На последующих стадиях формирования породы происходят сложные изменения в накопившемся материале: содержащийся в раковинах углекислый кальций частично кристаллизуется в форме минерала кальцита, связывая при этом отдельные элементы породы. Наряду с этим происходит разложение остатков органического вещества, заполнение одних пустот и образование других.
В дальнейшем органогенная порода претерпевает изменения, связанные с внутренним взаимодействием составных частей породы и перекристаллизацией всей массы. В результате этого порода становится более прочной. Перечисленные процессы протекают весьма медленно и часто исчисляются десятками и сотнями миллионов лет.
Из органогенных пород наибольшее значение как каменные дорожно-строительные материалы получили известняки и доломиты.
Известняки представляют собой горную породу, главной составной частью которой является углекислый кальций. Последний может находиться в кристаллическом состоянии (кальцит) или в форме массы, внешне лишенной кристаллического строения и остатков скелетных частей организмов.
Кроме СаСО3 в известняках могут содержаться примеси глины, песка, окиси кремния, MgCO3 и органических веществ.
Различные примеси оказывают существенное влияние на свойства известняков: прочность, водопоглощение, морозостойкость и др.
Чистые разновидности известняков (более 95% СаСО3) обычно имеют белый цвет; примеси глины и окислов железа делают их серыми, желтыми, розовыми и даже красными. Темно-серый или черный цвет свидетельствует о присутствии углистых или битуминозных веществ. Примесь глины повышает водопоглощение и снижает морозостойкость известняков. Примеси углекислого магния и окиси кремния часто весьма благоприятно влияют на строительные свойства породы, так как при этом возрастают ее прочность и устойчивость против атмосферных воздействий. В особенности это относится к кремнистым известнякам.
Чистые известняки и песчанистые известняки в куске вскипают от действия 10%-ной соляной кислоты при комнатной температуре. Глинистые известняки вскипают слабо, а кремнистые и доломитовые - лишь в порошке при нагревании.
Известняки могут иметь самое разнообразное строение и сложение. По этим признакам их делят на следующие разновидности.
Кристаллические, или мраморовидные, в которых простым глазом можно различить кристаллы известкового шпата (кальцита). Плотные, в которых составляющие породу зерна совершенно не различимы невооруженным глазом. Пористые, содержащие большое число видимых пустот. Различают мелкопористые и крупнопористые (дырчатые) известняки, когда в породе имеются отдельные весьма крупные пустоты. Землистые, или меловидные, обычно мягкие, легко истирающиеся; к ним относится также мел. Раковистые, содержащие некоторое количество хорошо сцементированных раковин. Если же порода состоит из слабо сцементированных раковин или из их обломков, то такой известняк называют ракушечником.
Наибольшей прочностью и морозостойкостью обладают плотные кремнистые, доломитовые и чистые разновидности известняков. мраморовидные известняки того же химического состава обладают большой прочностью, однако они могут быть пронизаны скрытыми трещинами, что приводит к их разрушению под действием мороза за сравнительно короткий промежуток времени. Наименьшей прочностью и морозостойкостью отличаются глинистые и меловидные известняки, а также известняки-ракушечники.
Необходимо отметить относительно небольшую твердость известняков, определяющую большое истирание их в дорожных покрытиях, а также способность к прочному сцеплению с битумами и другими органическими вяжущими материалами. Последнее является важным положительным свойством известняков.
Доломиты. Доломиты представляют собой плотные, иногда кристаллические горные породы, состоящие в основном из минерала доломита (СаСО3-МgСОз). По внешнему виду и физико-механическим свойствам доломиты близки к доломитовым известнякам, с которыми они связаны постепенными переходами.
При действии соляной кислоты доломиты вскипают только при нагревании в виде порошка. Твердость доломитов несколько выше, чем известняков - 3,5-4,0. Все сказанное о свойствах и применении в строительстве прочных известняков относится и к доломитам. Кроме того, они используются в цементной промышленности для изготовления магнезиальных цементов.
Мергели - это породы, состоящие из смеси углекислого кальция (кальцита) и глины. Содержание СаСО3 в мергеле в среднем составляет 50-60 %. При содержании СаСО3 в количестве 25-50 % породу называют глинистым мергелем.
Мергели образуются в морских бассейнах, лагунах и пресноводных озерах, т.е. в местах одновременного отложения карбонатного и глинистого материала. По физико-механическим свойствам мергели близки к глинистым известнякам. Применяются в качестве сырья для изготовления цемента в цементной промышленности. Опоками называют сцементированные горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема (SiO2 • nH2O). Подобно известнякам они образуются на дне морей из кремниевых панцирей диатомовых водорослей. Опоки характеризуются очень малой плотностью (1,1-1,8 т/м³) и большим объемом тончайших пор (20-45%), размер которых настолько мал, что они не видны невооруженным глазом. При погружении куска опоки в воду выделяется большое количество пузырьков воздуха; иногда при этом порода растрескивается и распадается на обломки.
Опоки обычно имеют желтую окраску с серым или зеленым оттенком. Прочность их при сжатии колеблется в пределах 3-25 МПа. Все виды опок неморозостойки.
Опоки характеризуются хрупкостью, раковистым изломом, а также своей химической активностью, которая выражается в том, что они могут вступать в химическое взаимодействие с гашеной известью.
По химическому составу и происхождению к опокам близка порода, называемая трепелом. Он имеет такую же, как и опоки, окраску, но отличается от них рыхлым землистым сложением. Трепел, как и опоки, широко применяется в цементной, лакокрасочной, нефтяной, пиротехнической и других видах промышленности. Опоки и трепел широкий полосой залегают вдоль всего восточного склона Уральского хребта.
Химические породы. Породы этой группы (см. табл. 1) образовались в результате выпадения осадков из солевых растворов при повышении их концентрации или химического взаимодействия между различными солями. К этим породам относятся гипс, известковый туф, оолитовый известняк и др.
Гипс представляет собой горную породу, состоящую из мелкокристаллического или волокнистого минерала того же наименования (CaSO4 • 2H2O). Цвет гипса - белый, желтый, серый, розовый. Гипс характеризуется незначительными твердостью (1,5-2,0) и прочностью.
Безводный природный гипс называется ангидритом; он отличается от гипса несколько большей твердостью (3,0-3,5). Гипс и ангидрит служат сырьем для изготовления вяжущих материалов (алебастра, гипсо-ангидритового цемента и др.), а также применяются в химической промышленности.
Известковый туф - крупнопористая горная порода, состоящая почти целиком из углекислой извести, образовался путем выделения углекислой извести из горячих источников при выходе их на поверхность и охлаждении.
Оолитовый известняк представляет собой породу, состоящую из мелких округленных зернышек кальцита, сцементированных естественным кальцитовым цементом. Строительные качества оолитовых известняков невысокие. Они неморозостойки и характеризуются прочностью при сжатии порядка 15-20 МПа.
4. Геологическая деятельность моря
Океаны и моря занимают около 70,8 % земной поверхности и в них сосредоточены огромные массы воды, составляющие 1370 млн. км³. Находясь в непрерывном движении, эти огромные массы воды разрушают горные породы окружающих берегов, перемещают и истирают продукты разрушения и откладывают их в виде осадков.
Разрушительная работа моря выражается в разрушении берегов прибойной волной и растворении пород.
Против действия такой огромной, многократно прилагаемой силы не может устоять ни одна горная порода. Разрушительная работа волн усиливается также ударами обломков горных пород, подхваченных прибоем.
Примером разрушения берега морским прибоем может служить восточный берег Черного моря в районе Гагр, где за 7 лет море разрушило и смыло полосу берега шириной около 200 м.
Образующиеся при разрушении берегов обломка камня подвергаются дальнейшему измельчению волнами, которые у береговой линии постоянно перекатывают обломки по морскому дну. Вследствие трения друг о друга обломки приобретают гладкую, окатанную поверхность. Одновременно объем зерен гравия и гальки уменьшается, а образующиеся при этом тонкие пылеватые и глинистые частицы морскими течениями, а также приливами и отливами уносятся далеко в море, где и отлагаются на морском дне.
Созидательная работа моря выражается в накоплении отложений из обломков горных пород, химических и органогенных осадков, часто преобразующихся в породы с новыми свойствами.
Крупные обломки горных пород откладываются повсюду, где уменьшается движение воды. Почти вдоль каждого морского побережья можно видеть прибрежные отложения, состоящие из хорошо окатанных гальки, гравия или песка.
Из этих пород часто образуются косы, песчаные рифы, пересыпи и т.д. В некоторых случаях в отложениях принимают участие раковины или их обломки. Различают следующие виды морских отложений.
Отложения мелкого моря, или шельфа, образуются в прибрежной полосе моря в среднем шириной 60-80 км и глубиной до 200 м, где сказывается действие морских волнений. Эти отложения характеризуются разнородностью состава и частой слоистостью (разнообразные по составу и крупности пески, ракушка, органические и минеральные илы, суглинки и глины).