Метаморфические (видоизмененные) породы образуются в природе в результате изменения состава и строения осадочных и изверженных пород. Процессы метаморфизма проходят при повышенных температурах без расплавления или растворения, при воздействии высоких давлений и сдвиговых деформаций. Такие условия возникают тогда, когда исходные породы в результате горообразовательных процессов могут переместиться с поверхности в глубь земной коры. В результате может произойти перекристаллизация минералов, глубоко измениться строение, т. е. образоваться совершенно новые породы, более плотные и в большинстве случаев с ясно выраженной кристаллической структурой. Эти породы могут быть целиком видоизмененными (например, мрамор) или с заметным содержанием исходной породы (мраморовидные известняки).

Минеральный состав метаморфических пород часто идентичен исходным магматическим или осадочным породам. Текстура метаморфических пород может быть сланцеватой (гнейсы, глинистые сланцы) и массивной (мрамор и кварциты). Сланцеватое строение характерно для видоизмененных пород, образовавшихся в условиях одностороннего давления. Сланцеватость понижает строительные свойства метаморфических пород, в частности морозостойкость и прочность в направлении, параллельном сланцеватости, но придает им способность относительно легко раскалываться по плоскостям сланцеватости на более или менее тонкие слои.

Массивная зернистая текстура характерна для пород, образовавшихся при многостороннем давлении, когда исходная осадочная порода в результате перекристаллизации и уплотнения становится монолитной, состоящей из тесно сросшихся кристаллических зерен. Такие породы отличаются очень высокой плотностью по сравнению с осадочными породами, из которых они образовались.

В строительстве из метаморфических пород применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.

Гнейсы по минеральному составу и свойствам сходны с породами гранитного типа, из которых они образовались. Из-за сланцеватого строения менее долговечны. В строительстве их чаще всего используют в виде бутовых плит для кладки фундаментов, устройства тротуаров, облицовки набережных, каналов.

Глинистые сланцы — типичные сланцевые метаморфические породы, образовавшиеся из глин; цвет черный или темно-серый. Глинистые сланцы не размокают в воде, стойки против выветривания, легко раскалываются на тонкие ровные плитки (3…10 мм), применяемые как кровельный материал (природный шифер).

Мраморы образовались в результате видоизменения известняков (реже доломитов) и состоят из прочно сросшихся кристаллов кальцита, иногда с примесями зерен доломита, марганцевых, железистых и углеродистых соединений, придающих им различную окраску. При неравномерном распределении примесей мраморы имеют пеструю окраску с различными узорами, придающими камню декоративность.

рис.1. Мрамор

 Мраморы отличаются высокой плотностью — до 2900 кг/м3, малым водопоглощением — до 0,7 %, большой прочностью при сжатии — до 300 МПа, но обладают небольшой твердостью — 3. Мрамор хорошо шлифуется и полируется, распиливается на тонкие плиты. Его широко применяют для внутренней облицовки стен, изготовления ступеней, подоконных досок и других изделий. Разновидности мрамора, непригодные для штучных изделий, или отходы при обработке мрамора в виде крошки используют в качестве заполнителя для отделочных растворов и бетонов. Для наружной облицовки зданий большинство мраморов применять не рекомендуется, так как под влиянием атмосферных агентов (воды, сернистого газа, изменений температуры и др.) поверхность мрамора теряет декоративный вид и подвергается заметной коррозии (становится тусклой, шероховатой и более пористой).

Кварциты образовались в результате видоизменения кремнистых песчаников. Они имеют плотную структуру и состоят из перекристаллизованных зерен кварца, сцементированных кварцевым цементом. Окраска — белая, красная, темно-вишневая. Кварциты обладают высокой плотностью — около 2700 кг/м3, небольшим водопоглощением— менее 0,2%, значительной прочностью при сжатии — до 400 МПа, большой твердостью — 7 и долговечностью. Кварциты применяют для наружной облицовки повышенной стойкости, подферменных камней в мостах, иногда в виде щебня и бута, а также как сырье для изготовления динасовых огнеупоров.

Рис.2. Кварцит 

В составе литосферы на долю осадочных пород приходится лишь около 5 %, однако они занимают до 75 % площади поверхности Земли. Характерным для осадочных пород является слоистость залегания (их называют пластовыми) и в большинстве случаев более пористое строение и меньшая прочность, чем у плотных магматических пород. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяют на три группы: механические отложения (обломочные), химические осадки, органогенные отложения.

Механические отложения (рыхлые и цементированные) образовались в результате разрушения других пород под воздействием процесса выветривания (действие воды, ветра, колебаний температуры, замораживания и оттаивания и других атмосферных факторов). В результате даже самые прочные массивные магматические породы разрушаются, образуя обломки разных размеров: глыбы, куски и более мелкие частицы.

Наряду с механическими разрушениями в результате взаимодействия составных частей горных пород с веществами, находящимися в окружающей среде, может происходить химическое разрушение. Так, полевые шпаты под действием воды, содержащей диоксид углерода, разрушаются, образуя водные силикаты алюминия.

Продукты разрушения остаются на месте или чаще переносятся водными потоками, ветром, ледниками в другие места и после осаждения образуют рыхлые скопления пластов обломочных осадочных пород (песка, глины, гравия, природного щебня). Некоторые из них в последующем подвергаются цементированию природными цементами, выпавшими в толще рыхлых осадков из омывающих их растворов, образуя сплошные (сцементированные) горные породы различной плотности (песчаники, конгломераты, брекчии).

Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок веществ, перешедших в состав водных растворов в процессе разрушения горных пород. Они являются следствием изменения условий среды, взаимодействия растворов различного состава и испарения (гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковые туфы).

Органогенные отложения — породы, образующиеся в результате отложения отмирающего растительного мира и мелких животных организмов водных бассейнов. Многие морские организмы при жизни извлекают из воды соли кальция, растворенный кремнезем для построения своих скелетов, раковин, панцирей, стеблей. После отмирания, осаждаясь на дно и уплотняясь, они образуют пластовые отложения органогенных пород. Для строительных целей используют мел, известняки разных видов, диатомиты и трепелы.

Рис.1. Диатомит природный

Вследствие различия в химическом составе магм и различных условий и сред, в которых происходило остывание и затвердевание магмы, образовывались магматические породы разного строения и свойств — глубинные и излившиеся (плотные и пористые).

 Глубинные породы образовались в результате медленного и равномерного остывания магмы под большим давлением. Такие условия могли возникнуть в природе тогда, когда магма остывала и оставалась на большой глубине в земной коре. Эти условия благоприятствовали образованию в данной породе минералов с зернисто-кристаллической структурой, прочно сросшихся между собой без всякого цементирующего вещества (гранитное строение). Характерным для этих пород является массивность залегания, высокая плотность, а следовательно, большая прочность при сжатии, малое водопоглощение, значительная морозостойкость и высокая теплопроводность.

 Излившиеся породы образовались в результате менее равномерного и более быстрого охлаждения магмы при относительно быстром и неравномерном сбросе давления или даже при атмосферном давлении. Такие условия могли возникнуть в случае, когда магма остывала, излившись в виде лавы на поверхность земли или близко к поверхности. В этих условиях охлаждения крупные кристаллические зерна образоваться не успевали и возникали другие генетические структуры: скрытокристаллическая, стекловатая (аморфная), порфировая. Для порфировой структуры характерно неоднородное строение, когда в аморфную или мелкокристаллическую массу включены крупные кристаллические соединения — «вкрапленники», образовавшиеся в магме еще в глубинных слоях во время ее поднятия к поверхности земли.

Из сказанного видно, что из одной и той же магмы, но при различных условиях остывания могут образоваться глубинные и излившиеся породы (называемые аналогами), близкие по химическому составу, но отличающиеся друг от друга структурой и свойствами. В тех случаях, когда излившиеся породы образовались в большой толще, их строение и свойства сходны с глубинными породами. Если же образование излившихся пород происходило в сравнительно тонком слое и ближе к поверхности или на поверхности земли, то они имеют неоднородное, стекловатое и сравнительно пористое строение.

Разновидностью излившихся горных пород являются породы, образовавшиеся при извержении вулканов. В этом случае магма под большим давлением в виде раздробленных частиц выбрасывалась в атмосферу и, увлекаемая газами, очень быстро охлаждалась и падала на поверхность земли в виде затвердевших частиц и кусков разной крупности, образуя обломочные рыхлые породы пористой и стекловатой структуры (вулканический пепел, песок, пемза). Некоторая часть этих рыхлых пород слеживалась, спекалась или перемешивалась с лавой, образуя цементированные вулканические породы мелкопористого строения (вулканические туфы, трассы, туфовую лаву).

Химический и минеральный составы магматических пород

Большинство магматических пород, применяемых в строительстве, содержит химические соединения трех типов — кремнезем, силикаты и алюмосиликаты в виде породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты, слюда и железисто-магнезиальные минералы). Каждый минерал кроме химического состава характеризуется определенными н различными физическими свойствами (плотностью, твердостью, прочностью, стойкостью, наличием спайности, блеском, цветом и др.). Поэтому преобладание в породе тех или других минералов, их размеры и расположение отражаются на строительных свойствах каменного материала.

 Кварц — диоксид кремния (SiO2) в кристаллической форме. Он отличается высокой плотностью — около 2650 кг/м3, твердостью — 7, прочностью при сжатии — до 2000 МПа и стойкостью.

рис.1. Кристаллы кварца

Бразильские ученые утверждают, что обнаружили следы огромной подземной реки, текущей глубоко под Амазонкой.

По сообщению Департамента геофизики Национальной обсерватории (Observatorio Nacional, ON), бразильские ученые обнаружили подземную реку, которая сопровождает поток реки Амазонки на глубине 4000 метров. Ими установлено, что бассейн Амазонки имеет две системы водосбора: собственно река Амазонка, и проходящая параллельно ей подземная река, питаемая грунтовыми водами. Подземная река получила имя Хамза (Hamza), в честь индийского ученого Valiya Mannathal Hamza, изучающего Амазонку более 45 лет.

Открытие стало возможным благодаря исследованию температур, которое проводилось учеными через 241-у скважину, пробуренных государственной бразильской нефтяной компании Petrobras в бассейне Амазонки в период между 1970 и 1980 годами в поисках углеводородов.

Обе реки – и Амазонка, и Хамза – текут в одном направлении, но при этом имеют ряд существенных отличий. Ширина двух рек не одинакова: берега Амазонки, в зависимости от места, разделяют от 1 до 100 километров. Ширина реки Хамза значительно больше – от 200 до 400 километров. Безусловно, подземная река Хамза имеет меньший поток – 3 тыс. кубометров в секунду против 133 тыс. кубометров у Амазонки. При этом, если скорость воды в реке Амазонка колеблется от 0,1 до 2 метров в секунду, то для Хамза поток составляет от 10 до 100 метров в год.

На протяжении последнего столетия природные ресурсы Мёртвого моря разрабатываются со всё нарастающей интенсивностью. Промышленная разработка минералов и использование 80 % впадающих в Мёртвое море притоков привели к резкому падению уровня грунтовых вод.

За последнее столетие уровень воды упал на 25 метров, и разрушительный процесс только прогрессирует. На сегодняшний день уровень моря падает в среднем на 1 метр в год^[9]. В 1977 году из-за осушения море оказалось поделённым на две части, северную и южную. Южная часть находится под контролем минералогических заводов. Предприятия ведут добычу брома, карбоната калия и других минералов. Кристаллизация солей происходит посредством испарения. Для этих целей южная часть была превращена в систему сообщающихся бассейнов. Таким образом, был нарушен естественный процесс циркуляции воды в Мёртвом море. Сложившаяся ситуация влечёт за собой неминуемую экологическую катастрофу. Первые её предвестники^[10] хорошо ощутимы уже сегодня. Понижение уровня грунтовых вод привело к образованию подземных полостей и проседанию почвы. На территории Израиля и Иордании насчитывается порядка 1200 провалов, глубина которых иногда достигает 25 метров. Самую большую опасность представляют провалы, которые образуются вдоль дорог и вблизи жилых комплексов. Зафиксирован случай возникновения провала сразу после проезда туристического автобуса. По счастливой случайности, никто из пассажиров не пострадал. До сегодняшнего момента жертвами провалов стали три человека.

Причины экологической катастрофы:

1.    Хозяйственное использование вод, ранее впадавших в Мёртвое море;

2.    Выкачивание грунтовых вод;

3.    Климатические изменения.

Oколо 150 млн лет назад, в юрском периоде, на Земле уже обитали млекопитающие. И было их немало – и по численности, и видовому разнообразию они не слишком уступали «царям природы» того времени – динозаврам. Но известно о них гораздо меньше. Кроме, разве что, того, что это были весьма примитивные, по сравнению с нынешними представителями своего класса, животные. Ведь хрупкие скелеты маленьких зверьков плохо сохраняются в геологических отложениях, а строение костей – единственный признак, по которому можно судить об организации, внешнем облике и образе жизни вымерших существ.