Сланец: состав, образование и свойства

Введение

Метаморфная порода

Сланец – мелкозернистая, слоистая, однородная метаморфная порода, образованная из исходной глинистой или вулканически-пепельной осадочной породы в результате низкотемпературного регионального метаморфизма. Это самая мелкозернистая слоистая метаморфическая порода. Слоистость может не соответствовать первоначальной осадочной слоистости, а располагаться плоскостями, перпендикулярными направлению метаморфического сжатия. Обычно образуется при низкотемпературном региональном метаморфизме глин или аргиллитов. Эта слабая степень метаморфизма приводит к образованию породы, в которой отдельные минеральные кристаллы остаются микроскопическими по размеру. Направление расслоения не зависит от каких-либо осадочных структур в исходной глинистой породе, а отражает направление регионального сжатия. Расслоение сланца сплошное, то есть отдельные плоскости расслоения расположены слишком близко друг к другу, чтобы их можно было различить в образцах в руках. Текстура сланца полностью определяется этими пронизывающими его плоскостями расслоения. Под микроскопом сланец состоит из очень тонких линз кварца и полевого шпата (QF-домены), разделенных слоями слюды (M-домены), обычно толщиной менее 100 мкм (микрон). Процесс превращения глины или аргиллита в сланец включает потерю до 50% объема исходной породы в результате уплотнения. Пластинчатые минералы, такие как глинистые минералы, поворачиваются, образуя параллельные слои, перпендикулярные направлению уплотнения, что начинает придавать породе расслоение. Расслоение сланца полностью развивается, когда глинистые минералы начинают превращаться в хлорит и слюду. Органический углерод в породе превращается в графит. Сланец в основном состоит из минералов кварца, иллита и хлорита, которые составляют до 95% его состава. Наиболее важными акцессорными минералами являются оксиды железа (такие как гематит и магнетит), сульфиды железа (такие как пирит) и карбонатные минералы. Полевой шпат может присутствовать в виде альбита или, реже, ортоклаза. Иногда, как в фиолетовых сланцах Северного Уэльса, вокруг железных ядер образуются сферические зоны восстановления, оставляя светло-зеленую пятнистую текстуру. Эти сферы иногда деформируются под воздействием последующего напряженного поля, превращаясь в овалы, которые выглядят как эллипсы при рассмотрении на плоскости расслоения образца. Однако некоторые данные свидетельствуют о том, что зоны восстановления могут также образовываться после деформации и приобретать эллиптическую форму в результате преимущественной инфильтрации вдоль направления расслоения, поэтому при использовании эллипсоидов восстановления для оценки деформации требуется осторожность.

Slate is a fine grained, foliated, homogeneous, metamorphic rock derived from an original shale type sedimentary rock composed of clay or volcanic ash through low grade, regional metamorphism. It is the finest grained foliated metamorphic rock. Foliation may not correspond to the original sedimentary layering, but instead is in planes perpendicular to the direction of metamorphic compression. It is usually formed by low grade regional metamorphism of mudrock. This mild degree of metamorphism produces a rock in which the individual mineral crystals remain microscopic in size, The direction of cleavage is independent of any sedimentary structures in the original mudrock, reflecting instead the direction of regional compression. Slaty cleavage is continuous, meaning that the individual cleavage planes are too closely spaced to be discernible in hand samples. The texture of the slate is totally dominated by these pervasive cleavage planes. Under a microscope, the slate is found to consist of very thin lenses of quartz and feldspar (QF domains) separated by layers of mica (M domains). These are typically less than 100 μm (micron) thick. The process of conversion of mudrock to slate involves a loss of up to 50% of the volume of the mudrock as it is compacted. Grains of platy minerals, such as clay minerals, are rotated to form parallel layers perpendicular to the direction of compaction, which begin to impart cleavage to the rock. Slaty cleavage is fully developed as the clay minerals begin to be converted to chlorite and mica. Organic carbon in the rock is converted to graphite. Slate is mainly composed of the minerals quartz, illite, and chlorite, which account for up to 95% of its composition. The most important accessory minerals are iron oxides (such as hematite and magnetite), iron sulfides (such as pyrite), and carbonate minerals. Feldspar may be present as albite or, less commonly, orthoclase. Occasionally, as in the purple slates of North Wales, ferrous (iron(II)) reduction spheres form around iron nuclei, leaving a light green, spotted texture. These spheres are sometimes deformed by a subsequent applied stress field into ovoids, which appear as ellipses when viewed on a cleavage plane of the specimen. However, some evidence shows that reduced spots may also form after deformation and acquire an elliptical shape from preferential infiltration along the cleavage direction, so caution is required in using reduction ellipsoids to estimate deformation.

Другие применения

Поскольку он является хорошим электрическим изолятором и огнестойким материалом, он использовался для изготовления электрических щитов и реле управления для крупных электродвигателей в начале 20-го века. Благодаря своей теплостойкости и химической инертности сланцевый камень применялся для изготовления столешниц в лабораториях и для бильярдных столов. В древних культурах сланцевый камень использовался в качестве точильного камня для заточки ножей, однако в настоящее время точильные камни чаще изготавливают из кварца. В школах 18-го и 19-го веков сланцевые доски широко использовались для классных досок и индивидуальных писчих досок, для которых применялись сланцевые или меловые карандаши. В некоторых случаях древняя цивилизация майя использовала сланцевый камень для изготовления стел. В Японии традиционно для изготовления черных камней для игры Го использовался сланцевый камень, а для белых – ракушки. В настоящее время это считается предметом роскоши. Пенсильванский сланц широко используется в производстве манящих устройств для охоты на индеек, имитирующих их голоса. Звуки, извлекаемые из сланца при царапании его различными видами деревянных стержней, почти точно воспроизводят голоса всех четырех видов диких индеек в Северной Америке: восточной, Рио-Гранде, Осеолы и Мерриама.

Экстракция

Сланцевый камень встречается в Арктике и использовался инуитами для изготовления лезвий для улу. Китай обладает огромными запасами сланца, и в последние годы его экспорт готового и полуфабрикатного сланца увеличился. Месторождения сланца существуют по всей Австралии, при этом крупные запасы разрабатываются в Аделаидских холмах в Виллунге, Канманту и на Среднем Севере в Минтаро и Спэлдинге. Сланцем изобилует Бразилия – второй по величине производитель сланца в мире, особенно в районе Папагайос в штате Минас-Жерайс, где добывается 95% бразильского сланца. Однако не вся продукция, маркированная как «сланец» из Бразилии, имеет право на маркировку CE. Большая часть сланца в Европе сегодня поступает из Испании – крупнейшего в мире производителя и экспортера натурального сланца, и 90% европейского натурального сланца, используемого для кровли, происходит оттуда. К менее значимым регионам производства сланца в современной Европе относятся Уэльс (обладающий статусом ландшафта ЮНЕСКО и музеем в Лланберисе), Корнуолл (знаменитая деревня Делаболе), Камбрия (включая сланцевые карьеры Берлингтон, шахты Хонистер и сланцевые разработки Скиддоу) и, ранее, Западное Высокогорье Шотландии, в окрестностях Балахулиша и Сланцевых островов в Соединенном Королевстве. Сланцевые месторождения также имеются во Франции (Анжу, Долина Луары, Арденны, Бретань, Савойя) и Бельгии (Арденны), в Лигурии на севере Италии, особенно между городом Лаванья (название которого стало основой для итальянского слова, обозначающего школьную доску) и долиной Фонтанабуона; в Португалии, особенно в районе Валонго на севере страны. В Германии сланцевый камень добывают в регионе реки Мозель, в Хансрюке (где бывшая шахта открыта как музей в Фелле), в Эйфеле, Вестервальде, Тюрингии и Северной Баварии; а также в Алте, Норвегия (фактически это слюда, а не настоящий сланец). Некоторые образцы сланца из Уэльса и Камбрии имеют цветной оттенок (не голубой): фиолетовый и ранее зеленый в Уэльсе, и зеленый в Камбрии. В Северной Америке сланец добывается в Ньюфаундленде, восточной Пенсильвании, округе Бакингем (Вирджиния) и в регионе Слейт-Вэлли (Вермонт и Нью-Йорк), где в районе Гранвилла (Нью-Йорк) добывается цветной сланец. Крупное предприятие по добыче сланца существовало в Монсоне (Мэн) в конце XIX – начале XX веков, где сланец обычно имеет темно-фиолетовый или черноватый цвет, и многие местные постройки покрыты сланцевой черепицей. Крыша собора Святого Патрика в Нью-Йорке и надгробный камень на могиле Джона Ф. Кеннеди на Арлингтонском национальном кладбище изготовлены из сланца Монсона.

Slate is found in the Arctic and was used by Inuit to make the blades for ulus. China has vast slate deposits; in recent years its export of finished and unfinished slate has increased. Deposits of slate exist throughout Australia, with large reserves quarried in the Adelaide Hills in Willunga, Kanmantoo, and the Mid North at Mintaro and Spalding. Slate is abundant in Brazil, the world's second largest producer of slate, around Papagaios in Minas Gerais, which extracts 95 percent of Brazil's slate. However, not all "slate" products from Brazil are entitled to bear the CE mark. Most slate in Europe today comes from Spain, the world's largest producer and exporter of natural slate, and 90 percent of Europe's natural slate used for roofing originates from the slate industry there. Lesser slate producing regions in present day Europe include Wales (with UNESCO landscape status and a museum at Llanberis), Cornwall (famously the village of Delabole), Cumbria (see Burlington Slate Quarries, Honister Slate Mine and Skiddaw Slate) and, formerly in the West Highlands of Scotland, around Ballachulish and the Slate Islands in the United Kingdom. Parts of France (Anjou, Loire Valley, Ardennes, Brittany, Savoie) and Belgium (Ardennes), Liguria in northern Italy, especially between the town of Lavagna (whose name is inherited as the term for chalkboard in Italian) and Fontanabuona valley; Portugal especially around Valongo in the north of the country. Germany's Moselle River region, Hunsrück (with a former mine open as a museum at Fell), Eifel, Westerwald, Thuringia and north Bavaria; and Alta, Norway (actually schist, not a true slate). Some of the slate from Wales and Cumbria is colored slate (non blue): purple and formerly green in Wales and green in Cumbria. In North America, slate is produced in Newfoundland, eastern Pennsylvania, Buckingham County, Virginia, and the Slate Valley region in Vermont and New York, where colored slate is mined in the Granville, New York, area. A major slating operation existed in Monson, Maine, during the late 19th and early 20th centuries, where the slate is usually dark purple to blackish, and many local structures are roofed with slate tiles. The roof of St. Patrick's Cathedral in New York City and the headstone of John F. Kennedy's gravesite in Arlington National Cemetery are both made of Monson slate.