Одной из самых распространенных проблем в содержании сельскохозяйственных угодий является Она имеет место в засушливых регионах на открытой местности. Чаще всего к этому приводит естественное выветривание, с которым борются разными способами, как правило, базирующимися на регулировании гидротехнических показателей земельного покрова. Но есть и более широкое понимание выветривания, которое затрагивает не только почвенный слой, но и горные породы. В данном случае уместно ставить вопрос о том, что такое выветривание минералов? Это тоже естественный процесс разрушения, который, впрочем, может возникать не только по причине чрезмерной засушливости.
Общие сведения о выветривании
Под выветриванием понимается процесс внешнего воздействия на горную породу, при котором происходит разрушение или разложение ее материальной основы. Факторы, обуславливающие такие явления, могут иметь разный характер - от химических водных до атмосферных реакций. В большинстве случаев на минералы действует совокупность разных факторов, в итоге приводящих к обеднению горной породы. Причем в вопросе относительно того, что такое выветривание, нельзя опираться на классическое понимание деятельности непосредственно ветра или другого Даже привычные химические и физические процессы не полностью отражают полноту этого явления. Например, в разрушении могут участвовать и реакции газового действия. В частности, углекислота и кислород обеспечивают активное биохимическое влияние. Другое дело, что предпосылки для них могут быть связаны с результатом человеческой деятельности - к примеру, в рамках содержания того же сельского хозяйства.
Виды выветривания
Обычно выделяют химические и физические процессы выветривания, которые чаще всего взаимосвязаны и дополняют друг друга. Разве что интенсивность их может отличаться в зависимости от условий среды. Но также в некоторых регионах распространены процессы биогенного и радиационного влияния. Более того, именно такие явления зачастую носят наиболее выраженный характер разрушения. Химические и физические процессы все же более естественны и, можно сказать, происходят в постоянном режиме, только с разной степенью влияния на структуру природных материалов. Биогенные виды выветривания также могут быть следствием уже интенсивного химического разложения.
Активность того или иного фактора выветривания зависит не только от внешнего воздействия, но и от характеристик горной породы. Чаще всего специалисты рассматривают совокупность явлений. Так, в качестве первостепенных факторов, которые обуславливают те или иные процессы выветривания, выделяют климат, особенности рельефа, тектонические характеристики, состав и структуру породы.
Процесс физического выветривания
Среди основных причин возникновения данного рода выветриваний специалисты называют резкие и регулярные перепады температур. Если в дневное время поверхность минерала нагревается и расширяется, то ночью на фоне похолодания происходит обратный процесс сокращения структуры. В итоге имеет место растрескивание и дробление породы на мелкие частицы. Это своего рода деформирование, которое, опять же, носит постоянный характер, хоть и малозаметный. Особенно выражено физическое выветривание в холодных регионах, где часто бывают и заморозки. Дело в том, что скапливающаяся в структуре минерала влага в такие периоды твердеет и кристаллизуется, что повышает напряжение и закономерно приводит к более интенсивному растрескиванию. Способствуют разрушающей активности и вибрации рельефного покрова, которые часто проявляются в нестабильных с точки зрения тектонического устройства регионах.
Процесс химического выветривания
Явления такого характера также могут быть связаны с обширной группой факторов, причем не всегда способствующих именно разрушению. В зависимости от химической реакции, влияющей на структуру горной породы, могут наблюдаться и процессы деформации, и образование новых минералов. В обоих случаях будет происходить качественное изменение состава и структуры объекта. В списке непосредственных факторов, которые активизируют химическое выветривание, выделяют воду, кислород и углекислый газ. Например, водные ресурсы естественно выступают своего рода растворителем горной породы. Интенсивность взаимодействия воды и минерала зависит от химического состава жидкости. При этом и сами реакции могут быть разными. Так, на минералы магматических пород вода оказывает влияние посредством реакции гидролиза. Ее итогом может быть замена щелочных элементов на ионы водорода.
Биогенное или органическое выветривание
Как уже отмечалось, не меньшее воздействие на минералы могут оказывать и биологические факторы. К таким можно отнести деятельность растений, мелких грызунов и особенно микроорганизмов с грибками и бактериями. В комплексе эти факторы могут обеспечить и более серьезный разрушающий процесс, чем физические или химические факторы. Но это также зависит от конкретных условий местности, в которой залегает горная порода. Что такое выветривание биогенного характера на практике? Это может быть, например, активность живых организмов, дробящих минерал в слое почвы. Таким образом действует корневая система деревьев. А некоторые могут выступать также источником химической реакции, выделяя кислоты, которые в дальнейшем разлагают отдельные компоненты горного конгломерата.
Особенности радиационного выветривания
Одним из самых опасных является процесс радиационного воздействия. Он характеризуется высокой интенсивностью и длительностью, причем во многих случаях остановить его просто невозможно. Но тут же стоит выделить естественное солнечное излучение, которое входит в группу радиационных факторов, и техногенные процессы. Во втором случае выветривание пород происходит в результате человеческой деятельности. Классическим примером является работа полигонов, на которых хранятся токсически опасные отходы. Соответственно, ближайшие массивы с горными породами будут подвергаться и разрушающему воздействию, и активным факторам разложения.
Что такое кора выветривания
Разберемся и с этим вопросом. Процессы выветривания могут происходить постоянно или периодами. Но в обоих случаях поверхность, на которую действуют те или иные факторы качественной деформации, обретает характерный облик. Это и будет кора выветривания, которой свойственна рыхлость и обедненный химический состав.
Как правило, верхние слои таких пластов менее разложены и отличаются наличием металлических компонентов. Это могут быть, к примеру, гидроксиды кремния или же алюминия. Далее следует зона, в которой будут присутствовать гидроксиды железа, на образование которых оказывало влияние химическое выветривание с меньшей интенсивностью. В нижних пластах коры обычно залегают известняковые и гипсовые стяжения.
Продукты выветривания
Обычно в процессе выветривания остаются каменные обломки, частицы песка, щебень, глинистые фракции и каолин. При этом отсоединившиеся от основной породы элементы могут иметь различные размеры и формы - это уже зависит от конкретных условий и факторов выветривания. В некоторых случаях возможно и образование курума. Это массивные глыбы и валуны, сформированные из свежеобломанных вышеупомянутых фракций. Стандартные размеры курумов варьируются от 1 до 2 м, хотя бывают и экземпляры, значительно выходящие за эти рамки. Чаще всего образование таких глыб обеспечивает физическое выветривание, результатом которого может стать и создание каменного панциря с курумовым настилом.
Заключение
Выветривание происходит не только с разной степенью интенсивности, но и отличается стадиями реализации. Простейшим примером может быть физический процесс разрушения из-за температурного воздействия. Далее может подключиться и химическая реакция, в которой будет участвовать жидкость с активными элементами. Теперь стоит обратиться к вопросу о том, что такое выветривание органического характера. Отчасти это процесс биологического разрушения, который может закономерно повлечь и формирование новых пород. Соответственно, выветривание нельзя рассматривать только как разрушение существующего минерала. Даже если деформация завершится на этапе физического отделения некоторого массива частиц, это изменение может способствовать образованию новых минералов или конгломератов, что подтверждают своим существованием курумы.
ВЫВЕТРИВАНИЕ, процессы механического разрушения и химического изменения горных пород на поверхности суши или небольшой глубине (атмосферное выветривание) и на дне водоёмов (смотри Гальмиролиз). Основными факторами, воздействующими на горные породы, являются сезонные и суточные колебания температуры, химические и механические воздействия атмосферного и грунтового воздуха (в том числе О 2 , СО 2 и водяных паров), жидкой воды (атмосферной и грунтовой), замерзающей воды, кристаллизующихся солей, макро- и микроорганизмов. Скорость, степень и вид выветривания, мощность чехла продуктов выветривания, их гранулометрический и минералогический составы зависят от климата, рельефа, геологического строения, состава и структуры материнских горных пород. По виду воздействия выделяют два основных типа выветривания - физическое и химическое. Биологическое (органическое) выветривание сводится к биомеханическому и биохимическому изменению горной породы. Обычно типы выветривания действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает.
Физическое выветривание приводит к механическому распаду исходной монолитной горной породы на обломки без заметного преобразования её минерального состава. В чистом виде оно наблюдается в условиях дефицита влаги или при её низких температурах. В аридных областях происходит быстрое изменение объёма горных пород под воздействием резких суточных колебаний температуры при нагревании солнечными лучами и последующем ночном охлаждении (ингаляционное, температурное выветривание). Особенно эффективно такое выветривание в полиминеральных кристаллических породах, частицы которых имеют различную теплопроводность. Растрескивание породы способствует расклинивающему действию плёночной воды, расширению трещин за счёт роста кристаллов из высыхающих растворов. Существенно также растрескивание при усыхании ранее набухших увлажнённых рыхлых грунтов. В высокоширотных и высокогорных областях с частыми колебаниями температуры около 0°С механическое разрушение пород связано с замерзанием воды, проникшей в уже имеющиеся трещины (морозное выветривание). Разрушение поверхности горных пород за счёт расширения разнонаправленных пересекающихся трещин приводит к выкалыванию многогранников породы различных размеров и формы. Для фракций < 20 мм типична форма обломка в виде неправильной гранулы. Разрушение породы происходит при наличии скрытых трещин и дефектов в строении кристаллической решётки минералов. Попеременное сильное промерзание и оттаивание пород (криогенное выветривание) могут сопровождаться накоплением тонких пылеватых продуктов.
Химическое выветривание приводит к изменению химического состава породы, обычно с удалением относительно подвижных ионов и с образованием минералов, стойких в условиях земной поверхности. Характерно для областей с тёплым, умеренно или избыточно влажным климатом. Особенно интенсивно оно происходит при высокой дисперсности и водопроницаемости пород, подготовленных физическим выветриванием. Энергичным окислителем является О 2 воздуха и грунтовых вод, растворённый СО 2 повышает химическую активность вод. Нагретая солнечными лучами вода действует на породу путём непосредственного растворения, гидратации и гидролиза. При химическом выветривании из пород в растворах выносятся преимущественно Са, Mg, К, Na и присоединяются Н 2 О, О 2 , СО 2 . Все образовавшиеся вторичные минералы содержат сорбционную и кристаллизационную воду. Окисление характерно для выветривания пород, богатых сульфидами или обогащённых двухвалентными ионами Fe и Mg. В восстановительных условиях происходит оглеение пород, приводящее к выносу из них Fe, Мn, Со, Ni, Zn. Окисление, сорбция, гидратация осуществляются с выделением энергии. При гидролизе алюмосиликатов первичные породообразующие минералы превращаются во вторичные глинистые. Процесс сопровождается частичным или полным выносом ионов Ca, Na и К из кристаллической решётки полевых шпатов - наиболее распространённых минералов магматической и метаморфической пород. При этом происходит перегруппировка исходной каркасной решётки в слоистую, свойственную глинам.
Биологическое выветривание связано с воздействием на горные породы растительных и животных организмов. Характерно для областей с влажным климатом. Большую механическую работу, сопровождающуюся многообразными химическими процессами, производят корни растений. Микроорганизмы участвуют в круговороте N, S, Р, Fe и других элементов. Выделяющиеся в ходе разложения органических остатков СО 2 и гуминовые кислоты резко усиливают растворяющую способность почвенных вод. За счёт биохимической деятельности лишайников даже в пустынях появляются глинистые продукты выветривания. При разрушении горных пород возникают растворы и минеральные новообразования, находящиеся в физико-химическом равновесии с поверхностной средой. Взаимодействие организмов и продуктов их распада с выветрелыми породами является сущностью почвообразования.
В результате выветривания появляется несортированный рыхлый материал - элювий, сохраняющий структурные признаки исходных горных пород. Физическое выветривание формирует обломочный элювий, химическое выветривание - глинистый. Накапливаясь на горизонтальных и слабонаклонных поверхностях, элювий образует кору выветривания, в которой прослеживается зональность, отражающая стадийность процесса. С выветриванием связан определённый генетический тип месторождений полезных ископаемых (смотри Выветривания месторождения).
Выветривание является самым постоянным и мощным фактором дезинтеграции горных пород. Оно готовит рыхлый материал, который становится доступным для перемещения другими экзогенными агентами (например, вода, ветер) или перемещается на более низкие гипсометрические уровни под действием силы тяжести. В тех случаях, когда продукты выветривания не остаются на месте своего образования, нередко за счёт избирательной денудации возникают своеобразные формы рельефа, зависящие как от характера выветривания, так и от свойств горных пород. Для магматических пород (граниты, диабазы и др.) характерны массивные округлённые формы выветривания; для слоистых осадочных и метаморфических - ступенчатые (карнизы, ниши и т.п.). Неоднородность пород и неодинаковая устойчивость их различных участков к выветриванию ведут к образованию останцов в виде изолированных гор, столбов, башен и тому подобное.
Лит.: Выветривание и литогенез. М., 1969; Оллиер К. Выветривание. М., 1987; Симонов Ю. Г. Процессы выветривания и образования элювия // Динамическая геоморфология. М., 1992; Перельман А. И., Касимов Н. С. Геохимия ландшафта. 3-е изд. М., 1999.
Оно относится к экзогенным (внешним) силам, влияющим на . Выветривание бывает разных видов:
Разновидностью физического является морозное выветривание, характерное для и субарктических климатических зон. Здесь вода замерзает не только в трещинах, но и в капиллярах, разрывая горную породу до рыхлого состояния.
Химическое выветривание . Это разрушение горных пород при взаимодействии их с химически активными элементами (кислородом, углекислым газом, органическими кислотами). Этот тип выветривания особенно заметен в породах, содержащих железо, - они покрываются бурой коркой. Главными районами земного шара, где происходит подобный процесс, являются и тропические широты. Здесь горные породы разрушаются дождевой водой с растворенными в ней химически активными элементами.
Для этого типа выветривания характерно накопление в озерах и : бокситов, фосфоритов, кобальта, осадочного железа.
Органическое выветивание . Оно протекает под действием живых организмов, которые дробят горные породы корнями растений и кислотой при разложении растительных и животных остатков. Животные, делая ходы и норы в , разрыхляют ее. Некоторые морские моллюски просверливают себе норы в прочных прибрежных скалах. Мхи и лишайники выделяют кислоты, растворяющие горные породы. Главный результат органического выветривания - образование почв.
Толща горных пород, которая подверглась разрушению, образует кору выветривания - рыхлый слой, создающийся в зоне просачивания воды. В жарком и , где условия наиболее благоприятны для его образования, кора выветривания достигает 100-200 м и более, хотя обычно толщина ее 30-60 м. В зависимости от различна не только мощность коры выветривания, но и ее состав.
Невидимые, неприметные силы выветривания, работающие изо дня в день, разрушают скалы, возле которых накапливаются крупные и мелкие обломки размером от глыб до песка. Они скатываются, сползают, скользят по склону, образуя осыпи. Обычно они имеют форму конуса, прислоненного к склону. Постепенно осыпь растет в ширину и высоту, стыкуется с соседними, образуя шлейф осыпей. Горы как бы «тонут» в грудах обломков. Осыпи образуются чаще весной, при таянии снега, или в тихую морозную .
В зоне гипергенеза , соответствующей приповерхностной биокостной части литосферы, выведенные на поверхность либо на дно морского бассейна горные породы стремятся прийти в равновесие с окружающей средой. Основными источниками энергии здесь являются солнечное тепло и в значительно меньшей степени внутренне тепло Земли. Важнейшую роль в гипергенных процессах играют органическое вещество и вода.
Верхней границей служит земная поверхность. Нижняя граница соответствует уровню затухания воздействия на горные породы фотосинтезирующей жизни, что сопровождается резким сокращением содержания кислорода и соответственно изменением химических условий среды (Eh, pH, угнетение процессов окисления, гидролиза, коллоидообразования). Обычная мощность зоны гипергенеза не превышает десятков метров, но иногда гипергенные процессы проявляются на глубинах в сотни и даже первые тысячи метров. Их проявление в глубинных зонах приурочено к зонам трещиноватости, карстовым полостям, поверхностям контактов пород, подземным горным выработкам, сохраняющим связь с земной поверхностью и служащим путями проникновения гипергенных агентов.
В зоне гипергенеза всегда присутствуют два принципиально различных комплекса минеральных образований: 1) материнские породы (субстрат) и 2) продукты гипергенеза.
В зависимости от условий процессы гипергенеза можно разделить на три группы:
поверхностный ( или наземный) гипергенез – комплекс явлений и процессов, происходящих непосредственно на поверхности суши или связанных с проникающими в толщи пород инфильтрационными водами;
глубинный ( или подземный) гипергенез - комплекс явлений и процессов, происходящих ниже земной поверхности и связанных с воздействием подземных вод, движущихся по водоносным горизонтам или восходящих по проницаемым зонам (заметим, что эти воды также имеют поверхностное происхождение);
подводный гипергенез ( или гальмиролиз) - комплекс явлений и процессов, происходящих на дне морей и океанов при взаимодействии морских вод с горными породами.
Формирование продуктов поверхностного гипергенеза связано с процессами выветривания .
Выветривание – это процесс изменения и разрушения минералов и горных пород на земной поверхности под воздействием физических, химических и органических факторов.
В зависимости от того, какие факторы обуславливают процессы преобразования пород, выветривание можно подразделить на физическое (или механическое) и на химическое. Биогенные процессы, очень широко проявленные в процессах выветривания, проявляются как в механическом, так и в химическом воздействии на минеральный субстрат. Механическое разрушение пород при биогенном выветривании осуществляется, например, корнями растений, расширяющими трещины, или роющими организмами (черви, муравьи, термины, суслики, кроты и др.). Биохимические процессы активно воздействуют на минеральное вещество как в процессе жизнедеятельности (например, лишайники извлекают минеральные вещества из минералов, что приводит к разрушению последних), так и поставляя химически активные соединения в процессе разложения (органические кислоты, возникающие при разложении опавшей листвы и пр.).
Взаимодействие минерального и органического вещества приводит к возникновению почвы.
Физическое выветривание
Физическое выветривание подразделяется на температурное и морозное.
Температурное выветривание – разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры. Известно, что при нагревании и охлаждении твёрдые тела изменяют свой объём. Не являются исключением горные породы и минералы. В результате суточных колебаний температуры в массиве горных пород возникают напряжения двух типов.
Напряжения первого типа (называемые объёмно-градиентными) связаны с неравномерным нагреванием поверхностной и более глубоких частей массива; различие температур (и, соответственно, различное расширение) в этих частях массива приводят к образованию трещин, направленных параллельно его поверхности. Вследствие этого происходит шелушение и отслаивание пород, называемое десквамацией .
Десквамация в слоистой карбонатной породе (плато Лаго-Наки, Большой Кавказ)
Десквамация вулканических пород (вулканический массив Карад-Даг, Крым)
Второй тип напряжений в пределах объёма породы и минерала связан с различием коэффициентов теплового расширения-сжатия минералов. Напряжения этого типа приводят к раскалыванию до уровня минеральных зёрен и далее, по трещинам спайности, до образования частиц размером до сотых долей мм. Быстрее разрушаются темноокрашенные минералы и породы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большими различиями коэффициентов расширения составляющих их минералов.
Так в процессе температурного выветривания массив пород разрушается с образованием обломочных пород различного размера – от щебня до алевритового материала. Суточные колебания температуры проявляются до глубины 1 м, что определяет максимальную мощность возникающих таким путём обломочных отложений.
Наиболее активно температурное выветривание протекает в пустынях и, в несколько меньшей степени, в нивальных областях и в высокогорных районах, не покрытых снегом. Этому способствует сочетание двух факторов: 1) резкие суточные колебания температуры, достигающие 50 о С и 2) обнажённость горных пород ввиду отсутствия растительного покрова и почвенного слоя.
Морозное выветривание – разрушение горных пород в результате периодического замерзания попадающей в трещины воды.
Попадая в трещины, в холодное время суток вода замерзает – превращается в лёд, объём которого, как известно, значительно выше, чем исходный объём воды. Кристаллизующийся лёд оказывает на стенки трещин весьма существенно давление, достигающее 1000 кг/см 3 и более, что значительно выше прочности большинства горных пород. Давление льда приводит к расширению трещин и раскалыванию пород на крупные обломки размером от десятков сантиметров до метров в диаметре. Отсутствие более мелкого материала обусловлено тем, что свободная вода не способна проникать в микротрещины.
Наиболее активно морозное выветривание протекает в холодных и умеренных областях с резкими суточными колебаниями температуры, а также в области развития вечной мерзлоты и в зоне деятельности ледников.
Образующиеся в ходе физического и химического выветривания продукты разрушения могут быть перемещены с места своего образования под действием водных потоков, ветра, движущихся ледников и других экзогенных факторов (процесс перемещения продуктов разрушения горных пород называется денудация ) или остаться на месте своего образования. Продукты выветривания, залегающие на месте своего образования, называются элювий . К элювию относят продукты выветривания, не смещённые за пределы площади развития материнских пород (субстата за счёт которого они образовались).
В результате физического выветривания образуются особые формы ландшафта. Если выветривание происходит в горной области, где имеются плоские, горизонтальные поверхности, то продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и более мелкого дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи и ландшафты беспорядочного нагромождения глыб, получившие название «каменных морей».
Характерным ландшафтом зон физического выветривания являются каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады. Гаммады представляют собой нагромождения глыб и щебня, образующиеся за счёт выветривания горизонтально лежащих платов горных пород и выноса ветром пылеватых и песчаных продуктов их разрушения. Краю пластов часто расчленены на останцы конусовидной формы, понижения между которыми заполнены россыпями каменных глыб и щебнем.
Говоря о физическом выветривании необходимо подчеркнуть, что оно приводит к механической дезинтеграции пород и минералов, но не приводит к их химическому преобразованию .
Химическое выветривание
Химическое выветривание представляет собой процесс химического преобразования минералов и горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа, органических кислот, а также вследствие биогеохимических процессов.
Преобразование происходит вследствие реакций окисления и гидратации (например, преобразование пирита по схеме FeS 2 + mH 2 O + nO 2 – FeSO 4 - Fe 2 SO 4 – Fe(OH) 3 – Fe 2 O 3 . nH 2 O), растворения и гидролиза. Особое место занимают реакции гидролиза - ионного обмена между веществами и водой, приводящие к разрушению даже весьма устойчивых структур силикатов, сопровождающемуся их гидратацией и выносом элементов из кристаллической решётки. Примером такой реакции, может служить разрушение каркасной структуры полевых шпатов (самых распространённых в земной коре минералов) с образованием глинистых минералов и, далее, гиббсита:
K + CO 2 + H 2 O – Al 4 (OH) 8 + K 2 CO 3 + SiO 2 – Al О (OH) 3 + SiO 2 .
Необходимо отметить ещё одну функцию воды, без которой невозможно химическое преобразование пород: вода обеспечивает «доставку» агентов химического выветривания и вынос продуктов реакций.
Транспортировка веществ происходит почвенно-грунтовыми водами в виде истинных и коллоидных растворов.
Важное значение в процессах химического выветривания имеют органические кислоты, активно способствующие разложению минералов. Процессы химического выветривания протекают ниже почвенного слоя, просачиваясь через который воды обогащаются органическими соединениями.
Необходимыми условиями глубоко химического выветривания являются:
- климат, при котором достигается сочетание высоких температур и влажности (гумидный тропический);
- обилие и характер растительности (при её разложении образуются органические кислоты, активно разрушающие минералы);
- выровненный рельеф, обеспечивающий неподвижность продуктов разрушения;
- продолжительность выветривания.
Важно подчеркнуть роль ландшафтных условий. В гумидных ландшафтах развита лесная растительность, обладающая огромной биомассой и разлагающаяся почве микроорганизмами с образованием органических кислот, поэтому почвенные воды гумидных ландшафтов обладают кислой реакцией и активно воздействует на минералы исходных горных пород; в таких условиях выветривание протекает под воздействием постоянного промывания горных пород кислыми растворами.
В аридных ландшафтах, отличающихся недостаточной увлажнённостью, распространена травянистая растительность. Её биомасса в десятки раз меньше биомассы лесов. Кроме того, почвенная микрофлора перерабатывает растительные остатки с образованием высокополимеризованных органических соединений, которые не обладают агрессивными свойствами по отношению к минералам. Почвенные воды имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, поэтому интенсивного промывания выветривающейся толщи агрессивными возами не происходит, и в ней постепенно сохраняются относительно легкорастворимые соединения.
Процессы химического разложения приводят к разрушению кристаллических решёток минералов, даже весьма устойчивых, высвобождению из них химических элементов. Так выветривание гранитов может завершиться формированием за сёт слагающих их минералов толщи глин, обогащённых водными окислами алюминия.
Коры выветривания
Геологические тела, сложенные элювием, то есть продуктами глубокого поверхностного физического, химического, биохимического преобразования горных пород, оставшихся на месте своего образования, объединяют понятием кора выветривания .
Кору выветривания магматических и метаморфических горных пород называют ортоэлювием . Эти породы формировались в условиях, резко отличных от земной поверхности, и поэтому они изменяются наиболее сильно. Соответственно, развивающиеся по ним коры выветривания резко отличаются от материнской породы.
Кора выветривания морских осадочных пород называется параэлювием . Изменение таких пород, по сравнению с магматическими и метаморфическими, часто менее значительно. Поэтому кора выветривания не всегда резко отличается от материнских пород (например, при выветривании глин).
Элювий континентальных отложений обозначается термином неоэлювий . Материнские породы, за счёт которых происходит формирование такого элювия, сами являются переотложенными продуктами выветривания, и в поверхностных условиях уже слабо изменяются; в силу этого неоэлювий часто выражен неотчётливо. Нередко выветривание захватывает только почвенную толщу и коры выветривания не образуется.
Типичным компонентами кор выветривания служат продукты дезинтеграции субстрата, глинистый элювий и латериты .
Продукты дезинтеграции представляют собой подвергшиеся физическому выветриванию (растрескиванию, дроблению) породы субстрата, практически не изменившие химического состава. Примером могут служить глыбовый и щебнистый элювий на гранитных породах в аридных и субаридных областях, доломитовая мука на доломитах и пр. Иногда, в условиях жаркого влажного климата, поверхностная дезинтеграция сопровождается начальным химическим выветриванием – гидролизом, частичным выщелачиванием наиболее подвижных компонентов (например, щебнистые элювиальные суглинки в Центральном Казахстане, образованные за счёт гранитов).
Глинистый элювий – глины, сохранившие реликтовую структуру материнских пород. Глинистый элювий обычно слагает основную массу коры выветривания и подразделяется по минеральному составу (гидрослюдистый, монтмориллонитовый, каолинитовый). Характерен для областей с гумидным климатом.
Латеритом (от лат. «later» - кирпич ) называют красноцветные железистые или железисто-глинозёмистые элювиальные образования, состоящие преимущественно из минералов гидроокислов и оксидов железа, алюминия и титана с примесью каолинита. они во влажных тропических и субтропических областях в условиях интенсивного выноса кремнезёма (SiO 2) и оснований CaО, Na 2 О, K 2 O, MgO и накоплением окислов алюминия (гиббсит - AlО(OH) 3), железа (гематит – Fe 2 O 3 , гётит - FeOOH) и титана в остаточных породах. Образуются латериты за счёт материнских пород, богатых алюминием (например, гранитов или сиенитов). Часто на поверхности латеритов формируется кираса – порода, состоящая из обломков латерита и конкреционных образований, сцементированных алюможелезистым цементом.
Разновидностью коры выветривания являются рудные шляпы , формирующиеся при химическом выветривании пород, богатых рудными минералами, обычно сульфидами или другими легкоокисляющимися соединениями. На поверхности рудные шляпы обычно сложены кавернозными железняками, образующими глыбовые и щебневые развалы, выделяющиеся темно- и светло-красной, охристой и буровато-красной окраской, связанной с окислами и гидроокислами железа (гётит, гидрогётит, гидрогематит и др.).
Формирование шляп связано с воздействием воды на рудные минералы: происходит вынос грунтовыми водами легкорастворимых соединений, а в остатке накапливается нерастворимая минеральная масса, образующая шляпу. Так при разложении железосодержащих сульфидных руд часть железа выносится в виде сульфатов, но большая его доля, пройдя через сульфатную стадию, окисляется до гидроксидов и накапливается близ выхода рудных тел на земную поверхность, формируя железную шляпу .
По составу конечных продуктов рудные шляпы подразделяются на оксидные и сульфатные. Первые характерны для жарких и умеренных гумидных областей; вторые – широко развиты в аридных и зонах и зоне вечной мерзлоты.
Оксидные шляпы характеризуются резким преобладанием среди новообразованных рудных минералов гидроокислов железа, а в глинистых фракциях галлуазит-каолинитовой ассоциации; они имеют относительно большую мощность, как правило, многие десятки метров. Сульфатные шляпы отличаются присутствием зоны сульфатов железа и обладают обычно небольшой мощностью (метры, до первых десятков метров).
Поверхностному выветриванию могут подвергаться и залежи нерудных полезных ископаемых. В частности, при поверхностном растворении соляных толщ возникает гипсовая шляпа, или кепрок, представляющая покрышку на залежах солей и состоящая из смеси гипса с глиной, песком и карбонатами. При разложении гипсов формируется шляпа, в состав которой входят вторичный гипс в смеси с песчано-глинистым материалом.
Глубина распространения рудных шляп ниже земной поверхности обычно ограничивается уровнем грунтовых вод и достигает десятков и сотен метров.
Процессы химического выветривания протекают стадийно, что наглядно демонстрируется приведённой выше последовательностью преобразования пирита и полевого шпата. Эта стадийность отчётливо проявляется в развитии и строении и развитии кор выветривания.
Б.Б. Полыновым были выделены стадии развития коры выветривания , наиболее проявленные в ортоэлювии.
Первая стадия – обломочная
– характеризуется физическим выветриванием материнских пород, химических преобразований в пределах коры не происходит. Дезинтеграция горных пород, образование в них трещин обуславливает, с одной стороны, их хорошую водопроницаемость, а с другой – резко увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Это создаёт условия для активизации разнообразных физико-химических, химических и биогеохимических процессов, сопутствующих химическому выветриванию.
Вторая стадия – сиаллитная, или обызвесткованная знаменуемся началом процесса химического выветривания, сопровождающимся извлечением из кристаллохимических структур силикатов щелочных и щелочноземельных элементов (главным образом кальция и натрия). При этом за счёт осаждения выносимого кальция в выветривающейся породе образуются плёнки, налёты и конкреции кальцита («обызвесткованный элювий»). Силикаты на этой стадии начинают гидратироваться и подвергаться гидролизу, при этом гидролиз силикатов со сложной кристаллохимической структурой сопровождается не полным их разрушением, а распадом на отдельные «блоки», из которых затем возникают новые минералы – происходит трансформация в глинистые минералы (гидрослюды, монтмориллонит, бейделлит и др.). За пределы коры выветривания водами выносятся лишь наиболее подвижные элементы – хлор и частично сера.
Третья стадия – кислая сиаллитная – сопровождается дальнейшим, уже весьма значительным, преобразованием минералов - за счёт материнских пород образуется «сиаллитный элювий», получивший название по преобладающим химическим элементам Si и Al. Для этой стадии характерны богатые алюминием глины - каолинит, галлуазит, и железосодержащие оксиды и гидроксиды - лимонит и пр. Продукты выветривания лишаются оснований (CaО, Na 2 О, K 2 O, MgO), выносимых из коры фильтрующимися сквозь неё водами.
Четвёртая стадия – аллитная – проявлена в интенсивном вносе из продуктов выветривания не только щелочных и щелочноземельных элементов, но и кремнезёма силикатов, вследствие чего в пределах коры остаются наименее подвижные соединения - водные окислы алюминия и железа, образующие латериты . При наличии определённого состава исходных пород конечные продукты выветривания обогащаются оксидами алюминия (отсюда и название аллитной стадии). Так в условиях жаркого климата и высокой влажности преобразование полевых шпатов приводит не только до уровня каолинитовых глин, но и далее, приводя к формированию бокситов (от фр. «beauxite», по названию местности Beaux на юге Франции ) - алюминиевой руда, состоящая из гидроксидов алюминия (до 40-60%), оксидов железа и кремния.
Приведённая выше последовательность преобразования исходных пород является. Конечно, обобщённой идеальной схемой, иллюстрирующей общую направленность процесса выветривания.
Процесс выветривания может прерваться на любой стадии в связи с неблагоприятным изменением физико-географических условий (например, в связи с аридизацией климата) или под воздействием геологических событий (например, воздымание территории, проводящее к эрозии коры выветривания, либо наоборот, опусканием и захоронения коры выветривания под осадками). Следовательно, очень древняя кора выветривания может быть неполно развитой, а геологически более молодая кора, развивавшаяся на протяжении более длительного времени, может оказаться более хорошо сформированной.
Состав конечных продуктов химического выветривания определяется как степенью эволюции коры, так и составом материнских пород. Для кор, развивающихся по ультраосновным породам, характерно обогащение железом, содержащимся в большом количестве в материнских породах. Иногда такие коры используются в качестве железной руды (например, месторождения на о. Куба, где мощность коры достигает 25 м). Другим элементом, способным образовывать промышленные концентрации является никель, накапливающийся в нижних частях коры выветривания за счёт осаждения из фильтрующихся водных растров (обогащённых в верхних горизонтах коры довольно подвижным никелем).
При этом, вне зависимости от различий состава субстрата, существует определённая закономерность в подвижности элементов (следовательно, и последовательности их выноса из коры), позволившая выделить ряды миграции элементов в корах выветривания.
В строении развитых кор выветривания выделяются ряд горизонтов, состав которых соответствует разным последовательным стадиям выветривания субстата. В совокупности эти горизонты образуют профиль коры выветривания. Нижние горизонты, залегающие непосредственно на материнских породах, соответствуют обломочной стадии, вверх степень выветренности повышается.
Например, кора выветривания на гранитах имеет следующее строение профиля (снизу вверх):
1 - горизонт щебенчатой, или обломочной, коры выветривания, образованный дезинтегрированным в ходе физического выветривания гранитом;
2 - гидрослюдистый горизонт, в породах которого, представляющих собой слабосцементированную массу, прослеживается структура исходного граниты, но значительная часть щелочей и щелочноземельных элементов из минералов вынесена, и большая часть полевых шпатов замещена агрегатом тонкочешуйчатых гидрослюд;
3 - коалинитовый горизонт, представляющий собой светлую глинистую массу с отдельными участками рыхлого щебнистого материала и красно-бурые пятна от скопления гидрооксидов железа из этого горизонта полностью удалены все одно и двухвалентные катионы, гидрослюды здесь замещены коалинитом.
При выветривании горных пород иного состава горизонты профиля слагаются другими минералами. Каждый тип горных пород характеризуется своими особенностями состава и строения коры выветривания.
Первое, что приходит в голову, когда слышишь «выветривание» - ужасно сильный ветер, разрушающий все на своем пути. Думаю, что хоть это и не связано с ужасными ветрами, сила явления огромна, ведь она меняет облик нашей планеты до неузнаваемости. Что ж, попробую объяснить, что же это за сила.
Выветривание и его виды
Под этим термином подразумевается процесс, при котором под воздействием извне породы деградируют и разрушаются. Этот процесс не прекращается и приводит к глобальному изменению в очертаниях земной коры. Факторы, которые обуславливают это явление, достаточно разнообразны: от обычной воды до влияния атмосферы. Однако в большинстве случаев наблюдается совокупность ряда факторов, что в итоге приводит к истощению горной породы. Науке известны следующие разновидности выветривания:
- химическое;
- физическое;
- органическое.
Выветривание органическое
Причина - живые организмы. Например, корни способны дробить породу, а лишайники выделяют кислоты, тем самым, внося свою лепту. И крупные, и мелкие животные делают норы, например, некоторые птицы просто выдалбливают ниши для гнезд. Останки органики разлагаются, а это тоже сопровождается выделением кислот.
Химическое и физическое выветривание
При контакте с химическими элементами горные породы вступают в реакцию, что приводит к изменениям их структуры. Подобные процессы, в основном, характерны для экваториальных районов и тропических широт. Здесь сказывается воздействие дождевой воды, которая содержит химически активные вещества. Конечным результатом становится накопление в водоемах осадка, где формируются полезные ископаемые.
Что касается выветривания физического, то здесь главная роль отводится температуре, вернее, ее колебаниям. К примеру, нагревшись на солнце, скалы расширяются, хоть это и не видно невооруженным глазом, а с наступлением прохладной ночи происходит обратное.
В результате появляются практически неразличимые трещинки, в которые устремляется влага. В конце концов, она разрывает породу, как обычную бутылку с водой, оставленную на морозе.
