Table of Contents

Введение в гранит в швейцарских Альпах

Гранит является одним из самых распространенных и визуально поразительных типов горных пород в швейцарских Альпах, образуя основу многих из самых высоких вершин региона и самых драматических ландшафтов. Эта навязчивая магматическая порода, которая кристаллизовалась из медленно охлаждающейся магмы глубоко в земной коре, рассказывает историю миллионов лет геологических потрясений, континентального столкновения и эрозии. Швейцарские Альпы известны среди геологов своими обширными и хорошо экспонированными гранитными образованиями, которые не только сформировали топографию, но и повлияли на образцы поселений человека, строительные традиции и даже культурную идентичность региона. Понимание состава и происхождения этого гранита обеспечивает окно в глубинные процессы, которые создали один из самых знаковых горных хребтов Европы.

Гранит Швейцарских Альп — это не единый, однородный тип породы, а скорее семейство родственных магматических пород, которые различаются по минералогии, текстуре и возрасту в зависимости от их конкретной истории формирования. От розовых гранитов массива Ааре до серых гранодиоритов региона Бергеля, каждая разновидность записывает отдельную главу в альпийской истории. В этой статье исследуется минеральный состав альпийского гранита, тектонические силы, которые вывели его на поверхность, и практические применения, которые сделали его краеугольным камнем швейцарского наследия.

Минеральный состав швейцарского альпийского гранита

Характерный внешний вид и долговечность швейцарского альпийского гранита проистекают из его специфического минерального скопления. Основными минералами, которые составляют эту породу, являются кварц, полевой шпат (как щелочный полевой шпат, так и плагиоклаза) и слюда (включая как биотит, так и мусковит). Эти три минеральные группы вместе составляют более 90% объема породы, а вспомогательные минералы составляют остальную часть. Относительные пропорции этих минералов определяют не только цвет и текстуру гранита, но и его физические свойства, такие как твердость, устойчивость к химическому выветриванию и работоспособность.

Кварц

Кварц обычно составляет от 25 до 30 % швейцарского альпийского гранита по объёму. Этот минерал, состоящий из диоксида кремния (SiO2), выглядит как полупрозрачный к стекловидным зернам, которые не имеют расщепления, придавая породе характерный блеск при свежем разломе. Кварц в альпийском граните обычно является ангедралом, то есть он заполняет пространства между ранее сформированными кристаллами полевого шпата. Его высокая твердость (7 по шкале Мооса) и химическая инертность вносят значительный вклад в долговечность породы и устойчивость к выветриванию. Кварцевые зерна в альпийских гранитах часто показывают необузданное вымирание под поляризованным светом, что указывает на то, что они испытали посткристаллизацию деформации во время альпийской деформации.

Фельдспар

Фельдспар является наиболее распространенной минеральной группой в швейцарском альпийском граните, составляя от 40 до 50 % породы. Встречаются два основных типа: щелочный полевой шпат (обычно ортоклаза или микроклина) и плагиоклазный шпат (обычно олигоклаза или андезин). Щелочный шпат придает граниту его розовую или красноватую окраску, в то время как плагиоклаза имеет тенденцию быть белой или серой. Во многих альпийских гранитах заметно видны кристаллы щелочного шпата, иногда превышающие 2 сантиметра в длину, создавая отличительную порфиритную текстуру. Пертитическая текстура, где в щелочном шпате появляются рафинированные альбитовые ламели, распространена и указывает на медленное охлаждение на глубине. Содержание полевого шпата непосредственно влияет на цвет породы и ее реакцию на химическое выветривание, при этом плагиоклаза обычно более восприимчива к изменению, чем щелочный шпат.

Мика

Слюда обычно составляет от 10 до 20 % альпийского гранита. Биотит, тёмная слюда, встречается чаще, чем москвичная, светлого цвета разновидность. Биотит выглядит как блестящие чёрные или тёмно-коричневые хлопья, которые можно увидеть невооруженным глазом, в то время как москвич образует серебристые, жемчужные листы. Наличие обоих мика в значительных количествах может придать граниту шлирный или лиственный вид, особенно вблизи краев плутонов, где деформация во время заложения была сильнее. Содержание слюды влияет на расщепление породы и выветривание, так как хлопья слюды могут создавать плоскости слабости, которые влияют на то, как гранит ломается и разрушается с течением времени.

Принадлежность минералов

Помимо основных составляющих, швейцарский альпийский гранит содержит множество вспомогательных минералов, которые, хотя и присутствуют в небольших количествах (обычно менее 5%), предоставляют важную петрологическую информацию. К ним относятся апатит, циркон, сфен (титанит), алланит и магнетит. Циркон особенно ценен для геохронологии, поскольку он содержит уран, который позволяет точное радиометрическое датирование возраста кристаллизации гранита. Магнетит способствует магнитной восприимчивости породы, а его присутствие или отсутствие может помочь различить различные гранитные наборы. В некоторых альпийских гранитах турмалин появляется в виде черных призматических кристаллов, что указывает на богатые бором жидкости на поздних стадиях магматической кристаллизации.

Геологическая история и тектоническая установка

Гранит Швейцарских Альп тесно связан со сложной тектонической историей альпийского орогения, событием горостроения, которое создало Альпы, какими мы их знаем сегодня. Этот процесс начался примерно 100 миллионов лет назад и продолжается, в сокращенном виде, до наших дней. Образование альпийского гранита, однако, охватывает еще более длительные временные рамки, причем некоторые гранитные тела датируются поздней палеозойской эпохой, предшествовавшей самому альпийскому столкновению.

Предальпийский подвал

Многие из гранитных тел, обнажённых в швейцарских Альпах сегодня, возникли в событиях, произошедших до главного альпийского столкновения.Во время позднего палеозоя, примерно 300—250 млн лет назад, область, которая станет Альпами, была частью суперконтинента Пангея. Обширная магматическая активность, связанная с убывающими стадиями варисканского орогения, производила большие гранитные плутоны, которые вторгались в континентальную кору. Эти так называемые «герцинские» или «варисканские» граниты образуют подвал, на котором позже были отложены более молодые осадочные породы. Примерами являются части массивов Ааре и Готард, которые содержат гранит, кристаллизовавшийся во время этого более раннего эпизода горообразования. Эти более старые граниты были впоследствии захоронены, метаморфозированы и частично ремобилизованы во время альпийского события.

Альпийская орогения и гранитная замена

Основное альпийское орогение началось в меловом периоде, около 100 млн лет назад, когда африканская плита начала свое движение на север к евразийской плите. Промежуточный океан Тетиса постепенно поглощался субдукцией, а к эпохе эоцена (примерно 50 млн лет назад) шло континентальное столкновение. Огромные компрессионные силы утолщали кору, вызывая частичное таяние нижней коры и верхней мантии. Этот расплав поднимался сквозь кору, раздуваясь на различных уровнях, образуя магматические камеры. Медленное охлаждение этих магматических тел в течение миллионов лет производило гранитные плутоны, которые сейчас обнажаются в центральных Альпах.

Некоторые из наиболее значительных гранитных тел альпийского возраста, такие как Бергелль Плутонн и массив Адамелло, были установлены между 30 и 20 миллионами лет назад, в эпоху миоцена. Эти более молодые граниты геохимически отличаются от более старых варисканских гранитов, демонстрируя кальций-щелочной подписью, типичной для магматизма, связанного с субдукцией. Например, Бергелль Плутонн является классическим примером син-тектонического гранита, то есть он был помещен во время активной деформации. Его внутренняя ткань записывает поле деформации альпийского столкновения, предоставляя геологам замороженный снимок режима напряжения во время кристаллизации.

Поднятие и воздействие

Гранит, видимый сейчас на поверхности швейцарских Альп, первоначально кристаллизовался на глубинах от 10 до 20 км и более. Его экспозиция сегодня является результатом сочетания тектонического подъема и эрозионной эксгумации. Продолжающийся северный толчок африканской плиты вызвал утолщение коры, что в свою очередь привело к изостатическому подъему горного хребта. Одновременно эрозия рек и, в последнее время, ледники вырезали надлежащую скалу, постепенно обнажая гранитные плутоны. Начало крупного оледенения в четвертичный период, около 2,6 млн лет назад, резко ускорило этот процесс, поскольку альпийские ледники действовали как высокоэффективные агенты эрозии. Характерные U-образные долины, цирки и ареты швейцарских Альп в значительной степени являются продуктом ледниковой скульптуры, и многие из лучших гранитных экспозиций происходят в этих ледниковых резных ландшафтах.

Виды и разновидности альпийского гранита по регионам

Швейцарские Альпы содержат многочисленные различные гранитные тела, каждый со своим петрологическим характером и геологической историей.Геологи выявили и нанесли на карту десятки гранитных плутонов и массивов, многие из которых названы в честь местной горы или долины, где они лучше всего выставлены.

Массив Ааре

Массив Ааре является одним из крупнейших и наиболее изученных гранитных тел в швейцарских Альпах, простирающийся на площади около 2000 квадратных километров в центральном Бернском Оберленде. Он состоит из нескольких различных сортов гранита, начиная от богатого биотитом гранодиорита до гранита с двумя слюдями. Массив преимущественно герцинский по возрасту (около 300 миллионов лет), но показывает доказательства альпийской надпечатки, включая разработку новых слюд и частичную перекристаллизацию кварца. Гранит Ааре обычно средне- и крупнозернистый, с цветом, который варьируется от светло-серого до розового в зависимости от содержания полевого шпата. Он лежит в основе многих известных альпийских пиков, включая Эйгер, Мёнч и Юнгфрау, и хорошо выставлен в глубоких долинах вокруг Гриндельвальда и Лотербруннена.

Берджеллский плутон

Бергельский плутон, расположенный в юго-восточных швейцарских Альпах у границы с Италией, является одним из самых молодых крупных гранитных тел в регионе, возраст кристаллизации около 30 млн лет. Это классический пример альпийского синтектонического гранита, замещённого в активной фазе альпийского столкновения. Гранит Бергеля характерен для горнбленде-биотитного гранодиорита к тоналиту, более тёмного цвета, чем многие другие альпийские граниты, благодаря более высокому содержанию мафиозных минералов. Платон показывает хорошо развитую магматическую литью, параллельную региональной тектонической ткани, что обеспечивает важные ограничения на историю деформации Альп. Область Бергеля также славится своим «гранитным» камнем размерности Бергеля, который использовался в зданиях по всей Швейцарии и северной Италии.

Готардский массив

Готардский массив, расположенный на центральных Альпах, содержит разнообразную совокупность гранитных типов, в том числе варисканского и альпийского возрастных вторжений.Масциф примечателен своим «фибролитовым» гранитом, который содержит волокнистый силлиманит, минерал, который указывает на высокотемпературный метаморфизм.Готардский гранит обычно светлого цвета, богат кварцем и щелочным полевым шпатом, и часто показывает отчетливую листву.Масциф был широко изучен из-за его положения в ядре альпийского стека подгузников, и гранит здесь фиксирует множественные фазы деформации и метаморфизма.Готардский базовый тоннель, один из самых длинных железнодорожных туннелей в мире, был раскопан через этот массив, обеспечивая беспрецедентный доступ к свежим образцам гранита с глубины.

Массив Адамелло

В то время как массив Адамелло лежит в основном в Италии, он простирается в южные швейцарские Альпы и является крупнейшим плутоническим телом во всей альпийской цепи. Он был установлен между 42 и 28 миллионами лет назад и демонстрирует значительные композиционные вариации, от габбро на его окраинах до гранита в его интерьере. Швейцарская часть Адамелло состоит в основном из тоналитов и гранодиоритов, с обильным рогбленде и биотитом, придающим скале темный, крапчатый вид. Массиф особенно важен для изучения взаимосвязи между магматизмом и тектоникой, поскольку он был установлен в период изменения скорости сходимости плит.

Физические свойства и долговечность

Физические свойства швейцарского альпийского гранита делают его одним из самых прочных и универсальных доступных природных камней.Его твердость, плотность и устойчивость к выветриванию обеспечили его использование в строительстве и строительстве памятников на протяжении веков.

Сила и твердость

При прочности на сжатие, как правило, в диапазоне от 150 до 250 мегапаскалей, альпийский гранит исключительно прочен. Его высокое содержание кварца придает ему отличную устойчивость к истиранию, а его взаимосвязанная кристаллическая структура придает ему прочность от удара. Твердость Мооса составляющих минералов (7 для кварца, 6 для полевого шпата) означает, что гранит сопротивляется царапинам и износу, что делает его пригодным для напольных покрытий с высоким трафиком, столешниц и внешней облицовки. Однако наличие слюды может вводить плоскости слабости, если хлопья слюды выровнены, потенциально снижая прочность на разрыв породы в определенных ориентациях.

Сопротивление выветриванию

Швейцарский альпийский гранит обладает отличной устойчивостью к химическому выветриванию, во многом благодаря высокому содержанию кварца и относительной стабильности полевых шпатов в умеренных климатических условиях. Физическое выветривание, такое как циклическая заморозка-оттаивание, представляет более значительную угрозу в альпийской среде. Повторное замораживание и оттаивание воды в трещинах и порах может вызвать гранулированный распад и образование листов отшелушивания. Несмотря на это, гранитные обнажения в Альпах обычно демонстрируют замечательную долговечность, при этом ледниковый польский и полосатый материал сохраняется на протяжении тысяч лет во многих местах. Сопротивление альпийского гранита кислотным дождям и загрязнению атмосферы сделало его предпочтительным материалом для памятников и зданий на открытом воздухе в городских условиях.

Термические свойства

Гранит обладает относительно низкой теплопроводностью по сравнению с металлами, но обладает высокой теплоемкостью, то есть может поглощать и хранить значительное количество тепла. Это свойство имеет практические последствия: гранит, используемый в качестве строительного камня, помогает регулировать температуры в помещении, поглощая тепло в течение дня и высвобождая его ночью. Коэффициент теплового расширения альпийского гранита достаточно низок, что обычно не вызывает проблем в строительстве, но экстремальные изменения температуры, такие как те, которые встречаются при пожаре, могут вызвать шелушение и растрескивание.

Экономическое и культурное значение

Гранит из Швейцарских Альп был ценным экономическим ресурсом на протяжении веков, используемым во всем, от скромных фермерских зданий до грандиозных гражданских сооружений.Его культурное значение одинаково глубоко, поскольку он сформировал идентичность альпийских общин и способствовал архитектурному наследию Швейцарии.

Камень измерения и карьер

Карьерное дело по добыче гранита в Швейцарских Альпах имеет долгую историю, активные карьеры задокументированы ещё в средние века. Самый известный швейцарский гранитный камень родом из региона Бергелль, где камень использовался для колонн, фасадов и тротуарных камней в городах по всей Европе. Карьерное дело в Альпах представляет значительные проблемы, включая большие высоты, трудный доступ и экологические нормы. Современные карьерные операции используют алмазные проволочные пилы и гидравлическое расщепление для извлечения больших блоков с минимальными отходами. Гранит распиливают, полируют и вырезают до спецификации для использования в качестве столешниц, напольной плитки и мемориалов. Экономическое значение гранитного карьера снизилось по сравнению с другими отраслями промышленности, но он остается нишевой деятельностью, которая поддерживает сельские общины в нескольких альпийских долинах.

Строительство и строительство

Швейцарский альпийский гранит использовался в строительстве на протяжении тысячелетий. Римские строители использовали гранит из Альп для колонн и фундаментов в поселениях по всему региону. В средневековый период гранит использовался для стен замка, церковных фундаментов и мостовых причалов. Город Берн, объект Всемирного наследия ЮНЕСКО, имеет гранитные камни и фасады зданий по всему историческому центру. В наше время альпийский гранит используется в гидроэлектростанциях, железнодорожных сооружениях и подпорных стенах шоссе. Прочность камня гарантирует, что построенные из него сооружения могут просуществовать веками с минимальным обслуживанием, что делает его устойчивым строительным материалом с точки зрения жизненного цикла.

Культурный и символический смысл

Для жителей швейцарских Альп гранит — это больше, чем просто строительный материал. Он является символом постоянства, прочности и связи с землей. Гранитные вершины Альп вдохновляли художников, писателей и альпинистов на протяжении поколений. Камень появляется в местном фольклоре и часто используется в оформлении традиционной альпийской архитектуры, где его природные цвета и текстуры дополняют окружающий ландшафт. Сам термин «гранит» несет в себе коннотации непреклонной прочности и надежности, качества, которые резонируют со швейцарскими культурными ценностями точности, долговечности и мастерства.

Основные особенности швейцарского альпийского гранита

  • Грубозернистая текстура с видимыми кристаллами кварца, полевого шпата и слюды, которые можно идентифицировать невооруженным глазом. Размеры кристаллов обычно варьируются от 2 до 10 миллиметров, хотя порфиритные разновидности содержат более крупные кристаллы полевого шпата длиной до нескольких сантиметров.
  • Высокая долговечность и устойчивость к выветриванию из-за обилия кварца и взаимосвязанности минеральных зерен.Альпийский гранит может выдерживать многовековое воздействие дождя, снега и циклического замораживания с минимальной деградацией.
  • Разнообразие цветов на основе содержания минералов, начиная от светло-розового (богатый щелочным полем шпат) до серого (доминируемый плагиоклазой) и почти черного (богатые мафией сорта). Цвет может быть однородным или полосатым в зависимости от истории деформации.
  • Обычно используется в строительстве и памятниках, как на местном, так и на международном уровне. Швейцарский гранит используется в зданиях, мостах, плотинах и мемориалах по всей Европе и за ее пределами, ценится за его силу и эстетическую привлекательность.
  • Наличие вспомогательных минералов, таких как циркон, апатит и турмалин, которые предоставляют ценную петрологическую и геохронологическую информацию.Эти минералы позволяют геологам определять возраст и происхождение каждого гранитного тела.
  • Переменная магнитная восприимчивость в зависимости от содержания магнетита, который может использоваться в качестве инструмента идентификации поля и для геофизического картирования. Граниты с высоким содержанием магнетита могут вызывать локальные магнитные аномалии, обнаруживаемые приборами.
  • Частые листва или ткань, возникающие в результате деформации во время или после кристаллизации. Эта ткань регистрирует режим тектонического напряжения и дает подсказки о ориентации сил, которые сформировали Альпы.

Геологические исследования и современные исследования

Гранит Швейцарских Альп продолжает оставаться в центре активных геологических исследований.Современные аналитические методы дают все более подробные представления о веках, источниках и эволюции этих пород.

Геохронология и термохронология

Точное радиометрическое датирование альпийского гранита с использованием уран-свинцового (U-Pb) датирования циркона произвело революцию в понимании альпийской тектонической истории. Геологи могут определить возраст кристаллизации гранитных плутонов с неопределенностью менее 1 миллиона лет. Исследования показали, что размещение гранита в Альпах происходило в различных импульсах, с основными эпизодами от 32 до 28 миллионов лет назад (Бержелл и Адамелло) и более ранними событиями варискана от 300 до 250 миллионов лет назад. Техники термохронологии, такие как датирование расщепления-трека и (U-Th) / Он датирование, раскрывают историю охлаждения гранита, поскольку он был эксгумирован с глубины, обеспечивая ограничения на скорость подъема гор и эрозии.

Петрология и геохимия

Химический анализ альпийского гранита выявил важную информацию об источниках магмы и процессах, происходивших при ее подъеме и кристаллизации. Основные элементы композиции показывают, что большинство альпийских гранитов являются кальций-щелочными, согласующимися с образованием в зоне субдукции. Следовые элементы, в частности редкоземельные элементы (REEs), указывают на то, что магмы были получены из частичного плавления нижней коры, с различными вкладами изотопов мантии. Изотопные исследования с использованием изотопов неодима (Nd) и стронция (Sr) показали, что разные гранитные тела имеют различные сигнатуры источника, отражающие неоднородность альпийской коры. Некоторые граниты показывают доказательства загрязнения коры во время подъема, в то время как другие, по-видимому, были получены из относительно примитивных источников мантии.

Структурная геология и механизмы замещения

Внутренняя ткань альпийских гранитных тел обеспечивает запись деформации, которая произошла во время и после их размещения. Структурные геологи используют ориентацию минеральных зерен, форму ксенолитов (включения более старой породы) и выравнивание кристаллов полевого шпата для определения поля деформации во время кристаллизации. Исследования плутона Бергеля показали, что он был помещен в виде серии импульсных инъекций магмы в протяженную ступеньку в альпийской системе ударного скольжения. Эта интерпретация, поддерживаемая анизотропией измерений магнитной восприимчивости (AMS), демонстрирует, что размещение гранита и региональная деформация были тесно связаны. Аналогичные исследования по Альпам продолжаются, уточняя понимание того, как граниты вписываются в более крупные тектонические рамки.

Заключение

Гранит Швейцарских Альп — это гораздо больше, чем привлекательный строительный материал или живописный фон для горных ландшафтов. Это геологический архив, который фиксирует сотни миллионов лет истории Земли, от сборки суперконтинента Пангея до столкновения Африки и Европы. Его минеральный состав, в котором доминируют кварц, полевой шпат и слюда, дает ключи к условиям его формирования, в то время как его текстуры и структуры фиксируют силы, которые его сформировали. Гранитные плутоны Альп, от массива Аре в эпоху Варискана до альпийского плутона Бергеля, документируют континуум магматической активности, который охватывает крупные тектонические события. Для геологов эти породы продолжают давать новые идеи с помощью современных аналитических методов, помогая совершенствовать модели горного строительства и эволюции коры. Для общества альпийский гранит остается практическим ресурсом и культурным символом, его непреходящая сила отражает устойчивость самих гор.

Понимание состава и происхождения швейцарского альпийского гранита углубляет понимание природного мира и процессов глубокого времени, которые его сформировали.По мере продолжения исследований каждое новое исследование добавляет еще один слой к истории этих замечательных скал, раскрывая динамичную историю одного из самых знаковых горных хребтов Европы.