Техногенные минералы

Техногенные минералы, минералы вскрышных масс и отвалов. Отработка любого месторожд. сопровождается техногенными преобразованиями руд, вмещающих пород и окружающей геол. среды. Эти процессы связаны между собой и в разных месторожд. проявляются в различной степ. Наиб. интенсивно и в больших масштабах последствия горнодобывающей деят-сти наблюдаются при эксплуатации серноколчеданных и угольных месторожд. Минеральные вещества, изъятые из недр, перераспределяются по законам, отличным от естеств. Они вновь вступают в природный кругооборот, но уже в др. форме. Своеобразие техногенной зоны заключается и в исключит. роли техногенного дробления горных пород — под действием эксплуатационных взрывов,— а продуктами этих действий являются техногенные горные породы неоднородного гранулометрич. и минералогич. состава. На мн. разрабатываемых урал. месторожд. создаются большие отвалы вскрышных масс; как следствие, происходит перераспределение горных масс и изменение гравитационных нагрузок в огранич. объеме земной коры. Непрерывный водоотлив нарушает естеств. гидрогеол. режим и способствует миграции раствор. в воде кислорода на более глубокие горизонты. Все названные факторы приводят к значит. увеличению размеров техногенной зоны гипергенеза по сравнению с естеств.; в первую очередь, это касается ее глубины. Так, напр., на нек-рых месторожд. она достигает 500—600 м, тогда как мощность естеств. зоны окисления на урал. колчеданных месторожд. не превышает неск. десятков метров. Расширяется и внеш. контур гипергенной зоны: он может выходить далеко за пределы естеств. границ месторожд. В итоге геол. пространство, в к-ром проявляется нарушение закона стабильности минералов, многократно увеличивается. Гл. рудные минералы колчеданных месторожд. (пирит, сфалерит и халькопирит) неустойчивы в окислит. среде; в ходе реакций образуются легкорастворимые сульфаты — купоросы (жел., медный, цинк.). Эго многочисл. семейство сульфатов обычно проходит через стадию раствор. состояния, и поэтому рудничная вода всегда обогащена (в разной степ.) ионами Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, SO₄^2- и др. Тяжелые металлы в раствор. виде мигрируют из горных выработок на поверхность и в виде техногенных потоков поступают в окружающую среду. Рудничная вода — гл. экспортер вредных и токсичных продуктов окисления сульфидов. Особую роль играет пирит: он служит осн. источником серной к-ты и иона Fe⁺³ — сильного окислителя; скорость окисления пирита в значительной степени моделирует эволюцию техногенных зон колчеданных месторожд. Самые катастрофич. последствия нарушения равновесия природной среды в результате практич. деят-сти человека — эндогенные рудничные пожары. К полезным ископаемым, обладающим способностью загораться от внеш. причин или подверж. при совокупности нек-рых условий т. н. самовозгоранию, относятся колчеданные руды, кам. и бурые угли. Окисление руд, к-рое можно рассматривать как природный процесс хим. выветривания в естеств. условиях, как правило, протекает долго и малозаметно. В пределах же техногенной зоны в результате совокупности факторов, обусловл. деят-стью человека, естеств. ход хим. реакций меняется качественно и количественно. Хим. реакции здесь довольно быстротечны, протекают в строго определ. направлении. Первичными продуктами процесса являются гидросульфаты железа, меди, цинка и серная к-та. Все водные сульфаты тяжелых металлов — малоустойчивые минералы (эфемеры). Для них характерна низкая прочность: они легко растворяются в дождливое время года или же полностью разрушаются и превращаются в пыль при дегидратации в теплый и сухой сезон. Вследствие быстротечности процесса минералообразования в техногенной зоне серноколчеданных месторожд. отсутствуют или играют очень скромную роль гетит, гидрогетит, необычайно широко представл. в «железной шляпе» — природной зоне окисления. Челябинский буроугольный бассейн расположен в крупном грабене дл. 170 км, шир. до 15 км. Центр. часть басс.— Копейский угленосный район — примыкает к восточной окраине Чел. Пласты углей Чел. басс. вскрыты карьером в Коркино и неск. шахтами в Копейске, пос. Красногорском и с. Еманжелинка. Отвалы представляют собой терриконы, а также хребтовидные или плоские холмы; выс. большинства терриконов 40—60 м, наиб. крупных — до 70 м, объем — 1 млн м³. Свежие отвалы сложены раздробл. мат-лом неоднородного гранулометрич. состава. В них в изобилии представлены аргиллиты, песчаники, конгломераты и др. осадочные породы, к-рые встречаются в пределах шахтных полей. Вместе с ними в отвалы попадаются куски угля и различный техн. мусор (дерево, металл, стекло и др.). Рукотворные горы нередко самовозгораются. Очаги пожаров в них возникают спонтанно, произвольно как результат окислит. реакций. Терриконы и отвалы в Чел. басс. горят десятки лет. Минералообразование в них идет в широком интервале темп-р — от «нормальных» до 1200 °С и выше. При такой высокой темп-ре карбонаты и водосодержащие минералы разлагаются, а нек-рые силикаты плавятся. При застывании расплава образуется тонкозернистая базальтовидная порода черного цвета, сходная с долеритом. В отвалах разреза «Коркинский» из такого силикатного расплава закристаллизовалась «дайка» мощностью до 0,5 м. Газообразные погоны — продукты горения углеродистых веществ, углекислый газ, пары воды и, возможно, др. газообразные продукты, образующиеся при диссоциации различных исходных минералов,— во время активной стадии пожара имитируют вулканич. эксгаляции (процессы) — «ложные фумаролы». Возникновение их при горении отвалов достаточно обычное явление. Активно живущие отвалы Чел. басс. можно рассматривать как своеобразную хим. лабораторию, в к-рой в широких пределах термодинамич. параметров генерируется большое разнообразие продуктов реакции — «отвальных минералов», по вы] ражению Б. В. Чеснокова, к-рый занимался систематич. и тщат. изучением минералогич.-геохим. состава горящих отвалов (его гл. заслуга в том, что им вместе с учениками и помощниками «выявлен целый минеральный мир — один из интереснейших объектов минералогии»). Ныне в горящих отвалах Чел. бур.-уг. басс. зафиксировано 209 минеральных видов, в т. ч. 46 новых (открыты Чесноковым). Нек-рые из них являются не только новыми, но и представляют необычные типы хим. соединений, к-рые до сих пор не были известны в минералогии: полисульфид-тиосульфат-гидроксид кальция водный CaS₅∙CaS₂O₃-6Ca(OH)₂ ∙20H₂O (такой необычный состав имеет баженовит, найденный в отвалах Коркинского разреза в базальтоподобных породах); сульфидкарбонат 4FeS∙FeO∙3CaO∙CaCO₃ — овчинниковит; силикооксиды Ca₂(Fe³⁺,Mg, Ca)6(Fe³⁺,Si,AI)₆O₂₀ — малаховит; высокохлористые хлорид-силикаты — Ca₈[Si₃O₇]₂Cl₂O (афанасьевит), Ca₂[SiO₄]CaCl₂ (альбовит), Ca₃Al₂[SiO₄]₂Cl₄ (игумновит), Ca₄[SiO₄]₂3СаСl₂ (ритмит). Список природных хлорсодержащих силикатов значит. расширился. Но наиб. важным минералогич. открытием, по оценке Чеснокова, стала находка 2 полимеров Ca[Al₂Si₂O₈] — ромбич. святославита и гексагонального дмиштейнбергита. Они найдены на стенках трещин в древесном угле (углефицир. шпала) вместе с кристаллами анортита, когенита, троилита, фаялита, титанита, графита и псевдоморфозами железа по высокоуглеродистому карбиду. Обнаружены также 2 новые полиморфные модификации — аналоги анортита [открыт (и назван) Г. Розе в 1823 во время исслед. продуктов извержения древнего вулкана Везувия-Соммы; важнейший минерал земной коры, мн. метеоритов и лунных пород]. Чесноков выявил гл. особенности новейшего (техногенного) минералообразования. При горении больших масс углесодержащих пород повышается однородность отвальных масс. Обожженный мат-л состоит только из безводных силикатов и оксидов, но при высокой темп-ре (1200 °С и выше) наряду с ними синтезируются соединения специфич. состава, не имеющие аналогов в земной коре. Это силикооксиды, оксисульфиды, а также минеральные новообразования, промежуточные по составу между силикатами и сульфатами, фторидами, хлоридами и др. Образующийся в отвалах пневматолиз способствует возникновению многочисл. минералов с добавочными анионами (F^-, Cl^-, SO₄^2-, CO₃^2-). На поверхности Земли формируется специфич. комплекс техногенных минералого-геохим. процессов, нарушающих равновесие в миграции хим. элементов, установившееся в земной коре в теч. геол. времени. Ярким примером является Коркинский угленосный район. Добыча угля здесь началась в 1934. После ряда рек-ций глуб. карьера достигла 465 м, площадь — 730 га. За 60 лет разработки из карьера вывезено и размещено в отвалах св. 1 млрд м³ пустой породы. Бурый уголь, попадающий в отвалы вместе с пустыми породами, становится причиной самовозгорания. Земная кора утрачивает большие массы различных горных пород, руд и минералов. В СССР в теч. года извлекалось более 2 км³ горной массы. Особенно глубокие качеств. и количеств. изменения произошли на Ср. и Юж. Урале, более чем за 300 лет активной горнодобывающей деят-сти на значит. площадях природные ландшафты преобразованы в специфич. горнопром. Минеральный состав земной коры здесь заметно меняется, причиной чего становится хоз. деят-сть.