Кіріспе

Табиғи минералдық жиынтық

Геологияда тау жынысы (немесе тас) – табиғи түрде пайда болатын қатты масса немесе минералдардың немесе минералоидтық заттардың жиынтығы. Ол құрамындағы минералдарға, химиялық құрамына және қалыптасу жолына қарай жіктеледі. Тау жыныстары Жердің сыртқы қатты қабатын – жер қыртысын және оның ішкі бөлігінің көп бөлігін құрайды, тек сұйық сыртқы ядроны және астеносферадағы магма қалталарын қоспағанда. Тау жыныстарын зерттеу геологияның бірнеше саласын қамтиды, соның ішінде петрология және минералогия. Зерттеу Жер бетіндегі тау жыныстарымен ғана шектелуі мүмкін, немесе басқа планеталардың тау жыныстарын зерттейтін планеталық геологияны да қамтуы мүмкін. Тау жыныстары әдетте үш негізгі топқа бөлінеді: магмалық тау жыныстары, шөгінді тау жыныстары және метаморфтық тау жыныстары. Магмалық тау жыныстары Жер қыртысында магманың суынуы немесе жер бетінде немесе теңіз түбінде лаваның суынуы нәтижесінде пайда болады. Шөгінді тау жыныстары шөгінділердің диагенезі мен литификациясы арқылы қалыптасады, ал шөгінділер бұрынғы тау жыныстарының үгілуі, тасымалдануы және жиналуынан пайда болады. Метаморфтық тау жыныстары жоғары қысым мен температураға ұшырағанда, іріктелмей ерусіз өзгеріске ұшырайтын бұрынғы тау жыныстарынан қалыптасады. Адамзат ежелгі заманнан бері тастарды пайдаланып келеді. Бұл ерте кезең, Тас дәуірі деп аталады, көптеген тас құралдардың дамуын көрсетеді. Тас содан кейін ғимараттар мен алғашқы инфрақұрылымдарды салуда маңызды құрауыш ретінде қолданылды. Тау-кен өндірісі Жерден тау жыныстарын алу және олардың құрамындағы минералдарды, соның ішінде металдарды өндіру үшін дамыды. Қазіргі заманғы технологиялар жаңа, адам жасаған тастарды және бетон сияқты тасқа ұқсас материалдарды жасауға мүмкіндік берді.

Зерттеу

Геология – Жер және оның құрамдас бөліктерін, соның ішінде тау жыныстарының қалыптасуын зерттеу ғылымы. Петрология – тау жыныстарының қасиеттері мен пайда болу тегін зерттейтін ғылым. Минералогия – тау жыныстарын құрайтын минералдық құраушыларын зерттейтін ғылым. Тау жыныстары мен олардың құрамының зерттелуі Жер тарихының геологиялық тұжырымдамасын, адамзат тарихының археологиялық тұжырымдамасын қалыптастыруға және адамзат қоғамындағы инженерлік-технологиялық дамуға үлкен үлес қосты. Геология тарихында тастар мен олардың пайда болуына қатысты көптеген теориялар адамзат тарихы бойында қалыптасқан, ал тау жыныстарын зерттеу 19 ғасырда ғылым ретінде ресми түрде дамыды. Осы кезеңде плутонизм теориясы жасалды, ал 1896 жылы радиоактивті ыдыраудың ашылуы тау жыныстарын радиокөміртек әдісімен датирлеуге мүмкіндік берді. Тақталар тектоникасы туралы түсінік 20 ғасырдың екінші жартысында қалыптасты.

Жіктеу

Тау жыныстары негізінен минералдардың ұсақ бөлшектерінен құралады, олар химиялық байланыс арқылы реттелген құрылымға біріккен атомдардан түзілген кристалдық қатты денелер. Кейбір тау жыныстарында минералоидтар да кездеседі, олар қатты, минералға ұқсас заттар, мысалы, кристалдық құрылымы жоқ жанартау шынысы. Тау жынысындағы минералдардың түрлері мен мөлшері оның қалай қалыптасқанына байланысты айқындалады. Көптеген тау жыныстарында силикатты минералдар болады, олардың кристалдық торында кремний тетраэдрлері бар қосылыстар кіреді және барлық белгілі минерал түрлерінің шамамен үштен бірін және Жер қыртысының шамамен 95% құрайды. Тау жыныстары мен минералдардағы кремнийдің үлесі олардың аттары мен қасиеттерін анықтауда маңызды рөл атқарады.

Метаморфты тау жыныстары

Метаморфтық тау жыныстары кез келген тау жынысы түрін – шөгінді тау жынысы, магмалық тау жынысы немесе басқа ескі метаморфтық тау жынысы – бастапқы тау жынысы қалыптасқаннан өзгеше температура мен қысым жағдайларына түсіру арқылы пайда болады. Бұл процеске метаморфизм дейді, ол "форманың өзгеруі" деген мағынаны білдіреді. Соның нәтижесінде тастың физикалық қасиеттері мен химиялық құрамы күрт өзгереді. Бастапқы тау жынысы, протолит деп аталады, қайта кристалдану арқылы басқа минерал түрлеріне немесе сол минералдардың басқа формаларына айналады. Мұндай өзгеріс, мысалы, құрлықтық плиталар қақтырысқанда жүзеге асады. Метаморфтық тау жыныстары Жер қыртысының көлемінің 27,4% құрайды. Ай және Марстағы тау жыныстары да зерттелген.

Адамға арналған

Тау жыныстарын пайдалану адамзат мәдениеті мен технологиялық дамуына зор әсер етті. Адамдар және басқа да гоминидтер кем дегенде 2,5 миллион жылдан бері тау жыныстарын пайдаланып келеді. Тас өңдеу технологиясы – ең ежелгі және үздіксіз қолданылып келе жатқан технологиялардың бірі. Тау жыныстарынан металл алу адамзаттың өркендеуіне ең маңызды факторлардың бірі болды және әртүрлі аймақтарда әртүрлі жылдамдықпен дамыды, бұл әсіресе аймақтың тау жыныстарынан қолжетімді металл түрлеріне байланысты.

Антропологиялық тау жыныстары

Антропогендік тау жыныстары – адам қызметі нәтижесінде пайда болған синтетикалық немесе құрылымы өзгертілген тау жыныстары. Бетон – табиғи және өңделген тау жыныстарынан құралған, ежелгі Рим дәуірінен бері дамып келе жатқан адам жасаған тау жынысы. Тау жыныстарын эпоксидтік гранит сияқты жаңа түрлерді жасау үшін басқа заттармен өңдеуге болады. Сонымен қатар, Coade тасы сияқты жасанды тастар да ойлап табылды. Геолог Джеймс Р. Андервуд антропогендік тау жыныстарын, магмалық, шөгінді және метаморфтық тау жыныстарымен бірге төртінші тау жыныстары класы ретінде қарастыруды ұсынды.

Ғимарат

Тау жыныстарының беріктігі әртүрлі, 300 МПа-дан жоғары созылу беріктігіне ие кварциттерден бастап, жалаңаш қолмен шашақтандыруға болатындей жұмсақ шөгінді тау жыныстарына дейін (яғни, олар сынық). (Салыстыру үшін, құрылыс болаттың созылу беріктігі шамамен 350 МПа.) Египетте б.з.б. 4000 жылдан бері салыстырмалы түрде жұмсақ, оңай өңделетін шөгінді жыныстар құрылысқа қолданылып келді, ал Ішкі Моңғолияда б.з.б. 2800 жылдан бері бекіністер салу үшін тас пайдаланылған. Италияда жұмсақ тау жынысы – туф кең таралған, және римдіктер оны көптеген ғимараттар мен көпірлер салу үшін қолданған. Әктас Орта ғасырларда Еуропадағы құрылыста кеңінен қолданылды және 20-ғасырға дейін танымал болды.

Тау-кен өндірісі

Тау-кен өндірісі – жер астынан бағалы минералдар немесе басқа геологиялық материалдарды кен денелерінен, тамырлардан немесе қабаттардан алу. Бұл термин топырақты алып тастауды да қамтиды. Тау-кен өндірісі арқылы алынатын материалдар: қара металдар, құйма металдар, темір, уран, көмір, алмаз, әк тас, мұнайлық сланец, тас тұз, калий тұзы, құрылыс материалдары және кесек тас. Кез келген материалды ауыл шаруашылығы арқылы өсіруге болмайтын немесе зертханада немесе фабрикада жасанды түрде жасау мүмкін болмайтын жағдайда тау-кен өндірісі қажет. Кен өндірудің кең мағынасы жерден кез келген ресурсты (мысалы, мұнай, табиғи газ, тұз немесе тіпті су) алуды қамтиды. Тас және металл өндіру тарихқа дейінгі дәуірден бастап жүргізіліп келеді. Қазіргі заманғы тау-кен өндірісі процесіне минералдық кен орындарын іздеу, жобаланған кен орнының пайдалы болу мүмкіндігін талдау, қажетті материалдарды өндіру және, соңында, кен өндірісі тоқтатылғаннан кейін жерді басқа мақсаттарға дайындау үшін қайта жаңарту кіреді. Тау-кен өндірісі процестері қоршаған ортаға кері әсер ете алады, бұл әсер кен өндірісі кезінде де, одан кейін де ұзақ жылдар бойы сақталуы мүмкін. Осы әлеуетті әсерлерге байланысты әлемнің көптеген елдері тау-кен жұмыстарының зиянды әсерлерін басқару үшін қағидалар мен ережелерді қабылдады.

Құралдар

Тас құралдарды адамдар мен ертедегі гоминидтер миллиондаған жылдар бойы қолданған. Тас дәуірі – тас құралдарды кеңінен пайдалану кезеңі болды. Ерте тас дәуірінің құралдары қарапайым, мысалы, балға тастар мен өткір сынықтар сияқты болды. Орта тас дәуірінің құралдарындағы ұштар қару ретінде, тігіш немесе сырғыш ретінде қолданылды. Кейін тас дәуірінің құралдары шеберлікпен және ерекше мәдени белгілермен жасалған. Металлургия дамығаннан кейін тас құралдардың орнына көбінесе мыс пен қола құралдары келді.