Ч. К. Лейт

«Экономические аспекты геологии»

Страница 1 из 19 · 55 566 зн. · 64 мин. чтения

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЕОЛОГИИ

Ч. К. ЛЕЙТ

ВИСКОНСИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

НЬЮ-ЙОРК HENRY HOLT AND COMPANY

CONTENTS

CHAPTER PAGE

I. INTRODUCTION 1

Survey of Field 1

Economic applications of the several branches of geology and of other sciences 3

Stratigraphy and paleontology 4

Structural geology 5

Physiography 6

Rock alterations or metamorphism 10

Application of other sciences 10

Treatment of the subject in this volume 11

II. THE COMMON ELEMENTS, MINERALS, AND ROCKS OF THE EARTH AND THEIR ORIGINS 13

Relative abundance of the principal elements of the lithosphere 13

Relative abundance of the principal minerals of the lithosphere 14

Relative abundance of the principal rocks of the lithosphere 16

Water (hydrosphere) 18

Soils and clays 18

Comparison of lists of most abundant rocks and minerals with commercial rocks and minerals 18

The origin of common rocks and minerals 19

Igneous processes 19

Igneous after-effects 19

Weathering of igneous rocks and veins 20

Sedimentary processes 22

Weathering of sedimentary rocks 23

Consolidation, cementation, and other sub-surface alterations of rocks 24

Cementation 24

Dynamic and contact metamorphism 25

The metamorphic cycle as an aid in studying mineral deposits 27

III. SOME SALIENT FEATURES OF THE GEOLOGY AND CLASSIFICATION OF MINERAL DEPOSITS 29

Various methods of classification 29

Names 31

Mineral deposits as magmatic segregations in igneous rocks 34

Mineral deposits within and adjacent to igneous rocks, which were formed immediately after the cooling and crystallization of the magmas through the agency of hot magmatic solutions 36

Evidence of igneous source 37

Possible influence of meteoric waters in deposition of ores of this class 41

Zonal arrangement of minerals related to igneous rocks 42

The relation of contact metamorphism to ore bodies of the foregoing class 45

Secondary concentration in place of the foregoing classes of mineral deposits through the agency of surface solutions 46

Residual mineral deposits formed by the weathering of igneous rocks in place 50

Mineral deposits formed directly as placers and sediments 51

Mechanically deposited minerals 51

Chemically and organically deposited minerals 52

Sedimentary mineral deposits which have required further concentration to make them commercially available 54

Anamorphism of mineral deposits 57

Conclusion 58

IV. MINERAL RESOURCES—SOME GENERAL QUANTITATIVE CONSIDERATIONS 60

World annual production of minerals in short tons 60

World annual production of minerals in terms of value 62

Significance of geographic distribution of mineral production 63

The increasing rate of production 63

Capital value of world mineral reserves 64

Political and commercial control of mineral resources 65

Reserves of mineral resources 65

V. WATER AS A MINERAL RESOURCE 67

General geologic relations 67

Distribution of underground water 68

Movement of underground water 71

Wells and springs 72

Composition of underground waters 73

Relation of geology to underground water supply 75

Surface water supplies 76

Underground and surface waters in relation to excavation and construction 78

VI. THE COMMON ROCKS AND SOILS AS MINERAL RESOURCES 80

Economic features of the common rocks 80

Granite 82

Basalt and related types 82

Limestone, marl, chalk 82

Marble 83

Sand, sandstone, quartzite (and quartz) 84

"Sand and gravel" 84

Clay, shale, slate 85

The feldspars 86

Hydraulic cement (including Portland, natural, and Puzzolan cements) 86

Geologic features of the common rocks 88

Building stone 88

Crushed stone 90

Stone for metallurgical purpposes 91

Clay 91

Limitations of geologic field in commercial investigation of common rocks 92

Soils as a mineral resource 94

Origin of soils 94

Composition of soils and plant growth 96

Use of geology in soil study 97

VII. THE FERTILIZER GROUP OF MINERALS 99

General comments 99

Nitrates 101

Economic features 101

Geologic features 102

Phosphates 104

Economic features 104

Geologic features 105

Pyrite 107

Economic features 107

Geologic features 108

Sulphur 109

Economic features 109

Geologic features 110

Potash 111

Economic features 111

Geologic features 112

VIII. THE ENERGY RESOURCES—COAL, OIL, GAS (AND ASPHALT) 115

Coal 115

Economic features 115

World production and trade 115

Production in the United States 117

Coke 118

Classification of coals 119

Geologic features 123

Petroleum 127

Economic ffeatures 127

Production and reserves 128

Methods of estimating reserves 134

Classes of oils 136

Conservation of oil 137

Geologic features 140

Organic theory of origin 140

Effect of differential pressures and folding on oil genesis and migration 142

Inorganic theory of origin 143

Oil exploration 144

Oil shales 150

Natural gas 151

Economic features 151

Geologic features 151

Asphalt and bitumen 151

Economic features 151

Geologic features 153

IX. MINERALS USED IN THE PRODUCTION OF IRON AND STEEL (THE FERRO-ALLOY GROUP) 154

General features 154

Iron ores 158

Economic features 158

Technical and commercial factors determining use of iron ore materials 158

Geographic distribution of iron ore production 160

World reserves and future production of iron ore 162

Geologic features 166

Sedimentary iron ores 166

Iron ores associated with igneous rocks 171

Iron ores due to weathering of igneous rocks 171

Iron ores due to weathering of sulphide ores 173

Manganese ores 173

Economic features 173

Geologic features 176

Chrome (or chromite) ores 178

Economic features 178

Geologic features 179

Nickel ores 180

Economic features 180

Geologic features 180

Tungsten (wolfram) ores 182

Economic features 182

Geologic features 184

Molybdenum ores 185

Economic features 185

Geologic features 186

Vanadium ores 187

Economic features 187

Geologic features 188

Zirconium ores 189

Economic features 189

Geologic features 189

Titanium ores 190

Economic features 190

Geologic features 190

Magnesite 191

Economic features 191

Geologic features 192

Fluorspar 193

Economic features 193

Geologic features 194

Silica 195

Economic features 195

Geologic features 196

X. COPPER, LEAD AND ZINC MINERALS 197

Copper ores 197

Economic features 197

Geologic features 199

Copper deposits associated with igneous flows 200

Copper veins in igneous rocks 201

"Porphyry coppers" 203

Copper in limestone near igneous contacts 204

Copper deposits in schists 204

Sedimentary copper deposits 205

General comments 206

Lead ores 209

Economic features 209

Geologic features 211

Zinc ores 213

Economic features 213

Geologic features 216

XI. GOLD, SILVER, AND PLATINUM MINERALS 221

Gold ores 221

Economic features 221

Geologic features 226

Silver ores 231

Economic features 231

Geologic features 234

Platinum ores 237

Economic features 237

Geologic features 239

XII. MISCELLANEOUS METALLIC MINERALS 241

Aluminum ores 241

Economic features 241

Geologic features 243

Antimony ores 246

Economic features 246

Geologic features 248

Arsenic ores 249

Economic features 249

Geologic features 251

Bismuth ores 252

Economic features 252

Geologic features 252

Cadmium ores 253

Economic features 253

Geologic features 254

Cobalt ores 254

Economic features 254

Geologic features 255

Mercury (quicksilver) ores 255

Economic features 255

Geologic features 258

Tin ores 260

Economic features 260

Geologic features 261

Uranium and radium ores 263

Economic features 263

Geologic features 264

XIII. MISCELLANEOUS NON-METALLIC MINERALS 267

Natural abrasives 267

Economic features 267

Geologic features 269

Asbestos 270

Economic features 270

Geologic features 271

Barite (barytes) 272

Economic features 272

Geologic features 273

Borax 274

Economic features 274

Geologic features 275

Bromine 277

Economic features 277

Geologic features 278

Fuller's earth 278

Economic features 278

Geologic features 279

Graphite (plumbago) 279

Economic features 279

Geologic features 282

Gypsum 283

Economic features 283

Geologic features 284

Mica 285

Economic features 285

Geologic features 287

Monazite (thorium and cerium ores) 288

Economic features 288

Geologic features 289

Precious stones 289

Economic features 289

Geologic features 291

Salt 294

Economic features 294

Geologic features 295

Talc and soapstone 299

Economic features 299

Geologic features 299

XIV. EXPLORATION AND DEVELOPMENT 301

The general relations of the geologist to exploration and development 301

Partly explored versus virgin territories 303

The use of all available information 304

Coöperation in exploration 305

Economic factors in exploration 306

Geologic factors in exploration 307

Mineral provinces and epochs 308

Classification of mineral lands 309

Outcrops of mineral deposits 311

Some illustrative cases 312

Topography and climate as aids in searching for mineral outcrops 314

Size and depth of ore bodies as determined from outcrops 315

The use of placers in tracing mineral outcrops 316

The use of magneetic surveys in tracing mineral ledges 317

The use of electrical conductivity and other qualities of rocks in exploration 319

The use of structure and metamorphism in exploration 310

Drilling in exploration 320

Quantitative aspects of geologic exploration 321

Origin of mineral deposits as a factor in exploration 322

Lake superior iron ore exploration as an illustration 323

Development and exploitation of mineral deposits 326

XV. VALUATION AND TAXATION OF MINERAL RESOURCES 328

Popular conception of mineral valuation 328

Valuation and taxation of mines 329

Intrinsic and extrinsic factors in valuation 329

Values of mineral deposits not often established by market transfers 331

The ad valorem method of valuation 331

Other methods of mineral valuation and taxation 335

General comments on taxation of mineral resources 338

XVI. LAWS RELATING TO MINERAL RESOURCES 342

I. Laws relating to ownership and control of mineral resources 342

On alienated lands 343

On the public domain 344

Nationalization of mineral resources 345

Effect of ownership laws on exploration 347

Use of geology in relation to ownership laws 349

II. Laws relating to extraction of mineral resources 355

III. Laws relating to distribution and transportation of mineral resources 355

IV. Other relations of geology to law 356

XVII. CONSERVATION OF MINERAL RESOURCES 359

The problem 359

Differences between private and public efforts in conservation 363

The interest rate as a guide in conservation 364

Anti-conservational effects of war 365

Conservation of coal 366

Measures introduced or proposed to conserve coal 367

(A) Mining and preparation of coal 368

Progress in above methods 370

(B) Improvement of labor and living conditions at the mines 372

(D) Distribution and transportation of coal 376

(E) Utilization of coal 377

(F) Substitutes for coal as a source of power 378

Division of responsibility between government and private interests in the conservation of coal 379

Conservation of minerals other than coal 382

XVIII. INTERNATIONAL ASPECTS OF MINERAL RESOURCES 383

World movement of minerals 383

Movemenet of minerals under pre-war conditions of international trade 385

Changes during the war 385

Post-war condition of the mineral trade 387

Tendencies toward international coöperation and possibility of international control of minerals 389

Methods of international coöperation 391

Conservation in its international relations 393

Exploration in its international relations 395

Valuation in its international relations 396

Relative position of the united states in regard to supplies of minerals 396

The coal and iron situation of western europe under the terms of the peace 400

Conclusion 403

Literature 403

XIX. GEOLOGY AND WAR 405

Geology behind the front 405

Geology at the front 408

Effect of the war on the science of economic geology 412

XX. GEOLOGY AND ENGINEERING CONSTRUCTION 413

Foundations 413

Surface waters 414

Tunnels 414

Slides 415

Subsidence 417

Railway building 417

Road building 418

Geology in engineering courses 419

XXI. THE TRAINING, OPPORTUNITIES AND ETHICS OF THE ECONOMIC GEOLOGIST 420

Pure versus applied science 420

Course of study suggested 422

Field work 425

Specialization in studies 426

A degree of Economic Geology 427

The opportunities of the economic geologist 428

Ethics of the economic geologist 430

ИЛЛЮСТРАЦИИ

FIGURE PAGE

1. Graphic representation of volume change in weathering of a Georgia granite 21

2. Commercial (financial) control of the mineral resources of the world 64

3. Political (territorial) control of the mineral resources of the world 64

4. The fertilizer situation in the United States 100

5. Diagram showing the chemical composition and heat efficiency of the several ranks of coal 122

6. Origin and development of coal 123

7. Chart showing the present tendency of the United States in respect to its unmined reserve of petroleum 134

8. The annual output of the principal oil fields of the United States for the last twenty years 135

9. Curve showing the usual decline in oil field production after the period of maximum output is reached 136

10. Chart showing the relative values of the principal petroleum products manufactured in the United States from 1899 to 1914 138

11. Alteration of Lake Superior iron formation to iron ore by the leaching of silica 168

12. Representing in terms of weight the mineralogical changes in the katamorphism of serpentine rocks to iron ore, eastern Cuba 172

13. Diagram showing gradation from syenite to bauxite in terms of volume 245

ГЛАВА I

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ОБЛАСТИ

Приспосабливаясь к физической среде, нам пришлось узнать кое-что о Земле. По большей части именно в течение последнего столетия эти знания были систематизированы в науку геологию, и лишь в последние несколько десятилетий сложные и растущие потребности современной цивилизации потребовали применения геологии в практических целях, что привело к развитию науки, обычно называемой экономической геологией. Эта наука не имеет четкой границы с собственно геологией; практически любая фаза геологии может в какое-то время или в каком-то месте приобрести свой экономический аспект.

Полезность экономической геологии была впервые признана в связи с минеральными ресурсами — и особенно в связи с металлическими ресурсами, их обнаружением и разработкой, — однако выяснилось, что эта наука имеет гораздо более широкое практическое применение. Практика экономического геолога в последние годы приобрела много новых аспектов.

Геолога призывают изучать геологические особенности месторождений полезных ископаемых, их залегание, структуру и происхождение. Полученная таким образом базовая информация полезна при оценке запасов и срока службы месторождений полезных ископаемых. Это естественным образом ведет к вопросам оценки. Поскольку оценка играет столь большую роль в любой налоговой программе, геологи привлекаются налоговыми органами федерального правительства и правительств штатов.

Экономический геолог играет роль как в формулировании законов, касающихся минеральных ресурсов, так и в судебных разбирательствах, возникающих в результате нарушения этих законов.

Нельзя далеко продвинуться в изучении минеральных ресурсов, не рассмотрев вопрос их сохранения. Геологов призывают не только для проведения широких обследований запасов полезных ископаемых, но и для формулирования общих принципов их сохранения и применения этих принципов к конкретным рудникам и минералам.

Знакомство геолога с распределением и природой минеральных ресурсов позволило ему принять участие в решении широких вопросов международного использования природных ресурсов. Условия войны сделали необходимым использование новых источников снабжения, новых каналов распределения и новых методов использования. Экономический геолог столкнулся с вопросами международной торговли, тарифов и судоходства.

Но экономическая геология не ограничивается только минеральными ресурсами. В связи с инженерными предприятиями самого разного рода — каналами, акведуками, туннелями, плотинами, строительными котлованами, фундаментами и т. д. — геология сейчас играет значительную роль как в военное, так и в мирное время.

Природа, количество и распределение подземных вод настолько связаны с геологическими соображениями, что значительное число геологов посвящают все свое время именно этой фазе предмета.

Из этого списка видов деятельности может показаться, что геология слишком широко распространяется в области инженерии и коммерции, но существуют столь же быстрые расширения других областей знаний в сторону геологии. Организация этих промежуточных областей требуется как в интересах науки, так и в интересах лучшей адаптации человечества к окружающей среде. Геолог должен выполнять свою часть работы в этих новых областях, но не оставлять свою традиционную область.

В этом томе предлагается обсудить экономические аспекты геологии без исчерпывающего обсуждения принципов геологии, которые при этом затрагиваются. Практически весь спектр геологической науки имеет какое-то экономическое применение, и было бы бесполезно пытаться в одном томе даже сделать обзор науки геологии в целом. Наша цель скорее состоит в том, чтобы в некоторой перспективе обозначить и проиллюстрировать общий характер применения геологии к практическим делам.

В профессиональной подготовке к практике экономической геологии нет легкого пути. Студенты иногда думают, что поверхностного знания геологических принципов в сочетании с небольшим объемом деловой и экономической информации может быть достаточно. Анализ профессиональных успехов должен прояснить, что экономические геологи наиболее эффективны и наиболее востребованы не столько из-за деловой хватки, хотя это и помогает, сколько из-за их мастерства в самой науке геологии. Короче говоря, чтобы успешно войти в область экономической геологии, нужно сначала стать ученым, пусть даже в ограниченной области.

Традиционное представление о геологе как о замшелом и сгорбленном человеке с сумкой, молотком и увеличительным стеклом, собирающем образцы для хранения в пыльном музее, несомненно, сохранится как карикатура, но вряд ли поможет идентифицировать экономического геолога в его современной работе. При написании этой книги мы надеялись в некоторой мере передать впечатление о широте и разнообразии этой области. Немногие другие науки предлагают такой широкий спектр возможностей, от чисто научных до практических и коммерческих, в сочетании с путешествиями, исследованиями и даже приключениями.

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ГЕОЛОГИИ И ДРУГИХ НАУК

Нет такой фазы геологии, которая в то или иное время или в том или ином месте не имела бы своего экономического применения. Многие ссылки на эти применения сделаны в других главах. Здесь предлагается кратко указать некоторые фазы геологической науки, которые наиболее необходимы для практики экономической геологии. Студент в своей подготовке не может позволить себе исключить любую из них на том основании, что они являются чисто «научными», «академическими» или «теоретическими».

Минералогия и петрология

Минералогия, изучение минералов, и петрология, изучение горных пород (агрегатов минералов), конечно, являются элементарными требованиями при подготовке. Необходимо знакомство с основными минералами и горными породами, и особенно с методами и процессами их идентификации, с их природой и происхождением. Это включает изучение их кристаллографии, химического состава, физических качеств и оптических свойств, изучаемых с помощью микроскопа. В последние годы микроскопическое изучение полированных и протравленных поверхностей руд доказало свою ценность как инструмент.

Стратиграфия и палеонтология

Стратиграфия и палеонтология занимаются осадочной и жизненной историей Земли. Определение возраста земных пластов и условий их отложения требуется в практике экономической геологии. Например, детальное знание последовательности горных пород и их возраста, определяемое по ископаемым остаткам и другим стратиграфическим данным, жизненно важно для интерпретации условий в нефтяном или угольном месторождении, а также для успешной разведки и разработки его запасов. Успех некоторых палеонтологов и стратиграфических специалистов в разведке нефти является доказательством этой ситуации. Некоторые железные руды, фосфаты, соли, калийные соли и другие минералы, а также многие распространенные горные породы, используемые в экономических целях, встречаются в осадочных отложениях и требуют для своей успешной разведки и разработки применения стратиграфических и палеонтологических знаний.

Тесно связано со стратиграфией (а также с физиографией, см. стр. 6-10) изучение осадконакопления, т. е. изучение физических, химических, климатических и топографических условий отложения осадков. Это начинает играть все большую роль в геологической работе и необходимо для интерпретации многих месторождений полезных ископаемых, особенно тех, в которых затрагиваются стратиграфические и физиографические вопросы.

Еще один аспект проблемы стратиграфии и осадконакопления охватывается изучением палеогеографии, или ареального распределения фаун и осадков геологических периодов, вызванного чередующимся погружением и поднятием участков суши. При поиске сокровищ осадочных отложений знание древних географий и древних фаун позволяет исключить некоторые регионы из рассмотрения. Из изучения фаун восточного Канзаса и Миссури, а также фаун вдоль восточной части Скалистых гор было сделано заключение, что в раннепенсильванское время через восточный Канзас должен был проходить хребет — вывод, который имеет значительную экономическую важность в отношении разведки нефти.

Структурная геология

Структурная геология — это изучение физических форм и взаимоотношений горных пород, которые возникают главным образом в результате деформации под действием земных сил. Если бы горные породы оставались в своих первоначальных формах, структурная проблема была бы сравнительно простой, но обычно это не так. Часто они бывают настолько нарушены сбросами, складками и раздавлены, что трудно за наложенными структурными особенностями увидеть первоначальные условия, чтобы проследить геологическую историю. Структурное изучение необходимо не только для интерпретации геологической истории, но часто оно более непосредственно применимо к экономическим проблемам — например, когда месторождения руд сформировались в трещинах и стыках горных пород, а сами месторождения руд были нарушены сбросами и складками. Водные ресурсы часто локализуются в трещинах и других пустотах горных пород и ограничены в своем распределении и потоке из-за сложного залегания деформированных пород. Месторождения нефти и газа часто имеют четко определенную связь со структурными особенностями, выяснение которых почти необходимо для их обнаружения.

Нежелательно останавливаться только на описательных аспектах структурной геологии, как это часто делается; ибо много света на экономическое применение этого предмета может пролить рассмотрение фундаментальных принципов механики, включающих взаимосвязь земных напряжений со структурами горных пород. Простое полевое картирование и описание сбросов и стыков полезно, но в некоторых случаях необходимо сделать шаг вперед и установить механические условия их происхождения, чтобы четко их интерпретировать. Если, например, в горнодобывающем лагере есть последовательные группы минерализованных жил, причем более поздние пересекают более ранние, их можно рассматривать как отдельные структурные единицы. Но если можно показать, что несколько серий жил сформировались в результате одного движения, что нет резкого генетического разделения между различными сериями и что они являются частью единой системы, то эта интерпретация проливает новый свет на разведку и разработку, и даже на вопросы собственности и экстралатеральных прав (Глава XVI).

Физиография

Физиография — это фаза геологии, которая исследует поверхностные особенности Земли. Она имеет дело не только с описанием и классификацией поверхностных форм, настоящих и прошлых (физическая география или геоморфология), но и с процессами и историей их развития. Предмет тесно связан с географией, климатологией, осадконакоплением и гидрологией. Как одна из последних фаз геологии, которая была организована и стала преподаваться, ее экономические применения были сравнительно недавними и еще не получили широкого признания. Из-за этого факта ее экономические применения могут быть суммированы несколько более подробно, чем применения других вышеупомянутых отраслей геологии, которые более или менее принимаются как должное.

Центральной особенностью физиографии является так называемый эрозионный цикл или топографический цикл. Эрозия, действующая через агенты ветра, воды и льда, постоянно работает на поверхности Земли; эродированные материалы в значительной степени переносятся потоками, чтобы в конечном итоге отложиться в океане вблизи континентальных окраин. Конечным результатом является сведение поверхности суши к приблизительной равнине, называемой пенепленом, где-то около уровня моря. Геологическая история показывает, что такие пенеплены часто снова поднимаются относительно уровня моря под действием земных сил или в результате опускания моря, когда эрозия снова начинает свою работу — сначала прорезая узкие, крутые овраги и долины и оставляя широкие промежуточные возвышенности, в каком состоянии эрозионная поверхность описывается как топографически молодая; затем формируя более широкие и обширные долины, оставляя лишь точки и гребни первоначальных пенепленов, в какой стадии поверхность, как говорят, представляет топографическую зрелость; затем сглаживая и уменьшая возвышенности, оставляя мало или не оставляя вовсе первоначальных точек на пенеплене, расширяя долины еще больше и стремясь свести всю страну к почти плоской поверхности, что приводит к состоянию топографической старости. Конечной стадией снова является пенеплен. Этот цикл событий называется эрозионным циклом или топографическим циклом. Поднятие может начаться снова до того, как поверхность будет сведена к базису эрозии; фактически, существует постоянная осцилляция и борьба между эрозией и относительным поднятием поверхности суши.

Действие эрозионного цикла на горные породы с различной устойчивостью к эрозии и разнообразной структурой порождает большое разнообразие поверхностных форм. Физиограф видит эти формы не как гетерогенные единицы, а как части определенной системы и как стадии в упорядоченном ряду событий. Он способен видеть топографические условия за пределами диапазона непосредственного и прямого наблюдения. Он способен определить, какими были эти формы в прошлом, и предсказать их состояние в будущем. Он способен прочитать по топографии подземную структуру, которая определила эту топографию. Данная структура может на разных стадиях топографического развития давать совершенно разнообразные топографические формы. В таком случае важно осознавать, что разнообразие является лишь поверхностным. С другой стороны, небольшое локальное отклонение от обычных топографических форм в данном регионе может отражать аналогичное локальное отклонение в подземной структуре. Таким образом, понимание физиографических деталей может подсказать важные вариации в подземной структуре, которые в противном случае остались бы не обнаруженными.

Многие месторождения полезных ископаемых обязаны своим происхождением или обогащением выветриванию и другим связанным с ним процессам, которые являются предварительными по отношению к эрозии. Эти процессы варьируются по интенсивности, распределению и глубине в зависимости от стадии эрозии или в связи с фазой эрозионного цикла. Они варьируются в зависимости от климатических условий, которые преобладают на эрозионной поверхности. Поэтому месторождения полезных ископаемых часто тесно связаны с топографическими особенностями, настоящими и прошлыми, по виду, форме и распределению. Ниже приведено несколько иллюстративных случаев.

Многие из крупных медных месторождений западной части Соединенных Штатов обязаны своей ценностью вторичному обогащению через действие вод, просачивающихся с поверхности. Когда был открыт этот факт вторичного обогащения, естественно предполагалось, что процесс связан с современной эрозионной поверхностью и с современными климатическими и гидрологическими условиями. Поэтому были сделаны определенные выводы относительно глубины и распределения обогащенных руд. Однако эта концепция оказалась слишком узкой; ибо во многих случаях были найдены доказательства того, что медные месторождения были сконцентрированы в предыдущих эрозионных циклах и, следовательно, в связи с эрозионными поверхностями, ныне частично погребенными, отличными от современной поверхности. Важность этого знания с точки зрения разведки и разработки ясна. Это позволило найти и проследить богатые руды, далеко от современной эрозионной поверхности, которые в противном случае были бы обнаружены исключительно случайно. Исследования такого рода в медных лагерях еще настолько новы, что многое еще предстоит узнать. Экономический геолог, консультирующий по вопросам разведки и разработки медных руд, который в будущем не будет принимать во внимание физиографические факторы, скорее всего, ошибется в существенных моментах, как это случалось в некоторых случаях в прошлом.

Необходимо не только соотносить вторичное обогащение медных месторождений с эрозионной поверхностью, настоящей или прошлой, но и путем изучения условий необходимо установить, насколько близко эрозия следовала за процессами обогащения. В некоторых случаях эрозия следовала настолько медленно, что оставила большие зоны вторичного обогащения. В других случаях эрозия следовала настолько близко за процессами вторичного обогащения, что удалила с поверхности важные части вторично обогащенных месторождений.

Железные руды региона озера Верхнее являются результатом действия вод с поверхности на так называемые железистые формации или яшмы. Здесь опять же сначала предполагалось, что обогащение связано с современной эрозионной поверхностью; но при дальнейших исследованиях был обнаружен факт, что концентрация руд произошла в период между отложением кевинанских и кембрийских пород, и таким образом был пролит новый свет на возможности относительно глубины и распределения руд. Старую докембрийскую поверхность, относительно которой происходила концентрация, можно с некоторой точностью проследить под современной поверхностью. Это позволяет прогнозировать совершенно иную глубину и распределение руд, чем те, которые можно было бы предположить исходя из условий современной поверхности. Условия современной поверхности, с низким рельефом, значительной влажностью и уровнем грунтовых вод, обычно не превышающим 100 футов от поверхности, не обещают месторождений руды на большой глубине. Однако эрозия, которая сформировала старую докембрийскую поверхность, началась в стране с большим рельефом и полузасушливым климатом — условия, которые благоприятствовали глубокому проникновению поверхностных вод, сконцентрировавших руды.

Железные руды восточной Кубы образованы выветриванием серпентинитовой породы на возвышенном плато с низким рельефом, где медленные потоки не способны быстро уносить продукты выветривания. Там, где потоки прорезали это плато и где плато обрывается крутыми склонами к океану, эрозия удалила продукты выветривания, а следовательно, и железную руду. Важным элементом при разведке железной руды в этой стране является локализация регионов слабой эрозии в области серпентинитов. Одно из крупнейших открытий было сделано чисто на топографической основе. Было сделано предположение исключительно на основе изучения топографии, что определенная большая неисследованная область должна содержать железную руду. Последующая работа в густых и почти непроходимых джунглях подтвердила это.

Бокситовые месторождения в нескольких частях мира требуют несколько схожих условий концентрации, и изучение физиографических особенностей является важным фактором в их локализации и интерпретации.

Физиографической проблемой другого рода является определение условий, окружающих происхождение осадочных руд. Некоторые месторождения полезных ископаемых, такие как железные руды «Клинтон», медные руды в «Красных пластах» юго-запада Соединенных Штатов и в сланцах Мансфельда в Германии, многие соляные месторождения и почти вся группа россыпных месторождений золота, олова и других металлов являются результатом осадконакопления из вод, которые получили свои материалы в результате эрозии поверхности суши. Иногда по изучению этих месторождений можно обнаружить положение и конфигурацию береговой линии, глубину воды и вероятную непрерывность и протяженность месторождений. Схожие вопросы встречаются при изучении угля и нефти.

Эта общая проблема является одной из фаз геологии, которой сейчас уделяется большое внимание не только с точки зрения рудоотложения, но и с более широкой геологической точки зрения. Несмотря на тот факт, что осадочные процессы самого разного рода можно наблюдать в действии сегодня, все еще крайне трудно сделать вывод из данного осадочного отложения о точных условиях, которые определили его отложение и ограничили его распределение. Например, осадочные железистые формации дают большую часть железной руды в мире. Поверхностное распределение, структура, особенности вторичного обогащения — все это довольно хорошо изучено; так же как и общие условия осадконакопления достаточно ясны, — но детальная интерпретация этих условий, чтобы позволить нам предсказать протяженность одного из этих месторождений или объяснить его присутствие в одном месте и отсутствие в другом, находится на ранней и схематичной стадии.

Понимание принципов и методов физиографии также жизненно важно для разумного применения геологии к водным ресурсам, почвам, строительству плотин и водохранилищ, а также к большому разнообразию инженерных предприятий, но поскольку эти предметы включают применение многих других фаз геологии, они рассматриваются в отдельных главах. (Главы V, VI и XX.)

Изменения горных пород или метаморфизм

Это одна из новых специальных фаз геологии, которая долгое время рассматривалась как игрушка петрографа или исследователя горных пород. Однако с систематическим развитием предмета было обнаружено, что чрезвычайно многочисленные и сложные изменения горных пород и минералов могут быть определенно сгруппированы и что они контролируются широкими принципами. Стало также очевидно, что эти принципы применимы как к экономическим, так и к неэкономическим минералам и горным породам — другими словами, что сегрегация экономических минералов является лишь инцидентом в проникающих циклах изменений, которые затрагивают все горные породы. Метаморфическая геология, следовательно, для некоторых геологов становится удобным подходом к предмету экономической геологии. Она имеет большое преимущество в том, что стремится сохранить все минералы и все процессы рудоотложения в правильной перспективе по отношению к горным породам и процессам горных пород в целом. Не утверждается, что это единственный подход или что он лучший для всех целей. Краткое описание этой фазы геологии дано в Главе II.

Применение других наук

Геологию иногда определяют как применение других наук к Земле. Рассматривая широко, нет такой фазы науки, которая не была бы вовлечена в экономическую геологию. В других главах этой книги сделано много ссылок на применения инженерии, математики, физики, химии, металлургии, биологии и экономики.

В разное время и в разных местах требования к земным материалам совершенно разные. В каменном веке было мало использования металлов; в более поздние века использование металлов расширилось. Множественность потребностей современной цивилизации, растущие знания о процессах металлургии, химии и физики, лучшее транспортное сообщение, лучшая организация коммерческой жизни и многие другие факторы стремятся вовлечь новые земные материалы в использование — и, следовательно, в область экономической геологии. Сравнительно несколько лет назад глинозем, одно из самых распространенных и обильных веществ земной коры, не имел общего спроса, за исключением очень ограниченного использования в качестве украшения. Ему уделялось мало внимания экономическими геологами как коммерческому продукту; теперь, однако, алюминий пользуется большим спросом, и сырье, которое его производит, стало предметом интенсивного изучения экономическими геологами.

Короче говоря, экономическая геология включает рассмотрение человека в реакции на его физическую среду. Есть некоторые земные материалы и некоторые условия земной среды, которые еще не входят в область экономической геологии. Но такая большая их доля входит, что «полный экономический геолог» должен был бы быть почти всеведущим. Когда рассматриваешь, какая ничтожно малая часть этой области может быть охвачена любым индивидуумом, становится очевидным, что звание экономического геолога не подразумевает мастерства во всей области. Здесь еще нет тесноты.

ОБРАБОТКА ПРЕДМЕТА В ЭТОМ ТОМЕ

По охвату и манере изложения этот том в некоторой степени следует представлению автором предмета в университетском преподавании. Цель состоит в том, чтобы объяснить природу экономических требований к науке геологии и обсудить кое-что из философии поиска и использования сырья.

Несколько обобщенная статистика используется как средство получения перспективы. Не было предпринято никаких усилий для детальной точности или полноты. Насколько это возможно, количественные характеристики выражены в общих пропорциях, и там, где приведены конкретные цифры, они призваны указывать только такие общие пропорции. Мысль заключалась в том, чтобы не быть настолько конкретными, чтобы цифры вскоре устарели. Были использованы все стандартные статистические источники, но основными источниками были результаты различных специальных исследований, вызванных войной, в которых автор принимал участие.

С геологической стороны было использовано много источников вне собственного опыта автора. По большей части, никаких конкретных ссылок или благодарностей не делается на том основании, что книга стремится представить общие особенности, которые сейчас являются более или менее общим знанием экономических геологов. Сделать ссылки действительно адекватными для исчерпывающего изучения не только обременило бы текст, но и потребовало бы специфичности изложения, которой, как мы надеялись, удалось избежать.

Иллюстративные случаи, выбранные для обсуждения, часто взяты из области опыта автора. Эта область была главным образом регионом озера Верхнее, но включала также основные месторождения полезных ископаемых Северной Америки, Кубы и ограниченные области в Южной Америке и Европе. Таким образом, может показаться, что железорудный и медный регион озера Верхнее выдвигается больше, чем это оправдано его научной или экономической важностью. За это автор не приносит извинений. Перспектива автора в значительной степени определяется его фоном подготовки и опыта, и откровенное признание этого факта может помочь в определении веса, который следует придать его выводам. Это могло бы даже добавить к научной эффективности, если бы каждый автор ограничивал свое обсуждение почти исключительно вопросами в пределах своего собственного диапазона наблюдения и изучения.

Задолженность автора за информацию, полученную из печатных страниц, а также за личные дискуссии и советы, имеет широкий диапазон. Он хотел бы выразить свою теплую признательность за дружеский дух сотрудничества и советы, с которыми эта работа была поддержана — дух, который, как ему нравится думать, особенно характерен для профессии экономической геологии. В частности, он хотел бы отметить эффективную помощь г-на Джулиана Д. Коновера в подготовке и пересмотре рукописи.

ГЛАВА II

ОБЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ЗЕМЛИ И ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Список твердых веществ Земли, составляющих так называемую литосферу (или каменную сферу), в порядке их распространенности вовсе не соответствует списку, составленному в порядке коммерческой важности. Некоторые из наиболее ценных веществ составляют такую малую долю от общей массы литосферы, что они почти не фигурируют в таблице общих веществ.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИТОСФЕРЫ

При сведении к простейшим терминам элементов, внешние десять миль литосферы состоят из: [1]

ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛИТОСФЕРЕ

Oxygen 47.33

Silicon 27.74

Aluminum 7.85

Iron 4.50

Calcium 3.47

Magnesium 2.24

Sodium 2.46

Potassium 2.46

98.05

Остальные элементы существуют в количествах менее 1 процента. Ни один из этих основных элементов не встречается отдельно в природе, и ни один из них не добывается как элемент для экономических целей.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ОСНОВНЫХ МИНЕРАЛОВ ЛИТОСФЕРЫ

Минералы исключительно состоят из отдельных элементов, но обычно являются комбинациями двух или более элементов; например, кварц состоит из химической комбинации кремния и кислорода. Пропорции общих минералов во внешних десяти милях литосферы в круглых числах следующие:

ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОБЩИХ МИНЕРАЛОВ В ЛИТОСФЕРЕ

Feldspar 49

Quartz 21

Augite, hornblende, and olivine 15

Mica 8

Magnetite 3

Titanite and ilmenite 1

Kaolin, limonite, hematite, dolomite, calcite, chlorite, etc. 3

100

При составлении этой таблицы предполагается, что горные породы на глубине до десяти миль примерно на 95 процентов являются магматического типа, то есть кристаллизованными из расплавленной магмы, и примерно на 5 процентов — осадочного типа, то есть сформированными из выветривания и эрозии магматических пород или ранее существовавших осадков и отложенными в пластах или слоях, либо водой, либо воздухом (см. стр. 16-17).

Более надежные цифры для относительной распространенности минералов доступны для каждого из двух классов горных пород, магматических и осадочных. Магматические породы содержат минералы примерно в следующих пропорциях:

ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОБЩИХ МИНЕРАЛОВ В МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОДАХ

Feldspar 50

Quartz 21

Augite, hornblende, olivine, etc. 17

Mica 8

Magnetite 3

Titanite and ilmenite 1

100

Осадочные горные породы содержат минералы примерно в следующих пропорциях:

ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОБЩИХ МИНЕРАЛОВ В ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ

Quartz 35

Feldspar 16

White mica 15

Kaolin (clay) 9

Dolomite 9

Chlorite 5

Calcite 4

Limonite 4

Gypsum, carbon, rutile, apatite, magnetite, etc. 3

100

Осадочные горные породы включают три основных подразделения: (1) Илы и глины с их измененными эквивалентами, сланцами, глинистыми сланцами и т. д.; (2) пески с их измененными эквивалентами, песчаниками, кварцитами, кварцевыми сланцами и т. д.; (3) мергели, известняки и доломиты с их измененными эквивалентами, мрамором, тальковыми сланцами и т. д. Для краткости эти группы называются соответственно сланцами, песчаниками и известняками. Пропорции минералов в каждой из этих групп горных пород следующие:

ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОБЩИХ МИНЕРАЛОВ В СЛАНЦАХ, ПЕСЧАНИКАХ И ИЗВЕСТНЯКАХ

Average shale Average sandstone Average limestone

Quartz 31.91 69.76 3.71

Kaolin 10.00 7.98 1.03

White mica 18.40

Chlorite 6.40 1.15

Limonite 4.75 .80

Dolomite 7.90 3.44 36.251

Calcite 7.21 56.56

Gypsum 1.17 .12 .10

Feldspar 17.60 8.41 2.20

Magnetite .58

Rutile .66 .12 .06

Ilmenite .25

Apatite .40 .18 .09

Carbon .81

Total 100.00 100.00 100.00

1Includes small amount of FeCO3.

При сравнении минерального состава магматических и осадочных пород будет замечено, что самым распространенным отдельным минералом магматических пород и самым распространенным минералом литосферы в целом является полевой шпат; что следующим по порядку является кварц; и что третьей идет группа темно-зеленых минералов, типизированных авгитом и роговой обманкой, обычно называемых ферромагнезиальными силикатами, потому что они состоят из железа и магнезии, с другими основаниями, в комбинации с кремнеземом. Осадочные горные породы, которые в конечном итоге происходят от разрушения магматических пород, контрастируют с магматическими породами главным образом меньшими пропорциями полевых шпатов и ферромагнезиальных минералов, более высокими пропорциями кварца и белой слюды (серицита или мусковита), а также содержанием каолина, доломита, кальцита, хлорита, лимонита и т. д., которые почти отсутствуют в неизмененных магматических породах. Очевидно, что развитие осадков из магматических пород включало разрушение большей части полевых шпатов и ферромагнезиальных силикатов и создание из элементов этих разрушенных минералов большего количества кварца, белой слюды, глины, доломита, кальцита, хлорита и лимонита. Состав минералов осадочных пород таков, что указывает на то, что компоненты воздуха и воды были добавлены в значительных количествах для осуществления этого изменения минерального характера. Например, углекислый газ атмосферы был добавлен к извести и магнезии магматических пород для создания кальцита и доломита, вода была добавлена к некоторому количеству глинозема и кремнезема магматических пород для создания каолина или глины, и как кислород, так и вода были добавлены к железу магматических пород для создания лимонита.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ОСНОВНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ЛИТОСФЕРЫ

Точно так же, как элементы химически соединяются для образования минералов, так и минералы механически соединяются, либо слабо, либо компактно, для образования горных пород. Например, кварц — это минерал. Агрегат частиц кварца образует песок, песчаник или кварцит. Большинство горных пород содержат более одного вида минералов.

Осадочные горные породы занимают значительные площади поверхности Земли, но они относительно поверхностны. Было подсчитано, что если бы они были распределены равномерно и непрерывно по Земле, чего они не являются, они составили бы оболочку толщиной едва в полмили. [2] Магматические породы относительно более распространены глубоко под поверхностью. Если предположить, что осадки ограничены объемом, эквивалентным полумильной оболочке, а остальные породы считать магматическими, то очевидно, что на глубине до десяти миль 95 процентов пород являются магматическими. Наше фактическое наблюдение ограничено мелкой поверхностной зоной, в которой осадки составляют по крайней мере половину всех горных пород.

Магматические породы можно для удобства разделить на два основных типа: (1) гранит и родственные породы, содержащие много кремнезема и, следовательно, кислые в химическом смысле, и (2) базальт и родственные типы, содержащие меньше кремнезема и больше извести, магнезии, железа, соды и поташа, и, следовательно, основные в химическом смысле. Первые — это светло-серые и розовые породы, в то время как вторые — темно-зеленые и серые породы. Гранит и базальт, как они определены технически, являются очень распространенными магматическими породами — настолько распространенными, что эти названия иногда используются для классификации магматических пород в целом на две большие группы: гранитные и базальтовые. Было подсчитано, что около 65 процентов магматических пород относятся к гранитной группе и 35 процентов — к базальтовой группе.

Осадочные горные породы, как уже указывалось, состоят главным образом из трех групп, которые для удобства называются сланцами, песчаниками и известняками. Если мы аппроксимируем средний состав каждой группы и средний состав магматических пород, из которых они в конечном итоге происходят, можно рассчитать, что осадочные породы должны формироваться в пропорциях 82 процента сланцев, 12 процентов песчаников и 6 процентов известняков. Только такая комбинация трех осадков даст средний состав, сравнимый с составом материнских магматических пород. Как фактически наблюдается в полевых условиях, песчаники и известняки находятся в относительно более высоком процентном соотношении, чем здесь указано, что предполагает, что часть сланцев могла быть отложена в глубоких морях, где их невозможно наблюдать, и что часть могла быть настолько изменена или метаморфизована, что они больше не распознаются как сланцы.

Почвы и глины

Выветрелые и дезинтегрированные горные породы на поверхности образуют почвы и глины. Оценка распространенности не делается, но очевидно, что общий объем этих продуктов мал по сравнению с основными классами земных материалов, отмеченными выше, и в значительной части они могут быть включены в эти основные классы.

Вода (Гидросфера)

Было подсчитано, что вся вода Земли, включая океан, поверхностные воды и подземные воды, составляет около 7 процентов объема Земли на глубине до 10 миль. [3]

СРАВНЕНИЕ СПИСКОВ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ С КОММЕРЧЕСКИМИ ГОРНЫМИ ПОРОДАМИ И МИНЕРАЛАМИ

Из общих горных пород и минералов, фигурирующих как более распространенные материалы земной коры, лишь немногие заметно представлены в таблицах минеральных ресурсов. Из них вода и почвы стоят на первом месте. Другие — это общие магматические и осадочные породы, используемые для строительных и дорожных материалов. В списках наиболее распространенных минералов и горных пород отсутствуют большая часть коммерчески важных минеральных ресурсов — включая такие, как уголь, нефть, газ, железная руда, медь, золото и серебро, — что подразумевает, что эти минеральные продукты, несмотря на их огромную абсолютную массу и коммерческую важность, встречаются в относительно незначительных количествах по сравнению с общими минералами горных пород Земли.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ОБЩИХ ГОРНЫХ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ

Общие горные породы и минералы развиваются в общей последовательности, начиная с магматических процессов и проходя через стадии выветривания, эрозии, осадочных процессов и изменений под поверхностью. Коммерческие минералы являются случайными развитиями в рамках тех же процессов.

Магматические процессы

Самые ранние известные горные породы в значительной степени являются магматическими. Осадочные горные породы формируются из разрушения магматических пород, и происхождение горных пород, следовательно, начинается с формирования магматических пород. Магматические породы формируются путем охлаждения расплавленного материала горных пород. Конечный источник этого расплавленного материала нас здесь не беспокоит. Он может происходить из глубоких недр Земли или с глубины сравнительно нескольких миль. Он может включать ранее существовавшую горную породу любого вида, которая была локально расплавлена внутри Земли. Где бы и как бы он ни был сформирован, его тенденция заключается в движении вверх к поверхности. Он может остановиться далеко под поверхностью и медленно остыть, формируя грубокристаллические породы типов гранита и габбро. Магматические породы, сформированные таким образом, называются плутоническими интрузивными породами. Или расплавленная масса может выйти близко к поверхности и кристаллизоваться более быстро в породы менее грубых, и часто порфировых, текстур. Такими интрузивными породами являются порфиры, диабазы и т. д. Или расплавленная масса может фактически излиться на поверхность или быть выброшена из вулканов с взрывной силой. Затем она быстро остывает и формирует мелкокристаллические породы типов риолита и базальта. Они называются эффузивными или экструзивными, или лавами, или вулканическими породами, чтобы отличить их от интрузивных пород, сформированных под поверхностью. Интрузивные массы могут принимать различные формы, называемые штоками, батолитами, лакколитами, силлами, пластами и дайками, определения и иллюстрации которых даны в любом геологическом учебнике. Эффузивные или вулканические породы на поверхности принимают форму пластов, потоков, туфов, агломератов и т. д.

Некоторые из магматических пород сами по себе являются «минеральными» продуктами, как, например, строительные камни и дорожные материалы. Некоторые основные интрузивные магматические породы содержат титаномагнетиты или железные руды как первоначальные компоненты. Другие несут алмазы как первоначальные компоненты. Некоторые специальные разновидности магматических пород, известные как пегматиты, несут грубокристаллическую слюду и полевой шпат коммерческой ценности, а также значительное разнообразие драгоценных камней и других коммерческих минералов. Пегматиты тесно связаны с магматическими последействиями, обсуждаемыми в следующем заголовке. В целом, минеральные продукты, сформированные непосредственно в магматических породах, составляют гораздо менее важный класс, чем минеральные продукты, сформированные другими способами, как описано ниже.

Магматические последействия. Более поздние стадии формирования магматических пород часто сопровождаются выделением горячих вод и газов, которые несут с собой минеральные вещества. Они отлагаются в пустотах соседних пород, или замещают их, или отлагаются в ранее затвердевших частях самой материнской магматической массы. Они формируют «контактово-метаморфические» и некоторые жильные месторождения. Пегматиты, упомянутые выше, в широком смысле относятся к этому классу «магматических последействий», поскольку они являются поздними развитиями в магматических интрузиях и часто переходят в жилы, явно сформированные водными или газообразными растворами. Среди ценных минералов класса магматических последействий — руды золота, серебра, меди, железа, сурьмы, ртути, цинка, свинца и другие. Хотя минеральные продукты большой ценности имеют такое происхождение, большинство из них нуждались в обогащении путем выветривания, чтобы приобрести ту ценность, которую они имеют сейчас.

Выветривание магматических пород и жил

Как только магматические породы появляются на поверхности Земли или вблизи нее, либо в результате экструзии, либо в результате удаления эрозией перекрывающего покрова, они энергично атакуются газами и водами атмосферы и гидросферы, а также различными организмами — с максимальным эффектом на поверхности, но с заметными эффектами, распространяющимися так глубоко, как проникают эти агенты. Эффективность этих агентов также регулируется климатическими и топографическими условиями. В условиях экстремального холода или экстремальной аридности выветривание принимает форму главным образом механической дезинтеграции, и химическое изменение менее заметно. Однако в обычных условиях процессы химического разложения очень очевидны. Результат определенно известен. Горные породы становятся размягченными, рыхлыми и несвязными. Появляются пустоты и отверстия. Объем имеет тенденцию к увеличению, если учитывать все конечные продукты. Первоначальные минералы, главным образом полевой шпат, ферромагнезиальные минералы и кварц, превращаются в глину, смешанную с кварцем или песком, кальцитом или доломитом и оксидом железа, вместе с остаточными частицами первоначальных полевых шпатов и ферромагнезиальных минералов, которые лишь частично разложились. В терминах элементов или химического состава были добавлены вода, кислород и углекислый газ, все общие компоненты атмосферы и гидросферы; и некоторые вещества, такие как сода, поташ, известь, магнезия и кремнезем, были частично унесены циркулирующими водами, чтобы быть переотложенными в другом месте в виде осадков, жильных заполнителей и цементов. Рисунок 1 иллюстрирует фактические изменения минералов и объема при выветривании гранита — одной из самых распространенных горных пород. Минералы анортит, альбит и ортоклаз, названные на этом рисунке, являются полевыми шпатами; сильвин и галит — это хлориды поташа и соды. Процессы выветривания стремятся разрушить первоначальные минералы, текстуры и химический состав. Они коллективно известны как катаморфические изменения, означающие разрушительные изменения. Зона, в которой эти изменения максимальны, называется зоной выветривания. Эта общая зона находится преимущественно над поверхностью или уровнем грунтовых вод, но для некоторых горных пород она распространяется значительно ниже этого уровня. В некоторых регионах уровень грунтовых вод может быть почти у поверхности, а в других, особенно там, где засушливо, он может быть на глубине двух тысяч или более футов. Дезинтегрированные выветрелые горные породы образуют покров переменной толщины, который иногда называют остаточным покровом или «покровной породой».