Выветривание

Выветривание – процессы разрушения горных пород на земной поверхности под действием лучистой энергии Солнца, колебаний температу­ры воздуха, замерзающей в пустотах горных пород воды, кис­лорода, углекислоты, а также живых организмов.

Различают физическое, химическое и биологи­ческое выветривание.

В природе все указанные типы выветрива­ния проявляются одновременно.

Физическое выветривание. При данном типе выветривания горные породы раздробляются без изменения химического со­става.

Примеры:

♦ под действием изменяющейся температуры воздуха и прямого солнечного нагревания;

Минералы и горные породы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. В результате периодически сменяю­щихся сжатий и расширений сцепление между их минеральными зернами ослабевает и тем больше, чем крупнее зерна.

Темные минералы нагреваются сильнее, чем светлые. В горной породе, состоящей из зерен различной окраски (скажем, в граните), сцепление между зернами ослабевает быстрее, чем в породе, со­стоящей из зерен одного цвета. Это объясняется тем, что зерна различного цвета и состава характеризуются различными объем­ными коэффициентами расширения.

Поэтому после длительного воздействия ко­леблющейся температуры вза­имное сцепление минеральных зерен породы нарушается, и она распа­дается на отдельные остро­угольные обломки.

Поскольку дневное тепло и ночная прохла­да не сразу, а постепенно про­никают в глубь горной породы, расширение и сжатие ее объема проявляются в большей мере на поверхности породы, и она шелушится.

Разрушению горных пород под действием сменяющихся тепла и холода способствует вода:

- во время ливневых дождей в пустынях сильно нагретые горные породы быстро охлаждаются и растрескиваются;

- при отрицательной температуре воздуха вода, замерзающая в трещинах и мелких пустотах горных пород, оказывает на их стенки давление до 200 МПа.

♦ механическая работа по разрушению горных пород различными роющими животными, в частности грызунами и корневой системой кустарников и деревьев;

♦ измельчение и разрушение горных пород че­ловеком (извлечение из недр Земли полезных ископаемых, сельское хозяйство).

Химическое выветривание. Представляет собой разрушение горных пород, сопровождающееся изменением их химического состава.

Разлагать любые горные породы способны:

- свободный кислород;

- углекислота;

- органически­е кислоты;

- ионы водорода.

Примеры:

♦ Интенсивному развитию химического выветривания способствует, прежде всего, усиленная диссоциация воды.

С действием влаги, обогащенной газами и органическими кис­лотами, связаны не только процессы растворения, но и гидро­лиз, окисление, восстановление, гидратация и другие более слож­ные процессы.

♦ При гидролизе происходит химическое разложение минера­лов и удаление отдельных элементов из их состава.

Рассмотрим процесс гидролиза на примере каолинизации алюмосиликатов. Каолинизацию орто­клаза при действии на него влаги воздуха и углекислоты схема­тически можно представить так:

К[AlSi₃O₈] + nН₂О + СО₂ = К₂СО₃ + 2H₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 2SiO₂ + SiO₂ ∙ nН₂О

ортоклаз поташ каолинит опал

Хорошо растворимый поташ уносит водный раствор. Выно­сится из породы в виде коллоидного раствора и водный кремне­зем (SiO₂ ∙ nН₂О). (Он отлагается на новом месте в виде опала.) В климатических условиях умеренного пояса на месте разруше­ния ортоклаза остается лишь нерастворимый в воде каолинит (2H₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 2SiO₂).

♦ Процессы окисления особенно интенсивно протекают в мине­ралах и горных породах, содержащих закисное железо (FeO).

Так, в результате окисления и последующего гидролиза пирита образуется серная кислота.

♦ В тех случаях, когда по каким-либо причинам имеется недостаток свободного кислорода, развивается обратный окислению процесс восстановления, заключающийся в частичной или полной потере веществом содержащегося в нем химически связанного кислорода.

Например, в условиях болотной среды в результате недостатка кислорода окисные соединения железа переходят в закисные (FeO).

♦ Процессы гидратации заключаются во взаимодействии безводных соединений с водой. Гидратация обычно сопровождается увеличе­нием объема минерала или горной породы на 25%.

Например, при взаимодействии ангидрита с водой образуется более устойчивый гипс.

Биологическое выветривание. Интенсивность химического выветривания резко повышают находящиеся в верхних слоях зем­ной коры и на ее поверхности живые организмы.

Примеры:

♦ Растения не только способствуют разрыхлению горных пород, но и усваива­ют многие элементы питания, входящие в них. В дальнейшем под воздействием различных органических кислот начинается процесс химического разложения этих элементов.

♦ Нередко раз­рушительную работу в горных породах производят самые низко­организованные представители органического мира — бактерии. Они подготавливают основу для появления микрофлоры (гриб­ков), лишайников и мхов.

♦ Различные землерои (дождевые чер­ви, муравьи, термиты и др.), заглатывая рыхлые горные породы, пропуская их через кишечник и извлекая из них пищу, в зна­чительной степени изменяют химический состав этих пород.

В процессе выветривания возникают две основные группы продуктов:

1) подвижные, т.е. растворимые соединения, которые выносятся атмосферными водами в более глубокие слои земной коры или за пределы материнской породы;

2) остаточные, которые остаются на месте разрушения горной по­роды, так как являются устойчивыми для условий поверхност­ной зоны земной коры.

Остаточные продукты выветривания горных пород – элювий. Для элюви­альных отложений характерны рыхлость, отсутствие слоисто­сти и сортировки материала, постепенный переход к нижележа­щим материнским породам. В минеральном составе элювия пре­обладают наиболее устойчивые в зоне выветривания минералы — кварц, мусковит, ортоклаз и др.

Верхнюю часть земной коры, сложенную элювиальными про­дуктами выветривания, называют корой выветривания.

Нижней границейкорывыветривания принято считать уровень грунтовых вод. Выше этой границы условия для развития процессов вы­ветривания наиболее благоприятные: горные породы периодически смачиваются атмосферными осадками, в их порах и пусто­тах циркулирует воздух.

Образующиеся в процессе выветривания растворимые соеди­нения вместе с нерастворимыми частицами обычно вымываются поверхностными и грунтовыми водами в моря и океаны, где ча­стично или полностью осаждаются. Через продолжительный промежуток времени морские отложения в результате тех или иных геологических процессов становятся сушей и вновь подвер­гаются выветриванию. Такой совершающийся между сушей и океаном процесс обмена веществ называют большим геологиче­ским круговоротом. Он ведет к обеднению пород коры выветри­вания элементами зольного питания растений (Р, S, Ca, Mg, К и др.).

- выветривание: растворимые

соединения и нерастворимые частицы

- вымывание поверхностными

и грунтовыми водами

- осаждение в морях и океанах суша