Уильям Броуд Научная йога. Демистификация
На поверхности континентов горные породы попадают в обстановку, которая резко отличается от условий их образования.
Дневная поверхность характеризуется невысокими температурами и давлением - в сотни и тысячи раз меньшими, при которых возникают магматические и метаморфические породы. Давление и особенно температура на поверхности суши испытывают значительные колебания в течение суток и года. Мощным фактором воздействия является жидкая вода, содержащая химически активные соединения, живые организмы и продукты их жизнедеятельности, процессы почвообразования. Все это обусловливает неустойчивость минералов, возникших в иных условиях, и возникновение новых минералов.
Выветриваниемназывается сумма физических, химических и физико-химических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов на поверхности суши под влиянием факторов и условий географической среды (Добровольский, 2001). Иначе говоря, выветривание - это механическое разрушение и химическое изменение горных пород и их минералов. Наружные горизонты горных пород, где протекают процессы выветривания называются корой выветривания или зоной гипергенеза.
В зависимости от характера выветривания и причин разрушения горных пород различают физическое, химическое и биологическое выветривание.
Физическое выветривание протекает под воздействием колебаний температур, действием замерзающей воды, ветра и других факторов. В связи с тем, что горные породы состоят из различных минералов, разные части нород нагреваются неодинаково: одни из них нагреваются быстрее, другие медленнее, одни способны при нагревании расширяться больше, другие меньше. Поэтому массивная горная порода при нагревании солнцем начинает давать трещины, отдельные кристаллы начинают обособляться друг от друга, расшатываться, выпадать, образуя рыхлую раздробленную массу. Дальнейшее выветривание приводит к еще большему дроблению и измельчению каменистой массы. Таким путем горная порода может распадаться на очень мелкие частички.
В такой же степени процессу физического выветривания подвергаются и породы однородного минералогического состава. Большую роль в этом процессе играет малая теплопроводность горных пород. В связи с этим различные части горных пород под влиянием солнечных лучей разогреваются неравномерно: наружные слои нагреваются больше, внутренние меньше. При неравномерном же нагревании происходит и неравномерное расширение, а это неизбежно приводит к постепенному растрескиванию горной породы.
Химическое выветривание - это процессы химического изменения и разрушения горных пород и составляющих их минералов с образованием новых минералов и соединений.
Наиболее энергично химическому выветриванию подвергаются магматические породы, которые образовались в условиях высоких температур и давления при недостатке газообразного кислорода и воды. На земной поверхности эти породы попадают в совершенно иные термодинамические условия: низкие температуры и давление, большие количества кислорода и воды в жидкой форме, что делает породы химически неустойчивыми. Важнейшими факторами химического выветривания является вода, углекислый газ и кислород. Вода является энергичным растворителем горных пород и минералов. Разложение минералов водой значительно усиливается с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом. Последний придает воде кислую реакцию, что увеличивает разрушающее действие на минералы.
Большую роль в процессах химического выветривания играет кислород, который, проникая в горные породы на значительную глубину, обуславливает процессы окисления. При химическом выветривании различают ряд процессов, среди которых наиболее важными являются растворение, гидролиз, гидратация и окисление.
Процессы растворения горных пород водой и особенно водой, содержащей различные соединения, играют большую роль при выветривании некоторых осадочных пород, например известняков и гипсоносных пород. Растворимость кальцита при температуре 25° - 0,0145 г в литре воды, но в воде, содержащей углекислоту, растворимость его резко повышается вследствие перехода СаСО3 в значительно более растворимый бикарбонат:
СаСОз + СО2 + Н2О <-> Са(НСО3)2.
Основной формой химического выветривания является гидролиз, состоящий в замещении в кристаллической решетке алюмосиликатов ионов щелочей водородным ионом воды вследствие ее частичной диссоциации. Растворенная в воде СО2 повышает концентрацию водородного иона и усиливает гидролитическое действие. Примером может служить выветривание полевых шпатов - калиевый полевой шпат, или ортоклаз, - существенная составная часть гранита. Во влажном климате в присутствии углекислоты и достаточного количества воды он разлагается:
К2О Al2Oy6SiO2 + СО2 + 31ЬО = К2СО3 + Al2Oy2SiO2-2H2O + 4SiO2nll2O
Ортоклаз поташ каолинит
Хорошо растворимый в воде поташ уносится в водном растворе. Выносится в виде коллоидного раствора и водный кремнезем (SiO2'nH2O), который в дальнейшем переотлагается на новом месте в виде опала, цементирующего рыхлые породы или выполняющего полости в горных породах. На месте разрушения гранита, остается нерастворимый осадок - каолин (Al2O3-2SiO2'2H2O).
С деятельностью воды связана также гидратация, т.е. химический процесс присоединения воды к частицам минерала, например:
2Fe2O3 + ЗН2О = 2Fe2O33H2O
гематит лимонит
Окислительным процессам подвержены в первую очередь минералы, содержащие железо, серу, ванадий, марганец, никель, кобальт и другие, легко соединяющиеся с кислородом элементы.
Факторами окисления являются кислород воздуха и вода. В присутствии влаги закиси металлов, входящие в состав горных пород и минералов, легко переходят в окиси, сульфиды в сульфаты и т.д.
Процессы растворения, гидратации, окисления при выветривании всегда сопровождаются противоположными процессами - выпадения осадка, дегидратации, восстановления. При образовании осадков значительную роль играет углекислота, дающая с основаниями раствора карбонаты, например:
Са(ОН)2 + СО2 = СаСОз + Н2О
Этот процесс называется карбонитизацией.
Выпадение карбонатов может произойти также вследствие уменьшения содержания углекислоты в растворе, например при повышении температуры, при биологическом поглощении СО2 растениями. В результате бикарбонат переходит в карбонат:
Са(НСО3)2 «-> СаСОз + Н2О + О2
Всякое увеличение содержания СО2 в растворе вызывает повышение растворимости карбонатов, т.е. декарбонитизацию породы.
Перечисленные противоположные процессы самым разнообразным образом сочетаются друг с другом, давая сложное химическое выветривание. В результате химического выветривания горная порода превращается в пористое тело, обладающее капиллярными свойствами, влагоемкостью, поглотительной способностью и т.д.
Биологическое выветривание вызывается деятельностью растительных и животных организмов. Так, древесная растительность в районах выхода на дневную поверхность твердых каменистых пород действует на них, прежде всего механически, расклинивая корнями трещины. Растительный покров задерживает влагу на поверхности и тем самым увеличивает продолжительность действия ее на горные породы. В этом отношении растительность играет роль косвенного фактора в разрушении минералов и горных пород. В то же время корни всех растений выделяют различные органические кислоты, которые растворяют минеральные соединения, усиливая процесс их разрушения. При разложении растительных и животных остатков также выделяются органические кислоты, оказывающие аналогичное воздействие.
Значительную роль в биологическом выветривании играют всевозможные микроорганизмы, лишайники, роющие и копающие животные, дождевые черви, кроты, множественная группа почвенных беспозвоночных - моллюски, пауки, многоножки, жуки, клещи и прочие организмы. Все они прямо -путем выделения кислотных соединений или косвенно - путем усиления доступа углекислого газа и воды в поверхностные слои горной породы также участвуют в изменении и разрушении минеральных соединений и горных пород.
Таковы главные факторы, под влиянием которых происходят непрерывные процессы выветривания горных пород. Однако надо иметь в виду, что в чистом виде перечисленные формы выветривания в природе вряд ли присутствуют, их трудно, если не невозможно, отделить друг от друга, т.к. они протекают совместно.
Типы выветривания. Процессы выветривания зависят не только от характера и состава горных пород, но и от среды, в которой они протекают. Большое значение имеют концентрация и состав растворов, реакция среды (рН). окислительно-восстановительные условия и т.д. Процессы выветривания в
значительной степени обусловлены климатом. Интенсивность выветривания определяется, главным образом, температурой и количеством атмосферных осадков. В условиях засушливого климата растворимые продукты выветривания накапливаются, в условиях влажного климата - вымываются. По интенсивности процессов выветривания различают два основных типа - сиал-литный и аллитный.
Сиаллитный тип выветривания в условиях умеренного климата со средним количеством осадков, при котором образуются алюмосиликаты и ферро-силикаты.
Аллитный тип выветривания получает развитие в условиях влажного тропического климата, где интенсивно протекают процессы гидролиза и образование гидратов окисей кремния, железа и алюминия.
Заканчивая обзор процессов выветривания, подведем итоги. Под влиянием солнечной энергии, атмосферных факторов, жизнедеятельности организмов, выветривание непрерывно преобразует, разрушает верхнюю часть земной коры. Продукты разрушения в дальнейшем перемещаются водными потоками, ветром, льдом и становятся материалом для образования новых пород с качественными признаками, отличными от ранее существовавших.
Процессы выветривания горных пород и денудации тесно взаимосвязаны и взаимно способствуют друг другу. При накоплении коры выветривания значительной мощности процесс дальнейшего ее мог бы прекратиться, если бы не происходило сноса разрушенного материала.
Продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте их образования, носят название элювия, а продукты выветривания, которые под действием силы тяжести и дождевых потоков перемещаются вниз по склонам, накапливаясь в нижних частях склонов, называют делювием.
Различают древние коры выветривания, обычно погребенные под более молодыми отложениями и современные коры выветривания.
Уильям Броуд Научная йога. Демистификация
«Научная йога. Демистификация / Уильям Броуд»: РИПОЛ классик; Москва; 2013
ISBN 978-5-386-05831-9
Дата добавления: 2014-12-10; просмотров: 1233;