Химическое выветривание.




ФОРМЫРЕЛЬЕФА И ОТЛОЖЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ВЫВЕТРИВАНИЕМ

Физическое выветривание

Химическое выветривание

Элювий

Органическое выветривание

Почвы

 

Одним из важнейших экзогенных процессов является выветривание — процесс механического разрушения и химического пре­образования горных пород под влиянием агентов выветривания в термодинамической и физико-химической обстановке земной поверхности. Агентами выветривания являются — солнечная инсоляция, составные части атмосферы, вода, кислоты, растительные и животные организмы. Различают физическое, химическое и органическое выветривание, которые обычно действуют совместно с преобладанием определенной группы факторов в зависимости от климатической обстановки.

В результате процессов выветривания образуется особый генетический тип континентальных отложений — элювий и связанные с ним элювиальные месторождения (бокситы, никель, хром, марганец, железные шляпы, элювиальные россыпи), а также различного типа почвы.

Физическое выветривание.

Начальным этапом любого экзогенного процесса является подготовка горной породы к дезинтеграции, измельчению. Совокупность процессов, осуществляющих дезинтеграцию горных пород, называют выветриванием.

В зависимости от факторов, воздействующих на горные породы, и результатов воздействия процессы выветривания подразделяются на два типа — физическое и химическое выветривание. Оба типа выветривания тесно связаны друг с другом, действуют совместно, и только интенсивность проявления каждого из них, обусловленная целым рядом факторов (климатом, составом пород, рельефом и т. д.), в разных местах неодинакова.

Иногда выделяют еще один тип выветривания — органогенное, связанное с воздействием на горные породы растительных и животных организмов. Однако выделять органогенное выветривание в самостоятельный тип, по-видимому, нет необходимости, так как воздействие организмов на горные породы всегда можно свести к процессам физического или химического выветривания.

Физическим выветриваниемназывается дезинтеграция горной породы, не сопровождающаяся химическими изменениями ее состава. В зависимости от главного действующего фактора и характера разрушения горных пород физическое выветривание делят на температурное и механическое.

При физическом выветривании происходит растрескивание и дробление горной породы на обломки различного размера под влиянием различных физико-механических воздействий (рис. 37).

Рис. 37. Ленские столбы

 

Выделяют температурное, морозное и солевое выветривание. При температурном выветривании вследствие резкого суточного колебания температур происходит попеременное нагревание (расширение) и охлаждение (сжатие) пород, неравномерные на поверхности и внутри породы, что приводит к возникновению в ней напряжений, вследствие которых порода растрескивается и шелушится (десквамация). Температурное выветриваниепроисходит без участия внешнего механического воздействия и вызывается изменением температуры. Интенсивность температурного выветривания зависит от состава породы, ее строения (текстуры и структуры), а также от окраски, трещиноватости и ряда других факторов.

Активно этот процесс протекает в тонком приповерхностном слое, в который проникают суточные колебания температуры. Наиболее интенсивно разрушаются темноокрашенные породы (сильнее нагреваются), полиминеральные (из-за различного коэффициента объемного расширения минералов), крупнозернистые. Температурное выветривание протекает наиболее активно в условиях резко континентального климата в пустынях, а также в горах (более на крутых склонах южной экспозиции), где прогревание интенсивнее и быстрее удаляются продукты разрушения.

Большое значение при температурном выветривании имеют амплитуда и особенно скорость изменения температуры. Поэтому суточные колебания температуры при выветривании играют большее значение, нежели сезонные. Температурное выветривание наблюдается во всех климатических зонах, но наиболее интенсивно оно протекает в областях, характеризующихся резкими контрастами температур, сухостью воздуха, отсутствием или слабым развитием растительного покрова. Такими областями являются, прежде всего, тропические и внетропические пустыни. Интенсивно температурное выветривание протекает также на крутых склонах высоких гор.

Механическое выветривание происходит под воздействием таких факторов, как замерзание воды в трещинах и порах горных пород, кристаллизация солей при испарении воды. Как видно из сказанного, оно тесно связано с температурным выветриванием.

Особенно сильный и быстрый механический разрушитель горных пород — вода. При ее замерзании в трещинах и порах горных пород возникает огромное давление, в результате которого порода распадается на обломки. Это явление часто называют морозным выветриванием. Предпосылками морозного выветривания служат трещиноватость горных пород, наличие воды и соответствующие температурные условия.

Следует отметить, что интенсивность морозного выветривания определяется не амплитудой, а частотой колебания температуры около точки замерзания воды, т. е. около 0°. Вследствие этого наиболее интенсивно морозное выветривание происходит в полярных странах, а также в горных районах, преимущественно выше снеговой границы. При морозном выветривании, протекающем в условиях полярного климата, раздробление горных пород происходит вследствие механического воздействия увеличивающейся в объеме при замерзании в трещинах и порах горных пород воды. В жарком сухом климате пустынь происходит солевое выветривание, возникающее под действием кристаллов солей, растущих в трещинах и порах горных пород, куда соль попадает с водой, поднимающейся по капиллярам из более глубоких горизонтов и испаряющейся днем. Раздробляющее действие кристаллизующихся солей заметнее наблюдается в условиях жаркого, сухого климата. Здесь днем при сильном нагревании солнцем влага, находящаяся в капиллярных трещинах, подтягивается к поверхности, и соли, содержащиеся в ней, кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов трещины расширяются, что приводит в конечном счете к нарушению монолитности горных пород, к их разрушению.

Разрушению горных пород способствуют намокание и высыхание (этот фактор особенно важен для глин, суглинков, мергелей), а также физическое воздействие организмов (корней растений, землероев, камнеточцев).

В результате физического выветривания компактные породы распадаются на остроугольные обломки различной формы, величины, т. е. образуется материал, из которого формируются осадочные обломочные породы — глыбы, щебень, дресва.

По мере дробления горных пород интенсивность физического выветривания ослабевает и создаются все более благоприятные условия для химического выветривания. Механическое раздробление горных пород при физическом выветривании в большой степени способствует их химическому преобразованию (рис. 38).

Рис. 38. Продукты физического выветривания

Химическое выветривание.

Химическое выветриваниеесть результат взаимодействия горных пород наружной части литосферы с химически активными элементами атмосферы, гидросферы и биосферы. Сущность химического выветривания заключается в коренном изменении минералов и горных пород и образовании новых минералов и пород, отличных от первоначальных.

Химическое выветривание приводит к изменению первичного состава минералов и горных пород, к образованию новых вторичных соединений; оно связано с климатом и происходит под действием воды, свободного кислорода, углекислого газа и органических кислот. Интенсивнее химически выветриваются породы более пористые и трещиноватые. Главным фактором химического выветривания является вода, которая и сама активно воздействует на горные породы и является мощным катализатором, стимулирующим активность растворенных в ней кислорода, углекислого газа и органических веществ. Обеспечивая проникновение на глубину растворенных в ней агентов выветривания, вода вместе с тем выносит и частично переотлагает продукты химического выветривания. Скорость химического выветривания интенсивно возрастает во влажном и жарком климате, а в холодном (арктическом) и аридном климате — резко падает, ограничиваясь физическим выветриванием.

Изменение исходных минералов и горных пород, их разрушение и разрыхление (наблюдаемое, правда, не всегда) происходит в результате растворения, гидратации, окисления и гидролиза. Химическое выветривание наблюдается повсеместно. Однако наиболее интенсивно оно протекает в областях с влажным климатом и хорошо развитым растительным покровом. Интенсивность процесса резко возрастает с повышением температуры. Поэтому химическое выветривание достигает максимальной интенсивности в зоне влажных тропических лесов. Оно резко замедляется в полярных областях, где средняя температура года ниже 0°. Ослаблено химическое выветривание в аридных тропических и субтропических областях вследствие малого количества осадков и на крутых склонах гор из-за быстрого удаления продуктов выветривания.

В результате химического выветривания образуются растворимые и тонкодисперсные продукты выветривания, обладающие повышенной миграционной способностью.

Основные реакции, протекающие при химическом выветривании, это — окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление выражается переходом закисных низковалентных соединений в окисные высоковалентные, например, переход магнетита в гематит, пирита в лимонит. В последнем случае происходит не только окисление, но и гидратация (поглощение кристаллизационной воды). Примером гидратации является также переход гематита в лимонит, ангидрита в гипс. Растворение и гидролиз происходят под действием воды и углекислоты. Наиболее легко растворимы хлориды (NaCl, KC1 и др.), затем сульфаты (гипс) и карбонаты (известняки, доломиты мергели). При гидролизе силикатов и алюмосиликатов происходит разложение минералов с разрушением и перестройкой их кристаллических решеток. При этом образуются новые глинистые минералы. Продуктами выветривания основных и ультраосновных пород являются монтмориллонит, нонтронит и бейделлит; при выветривании кислых пород, содержащих полевые шпаты и слюды, образуются гидрослюды и каолинит.

5.3. Элювий.

В результате сложного и многообразного процесса, который Е. В. Шанцер назвал элювиальным процессом, формируется кора выветривания (рис. 39).

Рис. 39. Коры выветривания

Продукты выветривания в одних случаях могут быстро удаляться с поверхности породы по мере их образования, в других — накапливаться на поверхности, в-третьих — уже накопившиеся продукты выветривания могут быть удалены на последующей стадии развития территории.

Оставшиеся на месте своего образования продукты выветривания различных горных пород образуют элювий. Наиболее общим признаком элювия является тесная связь состава (химического, а иногда и минералогического) с подстилающими материнскими горными породами. В элювии отсутствуют принесенные извне минеральные примеси, посторонние обломки. Присутствующие обломки не окатаны, не сортированы; слоистость не характерна для элювия; в химически преобразованном элювии может сохраниться слоистость исходной породы (реликтовая слоистость) или наблюдаться ложная слоистость (зональное строение элювия).

Совокупность остаточных (несмещенных) продуктов выветривания называют корой выветривания. Существует целый ряд классификаций коры выветривания. Большинство авторов выделяют следующие типы кор:

а) обломочная, состоящая из химически неизмененных или слабо измененных обломков исходной породы б) гидрослюдистая кора, характеризующаяся слабыми химическими изменениями коренной породы, но уже содержащая глинистые минералы — гидрослюды, образующиеся за счет изменений полевых шпатов и слюд;

в) монтмориллонитовая кора, отличающаяся глубокими химическими изменениями первичных минералов; главный глинистый минерал — монтмориллонит; г) каолинитовая кора; д) красноземная и

е) латеритная. Последние два типа коры представляют собой результат длительного и интенсивного выветривания с полным изменением первичного состава исходных пород.

Каждый из выделенных выше типов кор выветривания имеет зональный характер. Обломочные коры преобладают в полярных и высокогорных областях, а также в каменистых пустынях низких широт. Гидрослюдистые коры характерны для холодных и умеренных областей с вечной мерзлотой. Монтмориллонитовая кора образуется в степных и полупустынных областях, каолинитовая и краcноземная наиболее характерны для субтропиков и, наконец, латеритная кора формируется при наиболее активном химическом выветривании в условиях жаркого и влажного экваториальном климата.

В некоторых случаях в процессе выветривания происходит не разрыхление, а цементация рыхлых пород. Так, в условиях жаркого и сухого климата наблюдается цементация рыхлых поверхностных образований углекислой известью, гипсом или поваренной солью. В областях с несколько большим количеством осадков прeобладает известковый цемент, с увеличением аридности климата углекислая известь заменяется гипсом. Мощность известково-гипсовых кор достигает 2 м.

Еще более мощные коры образуются в условиях тропического климата с четко выраженными сухим и влажным сезонами года. Здесь коры образуются за счет цементации окислами железа, реже — алюминия. Подобные коры выполняют роль бронирующего пласта, предохраняя нижележащие рыхлые образования от эрозии и дефляции. В ряде случаев наличие мощных железистых кор способствует формированию инверсионных форм рельефа.

При активном воздействии подземных вод и огромной (миллионы лет) длительности элювиального процесса мощность коры выветривания достигает десятков, а местами (вдоль глубоких трещин) даже сотен метров. Возникает собственно кора выветривания — закономерно построенный элювиальный профиль, длительно развивающийся на исходных породах путем гипергенного преобразования их вещества. Необходимым условием образования мощных кор выветривания является длительное существование влажного и жаркого климата и стабильности земной коры с очень слабыми поднятиями. Такие условия существовали в позднем триа­се и ранней юре в Центральном Казахстане и на Южном Урале.

В зависимости от климатической обстановки элювиальный процесс протекает по-разному, в связи с чем образуются различные типы коры выветривания.

1. В областях полярного и нивального климата господствует морозное выветривание. Образуется обломочный криогенный элювий, подробнее рассматриваемый ниже в связи с мерзлотными процессами.

2. В условиях аридного (сухого) климата пустынь, где из-за недостатка воды миграция активных веществ очень ограничена, элювиальный покров формируется в основном вследствие физи­ческого выветривания. Представлен элювий обломочным материалом из глыб, щебня и дресвы разрушенных материнских пород. Химическое выветривание проявляется локально, в виде корок пустынного загара, гипсовых корок и солончаков.

3. В полузасушливых (семиаридных) областях физическое выветривание может привести к образованию пылеватых частиц, возникает кора выветривания, обогащенная карбонатами. Обра­зовавшиеся здесь карбонаты и другие соли остаются в коре не выщелоченными из-за недостатка воды. Мощность коры выветривания небольшая, окраска светлая, желтовато-серая.

4. В областях с гумидным (влажным) и теплым климатом кора выветривания достигает полного развития. Происходит интенсивный вынос подвижных продуктов выветривания, способствующий гидролизу силикатов, превращению их в глинистые минералы с выщелачиванием оснований и установлением кислой реакции среды (кислый сиаллитный элювий). Возникший при выветривании богатых алюмосиликатами магматических и метаморфических пород (гранитов, гнейсов и др.) каолинит может образовать месторождения каолина.

5. В условиях жаркого и влажного климата происходит дальнейшее разложение и достаточно устойчивых алюмосиликатов на гидраты окиси алюминия и железа, которые образуют латеритную кору выветривания (аллитный элювий). Образовавшиеся при этом бокситы могут достигать промышленных скоплений. Кора выветривания здесь окрашена в яркие красные и оранжевые тона (рис. 40).

Рис 40. Мощные красноцветные ферраллитные коры типичны для влажных субтропиков и тропиков

 

Элювий областей влажного климата представлен преобладающе остаточными глинами. Вследствие того что процессы химического, выветривания начинаются, и быстрее всего протекают в поверхностной части земной коры„ а с глубиной замедляются и ослабевают, наблюдается вертикальная зональность сложного элювиального профиля мощных кор выветривания тропиков и субтропиков. Верхние горизонты коры выветривания обычно представлены более глубоко измененными разностями элювия, а ниже располагаются все менее измененные элювиальные образования, часто сохраняющие структуру и текстуру материнских пород (рис. 41).

Рис. 41. Схема образования коры выветривания в условиях различных ландшафтных зон на тектонически малоподвижных площадях. 1 — материнская порода; 2 — зона дресвы химически малоизмененной; 3 — гидрослюдисто-монтмориллонитово-бейделлитовая зона; 4 — каолинитовая зона; 5 — охры А12О3; 6 — панцирь Fe2O3 - А12О3; 7— годовое испарение; 8 — средняя годовая температура; 9 — средняя годовая сумма атмосферных осадков; 10 — годовой отпад органического (растительного) вещества

 

На состав элювиальных образований, мощность и сохранность коры выветривания влияет, кроме климата и состава исходной породы, рельеф местности и интенсивность вертикальных восходящих тектонических движений и положение уровня грунтовых вод. В малоподвижных платформенных областях на выровненных водоразделах и плато, где ослаблены процессы денудации, элювиальный покров достаточно широко развит и хорошо сохраняется. В областях новейшего горообразования, отличающихся активными тектоническими поднятиями и активными денудационными процессами, за которыми не успевают процессы химического выветривания, не образуется мощной коры выветривания с полным элювиальным профилем.

Породы, отличающиеся составом, структурой, текстурой, трещиноватостью, растворимостью и т. п., по-разному подвергаются процессам выветривания (избирательное или селективное выветривание), в результате которого создаются различные формы выветривания. При выветривании часто препарируется и лучше проявляется трещиноватость пород, подчеркивающая, например, столбчатую или шаровую отдельность базальтов, матрацевидную гранитов и т. д. В сочетании с эоловой или водной обработкой создаются формы микрорельефа — ниши, карнизы, соты, ячеи и т. п.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: