Интересные научные факты о глине

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Что такое глина? Смешной вопрос. Кто ж этого не знает? Но, наверное, вы не думаете о том, что живете в глиняном доме, независимо от того, кирпичный он или железобетонный, с керамзитом или без него, потому что и кирпич, и керамзит, и цемент получены из глины. Из глины изготовлена фарфоровая и фаянсовая посуда, керамика. Ежегодно выплавляемые сотни миллионов тонн металла невозможно было бы получить без огнеупорной глины; глина необходима для переработки нефти и очистки пищевых продуктов, глинистые растворы незаменимы при бурении глубоких скважин. Достаточно сказать, что стоимость глины, добываемой ежегодно в США, значительно превышает стоимость добываемого здесь золота и урана. И, тем не менее, до недавнего времени даже специалисты затруднялись ответить на вопрос, показавшийся нам смешным: «Что такое глина?».

Свойства глины

Глина отличается от всех известных минералов и горных пород удивительными свойствами: пластичностью, способностью размокать, давать суспензии и в то же время «каменеть» при обжиге. Но чем, например, объясняется такое общеизвестное свойство глины, как пластичность?

Попытки изучения глин долгое время оставались безуспешными, в лучшие оптические микроскопы невозможно было рассмотреть крохотные кристаллики глинистых минералов. Между тем химический состав глин и их физические свойства очень изменчивы. Это натолкнуло ученых на мысль, что глина — это понятие не химическое, а физическое, и, следовательно, тонкое дробление любого минерала неизменно должно привести к появлению «глинистых» свойств. Известный минералог Г. А. Земятченский готовил искусственную глину, пластичную и каменеющую при обжиге, растирая в тончайший порошок слюду и окислы железа. Но вот получить глину при истирании таких обычных минералов, как кварц или кальцит, никому не удалось.

А как образуются глины в природе? Какие силы производят такое тонкое измельчение минералов, превращая их в пыль? И почему эта глинистая пыль не рассеивается ветром, а залегает мощными пластами, образуя огромные месторождения?..

Строение глины

Необычные физические свойства глины, например, удалось объяснить с помощью рентгеновского метода исследования. Оказалось, что все глинистые минералы обладают очень своеобразной слоистой структурой, напоминающей строение кристаллов слюды. Однако разделить между собой листочки слюды довольно трудно, а для разделения на тончайшие пластинки кристаллика глинистого минерала достаточно просто смочить его водой. При этом вода впитывается в межслоевые пространства глинистого минерала, и его листочки начинают легко сдвигаться, скользить — один относительно другого по водяной пленке. Листочки не только скользят, но и закрепляются в новом положении, при этом возникает такое необычное качество породы, как пластичность.

Под электронным микроскопом, при увеличении в десятки тысяч раз ученые увидели кристаллы минералов, из которых состоят глины. Неожиданностью для исследователей оказалось, что почти все разнообразные по цвету и свойствам глины состоят всего лишь из двух главных минералов. Один из них — знаменитый каолинит, основа всей фарфоровой промышленности. В каолине слои кремнекислородных тетраэдров, похожих на уменьшенные в миллион раз молочные пакеты, чередуются с алюминиевыми октаэдрами — восьмигранниками, состоящими из кислорода и гидроксила с алюминием в центре.

Если в структуру каолинита добавить еще один слой из магниевых октаэдров, то возникает второй широко распространенный глинистый минерал — монтмориллонит. В отличие от каолинита он легкоплавкий и поэтому не годится для обжига, но зато с водой именно он образует самый высококачественный жидкий глинистый раствор. Он закачивается в буровые скважины и выносит на поверхность измельченную буром горную породу.

Образование глины в природе

Промышленно развитые страны добывают и перерабатывают сотни миллионов тонн глины. Но как она образуется? В каких районах можно искать новые месторождения? Учеными изучены многочисленные месторождения глин по всему миру. При этом выяснилось, что образование глины — это процесс удивительный и загадочный. Как известно, большинство минералов кристаллизуется в недрах Земли. А вот глинистые минералы возникают на земной поверхности и постепенно уходят в глубину.

Ученый И. Гинзбург разработал теорию «коры выветривания», состоящей из глинистых минералов и образующейся по самым различным горным породам. Анализ большого геологического материала позволил установить, что древние коры выветривания с глиной образовались лишь в те периоды истории Земли, когда не происходило горообразование. Такие эпохи были в нижнем девоне, на границе перми и триаса, между палеогеном и неогеном. Равнинные безгорные континенты были покрыты тогда обширными лесами. За миллион лет в таких условиях образуется почва — кора выветривания — мощностью до 100 метров. Горообразование ведет к сносу глинистого материала в понижения рельефа, размыву и уничтожению древних почв.

Современные месторождения глин — это уцелевшие в благоприятных условиях остатки мертвых и лишенных органического вещества пластов почвы, когда-то покрывавшей поверхность Земли. Правда, глинистые минералы возникают и в некоторых других условиях, например, в районах выходов горячих источников в кратерах вулканов, но крупных скоплений они не образуют.

Значит, глина, как и почва,— порождение воды, Солнца и жизни. Не случайно глины не были найдены в горных породах, доставленных с Луны. Для образования глин необходимы такие условия, которые вряд ли существуют на других планетах Солнечной системы.

Автор: А. Портнов.