Жердің глобалдық динамикалық үдерістері

Жердің ішкі қ ойнауы мен Жер бетінде жү ретін барлық ү дерістер: ішкі – эндогендік (грекше endon – ішкі) жә не сыртқ ы – экзогендік (грек. ехо – сырт) болып екі ү лкен топқ а бө лінеді.

Эндогендік ү дерістер арқ ылы жер қ ойнауында физикалық -химиялық жә не физикалық -механикалық ө згерістер, соның нә тижесінде оның тасты жә не шө гінді қ абығ ының тұ ла бойын ө згертетін кү штер пайда болады. Эндогендік ү дерістердің ә серінен таулар тү зеледі, жер сілкіністері болады жә не вулкандар атқ ылайды, мұ хиттар мен қ ұ рылық тардың пішіні ө згереді.

Экзогендік ү дерістерге байланысты жердің қ атты қ абаты жылу, су, мұ здық тар, жел ә серлерінен ө згеріп денудацияғ а (лат. denutatio – ашылу, бұ зылу, кө шу жә не ә ртү рлі тау жыныстарының аккумуляциясы – лат. accumulatio – жинақ талу) ұ шырайды.

Экзогендік ү дерістерді зерттейтін ғ ылымдарғ а: эрозиятану – жел, су ә серінен топырақ қ ұ рамының бұ зылуы туралы ғ ылым; гидрология – жерү сті сулары туралы ғ ылым; гляциология жә не криология – сулар мен мұ здардың геологиялық ә рекеттері туралы ғ ылымдар; лимнология – кө лдер мен саздардың, батпақ тардың геологиялық ә рекеттері туралы ғ ылым жатады.

Жердің қ озғ алмалы қ абаттары – атмосфера мен гидросфераның тү зілуі оның қ атты қ абатын қ ұ райтын тау жыныстарының бұ зылу ү дерістеріне ә келіп соқ ты. Мысалы, атмосферасы мен гидросферасы жоқ Ай бетінде тау жыныстары осындай дең гейде бұ зылмайды, аспан денелерінің қ ұ лауынан қ алғ ан кратерлер кө п уақ ытқ а дейін сақ талады.

Топырақ тү зілу ү дерістері экзогендік – жел, су, мұ здық тардың геологиялық ә рекеттерімен, яғ ни динамикалық геологияның маң ызды бө лімдерімен тығ ыз байланысты.

Экзогендік ү дерістер дегеніміз – тау жыныстары мен минералдардың денудациялық кү штер ә серінен – жылу, ауа, жел, су, мұ з жә не ауырлық кү ші ә серінен бұ зылу, тасымалдану жә не шө гу ү дерістері.

Тау жыныстары мен минералдардың бұ зылуы

Тау жыныстары мен минералдардың бұ зылуы дегеніміз тау жыныстары мен минералдарғ а температураның, ауаның, судың, оттегінің, кө мірқ ышқ ылының жә не ағ залардың биологиялық ә серінен болатын бұ зылу жә не ө згеру ү дерістері. Бұ зылуды: физикалық, химиялық жә не биологиялық деп ү ш типке бө леді.

Физикалық бұ зылу – тау жыныстары мен минералдар кристалдарының химиялық қ ұ рамы ө згерместен одан да кіші бө лшектерге бө лінуі. Физикалық бұ зылу барысында температураның маусымдық жә не жылдық айырмашылығ ының ү лкен маң ызы бар. Егер орта ендіктерде тә уліктік орташа температураның айырмашылығ ы жазда 10-15°-қ а тең болса, қ ыста 20-25, жыл бойы 40-50⁰. Шө лдерде температура айырмашылығ ы 70-80⁰-қ а дейін жетеді.

Қ ұ рлық бетінде тау жыныстарының сууы мен қ ызуы терең дегіге қ арағ анда ә лдеқ айда тез жү реді. Қ ызғ ан кезде тау жыныстары ұ лғ аяды, суығ анда кішірейеді, жә не бұ л тө менгі қ абатымен салыстырғ анда, ү стің гі қ абатында кө бірек болады, соның ә серінен вертикаль жә не горизонталь бағ ыттарда микросызаттар пайда болады. Бұ зылу ү дерісі сызаттарда судың конденсациялануы мен қ атуы кезінде ү дей тү седі. Бірнеше минералдардан тұ ратын массивтер, ә р минералдың сызық тық ұ лғ аю коэффициенті ә рқ алай болатындық тан, ажырай бастайды. Нә тижесінде тау жыныстарын кө птеген сызаттар басып, жарылып, уақ ыт ө те келе одан да ұ сақ бө лшектерге бө лінеді. Жер бетіндегі физикалық бұ зылу терең дікке қ арағ анда тезірек жү реді, сондық тан бұ л ү деріс алдымен тас қ абаттарында, содан кейін жеке тастарда байқ алады. Физикалық бұ зылу нә тижесінде су мен ауаны ө ткізе алатын, ал одан да қ атты бұ зылғ ан кезде суды бө гейтін қ асиетке ие болатын ә ртү рлі мө лшердегі бө лшектер пайда болады.

Ең бастысы, химиялық бұ зылу оттегінің, судың, кө мір қ ышқ ылының химиялық ә сер етуіне байланысты бұ зылатын жыныстардың жеке бө лшектерінің мө лшері мен химиялық қ ұ рамының ө згеруіне ә келетін ү деріс.

Жер қ ыртысында немесе қ ұ рылық тың беткі қ абаттарында тү зілетін барлық минералдардың кү рделілігі ә ртү рлі дең гейдегі химиялық қ осылыстардан тұ рады. Физикалық бұ зылу ү дерісі тау жыныстары мен минералдардың бө лшектенуіне ә келуімен қ атар, олардың су жә не ауамен беттесу аумағ ын ү лкейтеді. Беттесу аумағ ының ү лкеюі ө те тез жү реді.

Химиялық реакция жылдамдығ ы беттесу аумағ ына тура пропорционал ө сетіні белгілі. Сондық тан тау жыныстары мен минералдардың сумен, ауамен жә не кө мірқ ышылымен беттесу шекарасындағ ы химиялық реакциялардың беттесу аумағ ы неғ ұ рлым ү лкен болғ ан сайын, соғ ұ рлым тез жү реді.

Химиялық бұ зылу кезіндегі кең тарағ ан реакциялар – тотығ у, гидратация, дегидратация, гидролиз, еру жә не алмасу реакциялары. Тотығ у нә тижесінде оттегін қ осып алу ү дерісі жү реді.

Кө бінесе металдар, ә сіресе, темір тұ здары тотығ ады. Мысалы, пирит оттегімен жә не сумен ә рекеттескенде:

2FeS₂ + 70₂ + 2H₂O = 2FeSO₄;

пирит

12FeSO₄ + 6H2O = 30₂ = 4Fe₂ (SO₄)₃ + 4Fe(OH)₃

2Fe(SO₄)₃ + 9H₂0 = 2Fe₂ О₃ 3H₂0+6H₂SO₄– лимонит сияқ ты ө згеріске ұ шырайды.

Реакция нә тижесінде лимонит пен кү кірт қ ышқ ылы тү зіледі.

Гидратация – судың ә рекеттесуі арқ ылы жү ретін реакция. Мысалы, темір тотығ ы – гематит (қ ызыл темір рудасы) сумен ә рекеттескенде гидрототық немесе лимонит тү зеді. Дегидратация – керісінше, қ ұ рғ ақ жағ дайда жү ретін ү деріс.

Гидролиз – табиғ атта алюмосиликаттар мен кө мір қ ышқ ылының ө зара ә ркеттесуі барысында жү ретін реакция, сол реакция кезінде минералдан Са₂+, Mg₂+ немесе К+ катиондары ығ ыстырылып, олардың орнын сутегі басады.

Жер қ ыртысында ең кө п тарағ андары дала шпаттары, олар орта ендіктерде су жә не кө мір қ ышқ ылымен ә рекеттесіп, каолинитке айналады, ол реакция:

K₂О•Al₂О₃-6SiО₂+2HОH=H₂О•Al₂О₃•6SiО₂+2KOH.

ортоклаз

Судың диссоциацияланғ ан бө лігі ортоклазбен ә рекеттеседі, ондағ ы калий ығ ыстырылады, оның орнын сутегі басып, КОН сілтісі тү зіледі. Су ерітіндісінде тү зілген сілті кремнеземнің біраз бө лігін ерітеді, содан кейін:

H₂О•Al₂О₃•SiО₂+2KOH+nH₂ О =

=H₂О•Al₂О₃•SiО₂+ 4SiО₂•nH₂О+2K₂CO₃ + H₂О, кө мір қ ышқ ылымен ә рекеттеседі.

Реакция нә тижесінде каолин, кремнезем жә не кө мірқ ышқ ылды калийдің судағ ы ерітінділері тү зіледі. Каолин – мө лшері 0, 001 мм-ден кіші ұ сақ қ абыршақ тардан қ ұ ралғ ан, суды сің іру жә не сің ірілген жағ дайдағ ы К+, Са₂+, Мg₂+ жә не Н+ катиондарын жібермеу қ асиетіне ие, ақ тү сті балшық. Ыстық климат жағ дайында, одан ә рі бұ зылу барысында каолин темірдің гидрототығ ына, алюминийге жә не суда еритін кремний қ ышқ ылына ыдырайды. Кремнезем судың азғ антай концентрациясында шаң дардың фракциясын тү зе отырып шө геді, ал К₂СО₃ ерітіндісі суда К+ жә не СО₃^2--ке диссоцияланады, сонымен қ атар К+ біразы шайылады (КСО₃ формасында), біразы каолинге сің іріледі. Су мен кө мірқ ышқ ылының басқ а алюмосиликатты минералдарымен ә рекеттесуі барысында Са₂+, Mg₂+, K+, Na+ жә не басқ а катиондар босайды.

Химиялық бұ зылуғ а ұ шырайтын минералдар алғ ашқ ы минералдар деп аталады. Оларғ а жай тұ здармен қ атар магмалық минералдардың негізгі бө лігі: кварц, дала шпаттары, мү йізді алдамшы жә не т.б. жатады.

Екіншілік минералдар – алғ ашқ ы минералдардың одан ә рі химиялық бұ зылуының ө німі. Олар жай жә не кү рделі қ осылыстар тү рінде болады.

Екіншілік балшық ты минералдар – каолинит, монтмориллонит, гидрослюдалардың маң ызы зор. Бұ лар кө бінесе, мө лшері 0, 001 мм-ге жуық жә не теріс зарядты, ө те ұ сақ, жалпақ кристалды балшық тар. Бө лшектер мө лшерлерінің кішкентай болуы жабысқ ақ тық, қ оймалжың дық, ісінгіштік жә не алмасу реакциясына икемділік қ асиеттерінің туындауына себеп болады.

Химиялық бұ зылу кезінде бір мезгілде суда еритін қ осылыстар жә не кө бінесе кө мірқ ышқ ыл тұ здары К₂СО₃, СаСО₃, МgСО₃ тү зіледі. NaCl, MgCl₂, т.б. минералдар суда еру арқ ылы алмасу реакциясына тү сіп, екіншілік суда еритін минералдарды тү зеді. Сондық тан кальцит, гипс, сода, галит сияқ ты минералдар алғ ашқ ы да, екіншілік те болуы мү мкін.

Ең кө п тарағ ан екіншілік минералдарғ а жай тұ здардың минералдары– кальцит, магнезит, галит, гипс, сода, тотық тар мен гидрототық тар минералдары – аморфты кремнезем (SiО₂•nH₂О), алюминийдің гидрототығ ы (Al₂О₃•nH₂О), темірлер (Fe₂О₃• n H₂О) – лимонит, гетит; марганецтің гидрототығ ы (Mg₂О₃•nH₂О) – пиролюзит, псиломелан; екіншілік балшық ты минералдар – каолин, галлуазит, монтмориллонит, гидрослюдид (иллит) жатады.

Биологиялық бұ зылу тау жыныстарының, ағ залардың, олардың тіршілік ө німдерінің жә не органикалық ө німдерінің ыдырауы ә серінен болатын ө згеру ү дерісі.

Физикалық жә не химиялық бұ зылу кезінде барлық жай тұ здар сумен шайылады да, алдымен ө зенге, одан кейін тең із жә не мұ хитқ а ағ ып кетеді. Биологиялық бұ зылу кезінде ө сімдіктер мен микроағ залар суда еритін тұ здардың кей бө лігін таң дамалы тү рде сің іреді де, оларды органикалық заттар тү рінде бекітіп отырады. Бұ зылу ө німдерінде бірінші болып, осы жағ дайғ а бейімделген микроағ залар, қ ыналар жә не мү ктер, одан кейін – жоғ ары сатыдағ ы ө сімдіктер орналасады.

Тау жыныстарының бұ зылуы қ ышқ ыл немесе сілті реакциялы ферменттер, органикалық қ ышқ ылдар мен негіздер ә серінен болады. Кейбір силикатты бактериялар шырышты тү зілістер бө ле отырып, дала шпаттарын бұ зады. Нитраттаушы бактериялар азот қ ышқ ылын, кү кіртті бактериялар – кү кіртті бө ліп шығ аруғ а бейімделген. Диатомды балдырлар ө з денесінің қ аң қ асын тү зу ү шін алюмосиликаттардан кремнеземді сің іріп алады. Қ ыналар тау жыныстарына кү шті органикалық қ ышқ ылдар арқ ылы ә сер етеді. Ағ аштар мен бұ талардың тамырларының ө суі кезінде, олар тау жыныстарына сына тә різді физикалық ә сер етеді. Ө сімдік қ алдық тарының ыдырауы кезінде біраз мө лшерде қ ышқ ылдар мен тұ здар тү зіледі, олар да тау жыныстарымен ә ртү рлі реакцияғ а тү седі.

Сө йтіп, биологиялық бұ зылу кезінде, тау жыныстары мен минералдардың физикалық бұ зылуы мен бө лшектенуі, олардың биохимиялық ыдырауы болады. Нә тижесіне екіншілік минералдар мен кешенді – органикалық қ осылыстар тү зіледі, олардың кө п бө лігі топырақ тардың беткі қ абаттарында бекиді. Тү птеп келгенде биологиялық бұ зылу топырақ тү зілу ү дерістеріне жатады.

Ө сімдіктер бірнеше миллиард жылдар ішінде, біртіндеп, аммиак, метан, кү кіртсутек қ осылыстары басым болғ ан атмосфераның қ ұ рамын Жер шарының қ азіргі кездегі азоты, оттегісі, суы жә не кө мір қ ышқ ылы басым ауа қ абатына айналдырды. Алдында жү ріп ө ткен тотық сыздану ү дерістері жаң а минералдар пайда болатын тотығ у, гидролиз, гидратация ү дерістеріне ауысты. Ө сімдіктердің Жер бетіне тегіс таралуы нә тижесінде аса ү лкен бұ зылу жұ мыстарын атқ аратын ауа жә не су ағ ымдарының геологиялық ә рекеті қ ысқ арды. Ө сімдіктер мен микробтар химиялық заттарды сініріп ө здері ө лгеннен кейін топырақ қ а тү сіп шіріп, ыдырап қ айта тірі организмге тү скенін биологиялық айналым деп атайды.

Биологиялық айналым дегеніміз – тіршілікте ү здіксіз жү ріп жататын биологиялық қ ұ былыстардың кең істікте белгілі бір тә ртіппен қ айталануы. Табиғ атта болатын биологиялық айналымның сұ лбасын былай кө рсетуге болады:

– продуценттер (фотосинтез барысында ө нім шығ арушылар –ө сімдіктер) Кү ннің жарық энергиясын сің іруінің нә тижесінде органикалық заттарды (бастапқ ы ө німді) тү зеді. Ол заттар негізгі тіршілік тірегі болып саналады;

– консументтер (пайдаланушылар – жануарлар) дайын органикалық заттарды пайдаланып, оларды бір тү рден екінші тү рге айналдырады да, Жер бетінде тіршіліктің дамуына жә не олардың ұ рпақ тарының ү немі алмасып отыруына жағ дай жасайды;

– редуценттер (ыдыратушылар – микроорганизмдер) органикалық заттарды минералды заттарғ а ыдыратады, соның нә тижесінде табиғ атта қ ажетсіз қ алдық тардың жиналуына жол бермейді.

Биологиялық айналым нә тижесінде табиғ аттағ ы тіршіліктің дамуына қ ажетті элементтер топырақ тан, ауадан жә не судан тірі организмдерге таралады жә не қ айтадан топырақ қ а, ауағ а, суғ а оралады.

Ө сімдіктердің дамуы мен таралуына қ арай (бактериялар – тө менгі сатыдағ ы ө сімдіктер – жоғ арғ ы сатыдағ ы ө сімдіктер) олардың тау жыныстарымен арақ атынасы кү шейе тү сіп, біртіндеп, бұ рын болмағ ан жаң а ү деріс – топырақ тү зілу ү дерісі туындады. Ө сімдіктердің сумен, тау жыныстарымен, жә не атмосферамен арақ атынастары тірі ағ заларғ а бай биосфераның – Жердің жаң а қ абатының қ алыптасуына алып келді.

Қ ұ рлық бетіне жылу мен жарық тың ә рқ илы тү суі, тау сілемдері, мұ хиттар мен тең іздердің орналасу жағ дайына байланысты ө сімдіктердің топтары мен тү рлерінің зоналар бойынша таралуының алғ ышарты пайда болды. Жер бетінің салыстырмалы шектеулі азғ ана бө лігінің ө зінде, мұ здық тар шө гінділерінен тү зілген қ ыраттар мен жоталардағ ы қ ылқ ан жапырақ ты жә не жапырақ ты ормандар біртіндеп, мұ здық тар суларының шө гінділерінен тү зіліп жиналғ ан қ ұ мдауыт жазық тарда ө сетін ормандарғ а, олар – баяу ағ атын ө зендердің жағ аларындағ ы шалғ ындар мен саздарда ө сетін ө сімдіктерге ауысты. Дегенмен, қ айда болсын ө сімдіктердің, жануарлардың жә не микроағ залардың ә серінен тү зілетін ерекше дене – тірі жә не ө лі табиғ атты біріктіретін, сонымен қ атар ө зіндік ерекшеліктері мен қ асиеттерін сақ тайтын, биологиялық жә не геологиялық ү дерістер нә тижесінде пайда болатын – топырақ қ алыптасады.