подробнее.

Обломочные осадочные породы

Они представляют собой скопления обломков более древних пород. Это результат физического выветривания – то есть разрушения породы без изменения ее состава.

Обломочные породы классифицируют по трем параметрам:

• Размер зерен (фракция)
  При разрушении пород образуются обломки самых разных размеров: от огромных глыб до тонкой пыли, частицы которой сложно различить невооруженным взглядом
• Форма зерен
  По этому показателю обломки делятся на окатанные (со стертыми гранями) и неокатанные (с острыми гранями). Окатанную форму, как правило, зерна приобретают при переносе текучими водами или ледниками. Степень окатанности оценивают визуально, на глаз, а в спорных случаях прибегают к лабораторным методам
• Сцементированность
  Сцементированные породы от рыхлых отличаются наличием природного вяжущего, который скрепляет обломочные частицы. В зависимости от состава цемента они могут быть как хрупкими, так и очень прочными

Если свести эти три параметра воедино, вы получите классификацию обломочных пород.

Она приведена в таблице ниже:

Обломочные породы чаще всего встречаются на земной поверхности. Люди еще в глубокой древности начали использовать их при строительстве и обустройстве своих жилищ.

Примеры их практического использования приведены в таблице ниже:

Больше узнать по этой теме вы можете в статье Обломочные осадочные породы.

Глинистые осадочные породы

Они тоже образуются в результате физического выветривания пород – но уже в сочетании с химическим.

В результате химических преобразований появляются особые глинистые минералы, размеры которых не превышают 0,01 мм. Они и слагают основную массу глинистой породы.

К этому классу пород относятся:

• Глина
  В сухом виде она имеет плотную структуру и рассыпается (растирается) в тонкий порошок. При намокании порода активно поглощает воду, набухает, становится липкой и пластичной. Большинство глин имеет полиминеральный состав, но есть и разновидности, сложенные одним главным минералом.
• Аргиллит
  Твердая сцементированная порода, которая образовалась в результате диагенеза глин. Она не размокает в воде и имеет гладкую поверхность, которая при смачивании становится немного мылкой на ощупь. Аргиллиты могут иметь массивную или слоистую текстуру. В последнем случае при ударе они распадаются на плоские пластинки, что придает им сходство со сланцами.

Отдельно выделяют такие песчано-глинистые породы как супеси и суглинки, которые содержат от 10% до 30% глинистых частиц. По своим свойствам они занимают промежуточное положение между обломочными породами и глинами.

В зависимости от минерального состава выделяют такие виды глин:

• Каолиновая
  Также известная как «белая глина» за свой характерный белый или светло-серый цвет. Такое название она получила в честь китайской деревни Гаолин, которая была центром добычи глины для изготовления фарфора с 14 по 20 век. Главный минерал в ее составе – каолинит. Эта порода жирная на ощупь, практически не набухает в воде, дает минимальную усадку при высыхании и устойчива к воздействию высоких температур до 1750°С. Все это в совокупности с красивым внешним видом делает каолин идеальным материалом для изготовления высококачественной тонкой керамики.
• Бентонитовая
  Глина, сложенная минералами группы монтмориллонита. В чистом виде она имеет светло-серую окраску с голубовато-зеленым оттенком. Ее главная особенность – очень высокое водопоглощение. Отдельные разновидности бентонита при намокании могут впитывать влагу, объем которой в 10 раз превосходит их собственный. Такая глина ценится как хороший адсорбент.
• Гидрослюдистая
  Сложена слоистыми минералами группы гидрослюд: иллитом, глауконитом и другими. Окраска у этой породы может быть разной: белой, серой, желтой, зеленой, бурой, красной и даже иногда черной. Глины этого состава не разбухают в воде, но распадаются на чешуйки и пластинки.
• Полиминеральная
  Эта порода представляет собой смесь разных глинистых минералов. Она ценится меньше чистых разновидностей, но широко применяется там, где нет строгих требований к свойствам материала.

Глинистые породы пользуются спросом в самых разных сферах: строительстве, промышленности, декоративно-прикладном искусстве.

Некоторые примеры их использования приведены в таблице ниже:

Больше о свойствах и особенностях образования глинистых пород вы можете узнать в статье Глинистые породы.

Химические (хемогенные) осадочные породы

Многие территории на нашей планете в древности были покрыты морями и солеными озерами. Со временем из-за изменений климата эти водоемы пересыхали. Вода испарялась в атмосферу, а растворенные в ней соли выпадали в осадок и оставались на дне. Так и образовались пласты солевых отложений, которые впоследствии стали горной породой.

Другое название хемогенных пород – эвапориты, от латинского evaporo – «испаряю».

К эвапоритам относятся:

• Гипс
• Каменная соль
• Калийная соль

Хемогенные породы на поверхности Земли встречаются относительно редко по сравнению с обломочными и глинистыми. Но они очень важны для разных областей промышленности.

Рассмотрим их немного подробнее.

Гипс

Порода, более чем на 50% состоящая из минерала гипса – водного сульфата кальция.

Внешне гипс выглядит как тонкозернистая масса белой или светлой (серой, желтой, розоватой) окраски. Эта порода очень мягкая, она легко царапается ногтем.

Основная сфера применения природного гипса – это производство гипсовых вяжущих. Для этого породу обжигают при температуре от 100 до 180°C и перемалывают в порошок. После смешивания с водой он твердеет, образуя каменную массу.

Также гипс используют в качестве добавки к цементу – для замедления его схватывания.

Каменная соль (галитит)

Эта порода не менее чем на 95% состоит из галита – хлорида натрия. Остальные 5% приходятся на примеси: гипс, доломит, кальцит, глину, битумы и другие.

Каменная соль внешне бесцветна и прозрачна, хотя включения других веществ могут придавать ей разные оттенки. Эта порода хрупкая и легко растворяется в воде.

Залежи галитита – основной источник добычи поваренной соли. Для этого каменную соль дробят, растворяют в воде и пропускают через фильтры, чтобы удалить все вредные примеси. Полученный раствор затем выпаривают и собирают образовавшиеся кристаллы чистой соли.

Калийная соль

Это другая разновидность природной соли, которая часто обнаруживается в месторождениях галитита. Помимо галита, в ее состав входят калиевые и калиево-магниевые минералы.

В зависимости от минерального состава выделяют разновидности калийной соли:

• Сильвинит: сильвин (хлорид калия) + галит
• Карналлитит: карналлит (хлорид магния и калия) + галит

Калийную соль от каменной можно отличить по розоватой или красноватой окраске и горькому привкусу.

Основная сфера применения породы – это получение чистого хлорида калия и производство калийных удобрений.

Больше узнать о происхождении, свойствах и особенностях эвапоритов вы можете в статье Химические осадочные породы.

Биохимические (органогенные) осадочные породы

Сырьем для их образования послужили живые организмы, населявших древние водоемы. Их мягкие ткани после смерти стали едой для падальщиков или разложились. Остались лишь твердые остатки, сложенные неорганическими соединениями.

К этим твердым остаткам относятся:

• Скелеты
• Раковины (ракушки) моллюсков
• Спикулы морских губок
• Створки (оболочки) диатомовых водорослей
• Коралловые постройки

Эти неразложимые остатки накапливаются на морском дне, перемешиваются с камнями, песком и илом. За тысячи и миллионы лет слой осадка уплотняется и цементируется, образуя каменную массу. Так образуется органогенная порода.

Примерами биохимических пород являются:

• Известняк
• Доломит
• Мергель
• Диатомит
• Трепел
• Опока
• Кремень

Стоит сказать, что многие породы из этой группы могут иметь как органогенное, так и хемогенное происхождение. Например, органогенный известняк образуется из обломков ракушек, а хемогенный – при осаждении карбоната кальция из соленых водоемов.

Остановимся на каждой разновидности породы подробнее.

Известняк

Это порода, более чем на 50% сложенная минералом кальцитом – карбонатом кальция. Она образуется из обломков известковых раковин моллюсков.

Окраска породы обычно светлая: белая, желтоватая, бежевая, кремовая. Но различные примеси могут окрашивать ее в красный, бурый и даже черный цвет.

Известняки – одна из самых распространенных на планете осадочных пород. Они представлены множеством разновидностей, которые отличаются по внешнему виду, строению и свойствам.

Среди разновидностей известняка можно выделить:

• Ракушечник
  Пористый и легкий камень, в толще которого можно часто обнаружить хорошо сохранившиеся ракушки и их обломки. Он хорошо сохраняет тепло и легок в обработке. Такой материал ценится в качестве стенового камня.
• Мел
  Тонкозернистая порода белого цвета, которая образуется из скелетов крошечных нанопланктонных водорослей. Малопрочный, хрупкий и маркий материал. Мел имеет очень широкую сферу применения. Его используют в качестве удобрения, при производстве извести, цемента, бумаги, пластмасс, резины и красок. И, конечно же, из него делают мелки для рисования.
• Оолитовый известняк
  Он образуется при химическом осаждении кальцита в водоемах. Отличить его можно по наличию оолитов – шарообразных отложений карбоната кальция.
• Травертин
  Также известный как известковый туф. По свойствам (легкости и пористости) он похож на ракушечник, но представляет собой хемогенную породу. Она образуется при осаждении карбоната кальция из вод подземных источников, выходящих на поверхность.

Месторождения известняков встречаются по всей планете. Эта порода имеет большое значение для человека.

Именно из известняков получают известь, которую затем применяют в строительстве и промышленности. Их используют для очистки нефти и пиролиза угля, при производстве красок, пластмасс, резины, стекла, бумаги и многих других материалов. Также известняки – это востребованный строительный и облицовочный материал.

Доломит

Порода, состоящая из доломита – карбоната магния и кальция. Свое название получил по имени французского геолога Деоды де Доломьё, который и открыл эту породу в конце 18 века.

Внешне доломит очень похож на известняк, эти две породы легко спутать. Различить их можно, капнув на камень раствор соляной кислоты. Кальцит при контакте с ней быстро и бурно вскипает, тогда как доломит реагирует медленно или не реагирует совсем.

В зависимости от происхождения доломиты бывают:

• Первичные
  Часто они образуются химическим путем при осаждении малорастворимого доломита из соленых водоемов
• Вторичные
  Образуются при замещении кальцита в известняках минералом доломитом. Этот процесс называется доломитизацией

Из доломитов на химических производствах получают магний. Их также используют в качестве огнеупоров в металлургии, удобрения в сельском хозяйстве и при производстве стекла. Как и известняк, эта порода пользуется спросом в строительной сфере.

Мергель

Широко распространенная порода смешанного происхождения. В ее состав входит 35-75% органогенного кальцита (реже – доломита) и 25-65% глинистых частиц.

Мергель занимает промежуточное место между известняками (доломитами) и глинистыми породами. От известняков он отличается пониженной прочностью. А от глин – тем, что не набухает в воде и не становится пластичным при намокании.

Его также называют:

• Известковая глина
• Рухляк
• Трескун

Последние два названия мергель получил за свой внешний вид. Поскольку это малопрочный камень, он легко выветривается и крошится.

Из-за низкой прочности мергели непригодны для использования в строительстве. Зато они служат сырьем для производства цемента, который как раз и получают обжигом известняка и глины.

Диатомит

Эта порода образовалась из сцементированных панцирей диатомей – крохотных одноклеточных водорослей. От них и получила свое название.

Окраска диатомитов светлая, обычно белая или светло-желтая.

Камень отличается высокой пористостью – она может достигать 92%. Но пустоты в толще породы крошечные, не различимые невооруженным взглядом, поэтому внешне она может казаться более плотной, чем известняк-ракушечник.

Диатомиты малопрочные и маркие, ломаются голыми руками и оставляют след на меловой доске.

Используют эту породу в основном в качестве адсорбентов и фильтров при производстве нефтепродуктов, тканей, продуктов питания, лекарств. А диатомитовую муку (диатомовую землю) широко применяют в качестве добавки к цементу, компонента полировальных паст, удобрения и инсектицида для борьбы с насекомыми-вредителями.

Трепел

Рыхлая или слабосцементированная порода, сложенная микроскопическими частичками опала и кристобалита. Названа в честь города Триполи в Ливии, где была впервые открыта и описана.

По строению и внешнему виду схожа с диатомитом. Спектр окрасок – от светлых (белых, желтых, серых) до темно-серых, бурых, красных и черных.

Измельченный трепел используют в качестве абразива, добавки к цементам, строительным смесям и растворам, при изготовлении «теплой» керамики. Также его применяют как минеральное удобрение и альтернативу диатомовой земле против насекомых.

Опока

Сцементированная порода, сложенная опалом. Предполагается, что она образуется в результате преобразования диатомита и трепела на стадии катагенеза.

Цвет – белый, при наличии примесей может быть зеленым, красным, серым или черным.

По составу порода схожа с трепелом, но отличается физическими свойствами. Она прочная, не разламывается руками и не размокает в воде. Опоковый камень – легкий и пористый, с хорошими тепло- и звукоизолирующими свойствами в сухом состоянии.

Применяют опоки преимущественно в качестве адсорбентов для очистки различных продуктов в газовой и химической промышленности. Молотую в порошок породу используют как добавку к цементу и наполнитель строительных смесей.

Кремень

Порода, сложенная кварцем и халцедоном – модификациями диоксида кремния.

Цвет в основном от серого до черного, но бывают также белые, зеленоватые и бурые разновидности с разными примесями.

Кремень – крепкая порода, которая по твердости превосходит многие осадочные образования. При разломе дает острые режущие края.

В древности из него делали орудия труда, оружие, наконечники стрел и копий. Также его использовали как огниво для высечения искры. Именно этот камень подразумевается, когда речь идет о каменном веке.

В наши дни из кремня делают кислотоупорную посуду и элементы камнеистирающих мельниц. Его используют при производстве абразивов и полировальных паст. А декоративные разновидности породы пользуются спросом в качестве поделочного камня.

Больше узнать об этих и других породах вы можете в статье Биохимические осадочные породы.

Каустобиолиты

Слово «каустобиолит» состоит из греческих корней kaustos – «горючий», bios – «жизнь» и lithos – «камень». Этот термин объединяет органические горные породы, которые используются в качестве горючих ископаемых.

К каустобиолитам относятся:

• Торф
• Уголь
• Нефть
• Природный газ

Остановимся на каждом из них немного подробнее.

Торф

Рыхлая порода, которая образуется на болотах. Ее формируют остатки растений, которые отмирают и разлагаются в условиях повышенной влажности и недостатка кислорода.

Внешне представляет собой землистую или волокнистую массу светло-желтого, коричневого или черного цвета.

По составу и свойствам торф занимает промежуточное место между почвой и ископаемым углем. От почвы он отличается повышенным содержанием органических соединений (не менее 50% по массе сухого вещества), а от угля – влажностью и наличием неразложившихся растительных остатков.

Как и все каустобиолиты, торф горит с выделением тепла. Но по теплоте сгорания он проигрывает углю и газу, поэтому в качестве промышленного топлива его используют редко. В основном торфяными брикетами отапливают частные дома.

Главная сфера применения породы – сельское хозяйство. Торфяные компосты используют в качестве удобрения и компонента почвосмесей, а некоторые виды торфа идут на производство кормов для скота.

Также из торфа производят активированный уголь и кокс, различные виды смазок, парафин и искусственный воск.

Больше узнать о разновидностях и свойствах торфа вы можете в статье Виды торфа.

Уголь

Ископаемые угли – это серия пород, которые образовались из торфа на стадиях катагенеза и метагенеза. Этот процесс называется углефикацией.

Углефикация делится на три стадии:

1. Буроугольная
2. Каменноугольная
3. Антрацитовая

На этих стадиях образуются бурые, каменные угли и антрациты соответственно. Больше узнать об этом вы можете в статье Как образовался каменный уголь.

Переход от одной стадии к другой обусловлен погружением породы в толщу земной коры, что сопровождается увеличением температуры и давления. С каждым переходом нарастает температура сгорания угля, а значит – его эффективность как топлива.

Уголь – это один из древнейших видов топлива. В древнем Китае, Риме и Греции его использовали еще до нашей эры. Лишь в середине 20 века страны мира начали постепенно отказываться от угля в пользу более экологичного газа и атомной энергетики.

Больше узнать о классификации ископаемых углей вы можете в статье Виды угля.

Нефть

Эта черная вязкая жидкость образовалась – по одной из основных теорий – в ходе разложения останков живых организмов на дне древних водоемов. Хотя однозначного ответа на вопрос о ее происхождении наука пока не дает.

Начиная с 20 века, нефть считается одним из важнейших полезных ископаемых. Она имеет огромное значение для современной химической промышленности. Именно поэтому ее называют черным золотом.

Из нефти и ее компонентов производят:

• Различные виды топлива: бензин, керосин, мазут
• Смазочные масла
• Лакокрасочные материалы
• Растворители
• Пластмассы
• Резины
• Синтетические ткани
• Парафин
• Органические кислоты

И это – лишь небольшой список. Вещества, получаемые из нефтепродуктов, в современном мире встречаются повсеместно. Они входят в состав косметики, лекарств и даже пищевых продуктов.

Природный газ

Под этим термином понимают смесь газов-углеводородов, которая залегает в недрах Земли на глубине от одного до нескольких километров. Как и в случае с нефтью, механизм его образования пока до конца не ясен. По одной из теорий, это продукт разложения древних органических останков в условиях высокого давления и температуры.

Основную часть природного газа составляет метан.

Наряду с ним могут присутствовать:

• Этан
• Пропан
• Бутан
• Пентан

Все эти газы не имеют цвета и запаха, их невозможно обнаружить органами чувств. Неприятный «запах газа», который многим знаком – это специальная отдушка, которую добавляют из соображений безопасности.

В наши дни газ считается одним из самых эффективных и экологичных видов топлива. Его повсеместно используют для обогрева помещений и готовки.

Также природный газ – это ценное сырье для производства химических реагентов. В частности, из него получают аммиак, ацетон, метанол, этанол и другие спирты.

Больше узнать о горючих полезных ископаемых, их происхождении и свойствах вы можете в статье Каустобиолиты.

Вулканогенно-осадочные породы

При словах «извержение вулкана» большинство людей в первую очередь представляет потоки раскаленной лавы. Но помимо лавы, вулкан также извергает огромные объемы пепла и каменных обломков.

Этот вулканический материал попадает в водоемы и либо оседает на дно, либо переносится течениями на дальние расстояния. Там он перемешивается с осадочными отложениями: песком, илом, останками живых организмов. В результате образуются породы, которые занимают промежуточное место между магматическими и собственно осадочными – вулканогенно-осадочные.

К породам вулканогенного происхождения относятся:

• Туффит
  Порода, в состав которой входит от 25% до 90% вулканогенного материала: пепла, шлаков, обломков пемзы и других вулканических пород. Остальной объем занимает собственно осадочный материал разного происхождения. Занимает промежуточное место между вулканическим туфом (который относится к магматическим породам) и обычными обломочными породами. Туффиты часто образовывались в районах древнего морского побережья, куда приливами приносило продукты отдаленных извержений.
• Яшма
  Эта плотная и твердая порода многим известна как ценный поделочный камень. Сложена она микроскопическими кристаллами кварца и халцедона (подобно кремню) с примесями цветных минералов: гематита, гётита, хлорита, эпидота и других. Отличается большим разнообразием расцветок и рисунков, хорошо полируется. Происхождение вулканогенных яшм связано с подводными гидротермальными источниками, выносящими кремнистое вещество из недр Земли.

Больше узнать об этих и других породах вы можете в статье Вулканогенно-осадочные породы.

Теперь вы знаете, какие осадочные породы существуют на планете Земля. Если какие-то из них особенно вас заинтересовали, вы можете найти более подробную информацию в соответствующих статьях на нашем сайте.

В следующем разделе мы немного углубим наши знания о горных породах.

Характеристики и свойства осадочных пород

Есть ряд показателей, которые определяют при описании и диагностике (определении вида) горной породы. Они могут быть общими для всех генетических групп (магматических, метаморфических и осадочных) или применяться только для одной из них. Больше узнать об этом вы можете в статье Характеристики и свойства горных пород.

Для осадочных пород важны такие признаки:

• Структура
• Текстура
• Химический и минеральный состав
• Твердость
• Окраска (цвет)
• Плотность
• Прочность (крепость)

Остановимся на каждом из них подробнее.

Структура

Структура – это характеристика внутреннего строения породы. Она описывает тип, размер и форму слагающих ее компонентов.

У осадочных пород могут быть такие структуры:

• Обломочная
  Она характерна для пород, которые состоят из обломков горных пород и минералов (глыб, гальки, конгломератов, брекчий, песков и других). Отдельные виды обломочных структур выделяются в соответствии с классификацией обломочных пород, которую мы подробно рассмотрели выше.
• Кристаллически-зернистая
  Свойственна хемогенным породам (эвапоритам), которые сложены кристаллическими зернами различных минералов. Зернистые структуры в зависимости от размера кристаллов делятся на крупно- (5-20 мм), средне- (1-5 мм) и мелкозернистые (меньше 1 мм).
• Аморфная
  Это структура пород, которые сложены аморфными минералами – например, опалом. Такие минералы не имеют кристаллической решетки, поэтому в строении породы даже под микроскопом нельзя различить отдельные кристаллы. Амфорфную структуру имеют опока и трепел.
• Оолитовая
  Характеризуется наличием оолитов – шарообразных минеральных образований (от греческого oion – «яйцо»). Оолиты образуются в результате нарастания кристаллов вокруг песчинок в морской воде. Именно по такой структуре можно отличить хемогенные известняки и доломиты от органогенных. Также она характерна для железных, марганцевых, фосфатных и алюминиевых руд.
• Биоморфная
  Такая структура состоит из достаточно крупных и визуально различимых останков живых организмов (скелетов, раковин). Она характерна только для органогенных пород. Самый, пожалуй, яркий их представитель – известняк-ракушечник.
• Детритовая (детритусовая)
  Еще одна структура органогенных пород, но уже сложенных мелкими обломками скелетов и раковин. Наиболее характерна для карбонатных пород: известняков и доломитов.

Больше узнать по этой теме вы можете в статье Структуры осадочных пород.

Текстура

Это вторая характеристика строения породы, которая определяется в дополнение к структуре. Она описывает пространственное расположение и взаимную ориентировку компонентов породы.

У осадочных пород могут быть такие текстуры:

• Массивная
  Она характеризуется хаотичным расположением зерен в толще породы. За счет этого физические и химические свойства породы проявляются одинаково по всему ее объему. При ударе она раскалывается на куски неправильной формы. Такая текстура характерна для химических пород: соли, гипса, хемогенных известняков и доломитов.
• Слоистая
  В толще породы чередуются слои, отличающиеся по минеральному и химическому составу. Внешне это проявляется в виде характерного полосчатого рисунка. По составу слоев и их расположению (горизонтальному, косому, волнистому) можно определить, когда и в каких условиях формировалась определенная порода. Слоистые текстуры свойственны многим обломочным, глинистым и органогенным породам.
• Пористая
  Характеризуется наличием пор и пустот в толще породы. Их появление может быть связано как с неплотным прилеганием зерен друг к другу, так и с процессами вымывания растворимых минералов из породы. Породы с пористой текстурой отличаются небольшой плотностью и улучшенными теплоизоляционными свойствами. Также они могут выполнять роль коллекторов для грунтовых вод, нефти и природного газа. Примерами пористых пород могут служить известняк-ракушечник и различные осадочные туфы.
• Рыхлая
  Это текстура несцементированных сыпучих пород: песка, дресвы, гальки, торфа и других.

Больше об этих и других текстурах вы можете узнать в статье Текстуры осадочных пород.

Химический и минеральный состав

В состав осадочных пород входит множество химических элементов и соединений.

Среди них преобладают:

• Кислород
• Кремний
• Алюминий
• Железо
• Кальций
• Натрий
• Калий
• Магний
• Марганец
• Фосфор
• Титан

Минералами называют однородные по строению и химическому составу природные тела, обычно имеющие кристаллическую решетку. Из них состоят почти все горные породы. Подробнее о видах и свойствах основных минералов земной коры мы пишем в статье Породообразующие минералы.

Минеральный и химический состав породы – это очень важный показатель. От него зависят многие свойства породы, а также сфера ее применения.

По химическому составу осадочные породы делятся на:

• Силикатные
  Это обломочные и глинистые породы, которые сложены преимущественно минералами групп силикатов и алюмосиликатов. К ним относятся, например, кварц, полевые шпаты, роговая обманка, различные слюды. Эти минералы являются главными почти для всех магматических и многих метаморфических пород.
• Карбонатные
  В их составе преобладают природные карбонаты – соли угольной кислоты. Основными минералами для них являются кальцит (CaCO₃), доломит (CaMg[CO₃]₂) и магнезит (MgCO₃), которые входят в состав известняков, доломитов и мергелей. Карбонатные породы – это сырье для получения извести, которая используется в производстве вяжущих веществ (в том числе цемента), строительных материалов и удобрений.
• Кремнистые
  К этой группе относятся породы, более чем на 50% сложенные кремнеземом (диоксидом кремния). Основные минеральные модификации кремнезема: кварц, опал, халцедон и кристобалит. Они имеют одинаковый химический состав, но разные кристаллические решетки (исключение – опал, который является аморфным минералом). Кремнистые породы отличаются разнообразием внешнего вида и свойств. К этой группе относятся как пористые диатомиты, трепелы и опоки, так и плотные кремни и яшмы.
• Сульфатные
  Породообразующими минералами для этой группы служат водный гипс (CaSO₄·2H₂O) и ангидрит (CaSO₄), слагающие одноименные породы. Из сульфатных пород получают гипсовые вяжущие, добавки для цемента и наполнители для производства бумаги и картона.
• Хлоридные (галоидные)
  Это природные соли, состоящие из хлоридов натрия (NaCl), калия (KCl) и калия-магния (KCl·MgCl₂·6H₂O). Они широко востребованы в пищевой и химической промышленности.
• Углеродистые
  Породы, в составе которых много органического вещества – то есть углеродных соединений. К этой группе относятся все каустобиолиты.
• Фосфатные
  Это породы биохимического происхождения, в составе которых содержится существенное количество (по разным классификациям – не менее 10% или не менее 50%) фосфата кальция. Они используются для получения фосфорных удобрений, которые востребованы в сельском хозяйстве.
• Глиноземистые
  Породы, в которых не менее 28% химического состава по массе приходится на оксиды и гидроксиды алюминия. Они используются в качестве руд для добычи алюминия, который в чистом виде в природе почти не встречается. Основная разновидность глиноземистых пород – бокситы.
• Железистые
  Породы, содержащие не менее 50% железистых минералов (гётита, гидрогётита, гематита, магнетита, пирита, сидерита, шамозита). Используются как железная руда. Основной источник добычи железа в наше время – железистый кварцит (джеспилит).
• Марганцевые
  В эту группу попадают породы, не менее чем на 50% сложенные минералами оксидов, карбонатов и силикатов марганца. В горнодобывающей промышленности они рассматриваются как марганцевые руды.

Мы лишь в общих чертах рассмотрели особенности пород разного состава. Если вам интересно больше узнать по этой теме, рекомендуем статью Виды осадочных пород по химическому составу.

Твердость

Под твердостью понимают сопротивление материала вдавливанию постороннего тела. При сравнении двух пород более твердой будет та, которая оставляет на другой царапину или вмятину.

В лабораторных условиях можно определить абсолютную твердость – она измеряется в кг/см². Это сила, которую нужно приложить для вдавливания в образец породы алмазной пирамидки.

Но на практике чаще определяют относительную твердость. Для этого пользуются шкалой Мооса. Она состоит из минералов-эталонов с постоянной твердостью, каждому из которых присваивается балл от 1 до 10. Каждый следующий минерал в шкале оставляет царапину на всех предыдущих.

А чтобы быстрее проводить диагностику, шкалу Мооса дополняют шкалой Разумовского. В ней для каждого минерала-эталона приводятся предметы со сходной твердостью, которые можно легко найти в полевых условиях.

Шкала относительной твердости минералов и горных пород приведена в таблице:

Опираясь на показатель твердости, можно примерно определить минеральный состав породы. Так вы отличите, например, мягкий гипс от более твердого известняка, сложенного кальцитом.

Больше узнать об этом вы можете в статье Твердость минералов и горных пород.

Окраска (цвет)

У каждой горной породы есть определенный спектр расцветок. По нему можно сделать предварительные выводы о химическом и минеральном составе. Иногда – если расцветка достаточно редкая – можно даже предположить, из какого именно месторождения добыли образец породы.

Цвет горной породы зависит от:

• Окраски породообразующих минералов
  Минералы, слагающие основную массу породы, вносят основной вклад в формирование ее цвета. Если порода состоит из одного минерала или нескольких схожих по цвету, то окрас у нее будет более-менее однотонный. Полиминеральные породы зачастую отличаются пестрыми расцветками.
• Наличия примесей
  Даже небольшие включения некоторых цветных соединений могут резко изменить цвет камня. Особенно это касается тех пород, которые сложены светлыми или бесцветными минералами: гипсом, кальцитом, доломитом, кварцем и другими.

Конечно, по одному цвету породы невозможно определить ее состав. Но есть связь между некоторыми распространенными расцветками и минералами, которые чаще всего встречаются в природе.

В таблице ниже вы можете увидеть, какие окраски породам придают химические вещества:

Конечно, это далеко не полный список минералов и примесей, которые могут окрашивать породы в тот или иной цвет. Больше узнать по этой теме вы можете в статье Цвет горных пород.

Плотность

Плотность породы характеризует отношение ее массы к объему. Измеряется она на образцах, представляющих вырезанные из массива кубики.

Плотность сухой породы зависит преимущественно от плотности слагающих ее минералов.

По плотности все минералы делятся на:

• Тяжелые (свыше 4,0 г/см³)
  К ним относятся железистые (гематит, магнетит, пирит, сидерит) и марганцевые (пиролюзит, манганит) минералы, которые чаще встречаются в магматических и метаморфических породах и реже – в осадочных. Именно поэтому осадочные породы в среднем легче остальных.
• Средние (от 2,5 до 4,0 г/см³)
  Более половины всех минералов в земной коре относятся к этой группе. Среди них, например, кварц, кальцит, доломит, каолинит и халцедон, которые часто встречаются в осадочных породах.
• Легкие (меньше 2,5 г/см³)
  Это небольшая группа, в которую попадают такие минералы как галит, гипс, опал, кристобалит и некоторые другие, характерные в основном для эвапоритов и кремнистых пород.

Таким образом, самые тяжелые из осадочных пород – это железные и марганцевые руды, а самые легкие – гипс, соли и пористые кремнистые породы (диатомиты, трепелы, опоки).

Больше узнать по этой теме вы можете в статье Плотность горных пород.

Прочность (крепость)

Показатель прочности наиболее важен при разработке карьеров и строительных площадок, обустройстве подземных шахт и проведении буровых работ. Он характеризует стойкость породы к разрушению под воздействием внешней силы.

Есть много разных методов определения прочности, которые используются в конкретных задачах. Но они интересны в основном специалистам. Подробнее об этом мы пишем в статье Прочность грунта.

Здесь же мы мы кратко рассмотрим такую характеристику как крепость. Она показывает, насколько легко порода разрушается при разработке и добыче.

Эту классификацию разработал М. М. Протодьяконов еще в первой половине 20 века. В ней за единицу отсчета принята глина. Остальные породы сравниваются с ней и в зависимости от результата получают тот или иной коэффициент.

Выделяют такие категории крепости осадочных пород:

К самой высокой I категории по крепости относятся магматические и метаморфические породы.

Больше о том, как измеряется этот показатель, вы можете узнать в статье Крепость горных пород.

Теперь вы знаете, какие бывают осадочные породы и какими свойствами они обладают. В заключительном разделе мы кратко поговорим о том, какое место они занимают в классификации грунтов.

Осадочные породы как грунты

Грунтом в строительстве и инженерной геологии называют верхний слой земной коры, залегающий под почвой. Это – основная сфера деятельности человека. Именно на нем возводят дома и другие строения, в нем прокладывают линии метро и подземных коммуникаций.

Грунты бывают природными или техногенными – то есть измененными человеком. Под природными грунтами подразумевают горные породы, чаще всего – осадочного происхождения.

Официальная классификация строительных грунтов приводится в ГОСТ 25100-2020.

В соответствии с ней все грунты делятся на:

• Классы – по природе структурных связей
• Подклассы – по особенностям структуры
• Типы – по происхождению
• Подтипы – по условиям образования
• Виды – по вещественному составу
• Подвиды – петрографическому или литологическому составу (видам горных пород)

Таким образом, осадочные породы – это один из типов природных грунтов по классификации ГОСТ. По природе структурных связей они могут быть скальными (сцементированные породы) или дисперсными (рыхлые, в том числе глины).

В таблице ниже вы можете увидеть, какое место осадочные породы занимают в общей классификации грунтов:

Ознакомиться с полной классификацией грунтов вы можете в статье Виды грунтов в строительстве.

Осадочные породы – это очень большая и разнообразная группа материалов, и у каждой разновидности будут свои нюансы применения в качестве грунтов. Больше узнать об этом вы можете в статьях, посвященных конкретным породам.

Подведем небольшой итог всему сказанному выше.

Осадочные породы образуются в результате накопления и преобразования осадочных отложений: обломков более древних пород, минералов, останков живых организмов. Они занимают около 75% всей поверхности Земли.

По происхождению осадочные породы делятся на обломочные, глинистые, химические, биохимические, вулканогенные и горючие полезные ископаемые – каустобиолиты. К их признакам относятся структура, текстура, химический и минеральный состав, твердость, цвет, плотность и прочность.

Осадочные породы имеют широкую сферу применения. Их используют в качестве строительных, облицовочных и поделочных материалов, сырья для добычи полезных ископаемых и производства синтетических материалов.

Дата публикации: 24 апреля 2025 года