Процессы выветривания

Выветривание - изменение и разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли или вблизи неё без переноса продуктов выветривания.

Главными факторами этих процессов являются газы атмосферы и вода, а также избыток кислорода и углекислый газ. Идет растворение, переотложение вещества горных пород, выходящих на земную поверхность. Совершенно иные термодинамические условия приводят к тому, что глубинные минералы, попадая на поверхность, будут здесь неустойчивы. Устойчивость главных породообразующих минералов к выветриванию различна. Среди минералов реакционного ряда Боуэна наиболее устойчив в поверхностных условиях кварц, наимеее - оливин. Основные плагиоклазы гораздо легче подвергаются выветриванию по сравнению с кислыми плагиоклазами. Соответственно этому ультраосновные и основные породы в большей степени подвержены выветриванию, чем граниты. На поверхности устойчивы многие минералы метаморфических толщ, а также кислородсодержащие минералы. Сульфиды, напротив, неустойчивы в коре выветривания, они легко разлагаются и образуют многочисленные вторичные минералы. При этом происходит вынос растворимых солей К, Na, Ca и Mg и накопление труднорастворимых продуктов: Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂. Растворимые продукты выносятся из зоны выветривания и могут переноситься на значительные расстояния.

Химическая активность природных вод зависит от содержания O^2-, СО₂, NО^з-, SО₄^2-, гуминовых кислот, NН4+, галогенидов, поступающих из атмосферы, из выветриваюцихся пород, из разлагающихся организмов или из вулканических эманаций.

Химическое выветривание включает:

· гидратацию минералов: Fe₂O₃ + nН₂0 => Fe₂О₃*nН₂О => FeOOH (гематит => гидрогематит => гетит)

· гидролиз и растворение: К[AlSi₃O₈] + H₂O + CO₂ => Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈ + K₂CO₃ + SiO₂ (калиевый полевой шпат => каолинит)

· окисление (при наличии свободного кислорода): Fe²⁺ => Fe³⁺

· восстановление (при наличии захороненного органического вещества и деятельности микроорганизмов в почвенных горизонтах и некоторых водоемах); Fe₂O₃*nH₂O + С_орг. => Fе[СО₃] (гидроксиды железа => сидерит);

· карбонатизация: 4Mg₂[SiO₄] + 4H₂O +2CO₂ => Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈ + 2Mg[CO₃] (оливин => серпентин + магнезит фарфоровидный).

В процессе выветривания устойчивые и частично разрушенные минералы накапливаются в континентальных областях, образуя:

· элювиальные месторождения - скопления минералов на месте разрушения;

· аллювиальные месторождения, возникающие при переносе реками и потоками разрушенных минералов с последующей концентрацией вещества.

Многие минералы, обладающие высоким удельным весом и устойчивые к разрушению при

процессах выветривания могут механически обогащаться при переносе и образовывать россыпи - промышленное скопление минералов в песках.

Труднорастворимые продукты выветривания остаются на месте разрушения и образуют различные коры выветривания. Главнейшим типом из них является латеритный тип. Латеритное выветривание происходит в жарком и влажном климате при чередовании засушливых и дождливых сезонов. Кремнезем здесь почти полностью выносится, а латериты обогащаются глиноземом. Возникает полиминеральная смесь из диаспора, гиббсита и гидроксидов железа, называемая бокситами и являющаяся рудой на алюминий. Латериты имеют красный цвет ("латер" - лат. кирпич), если содержат в достаточном количестве гидроксиды железа. Латериты могут возникать при выветривании как кислых, так и основных и ультраосновных пород.

Своеобразные коры выветривания возникают на рудных сульфидных месторождениях - зоны окисления рудных месторождений. Сульфиды легко разрушаются и переходят в многочисленные сульфаты, оксиды, карбонаты, фосфаты и другие соединения. Общая схема процесса следующая:

FeS₂ => FeSO₄ => Fe₂[SO₄]₃ => Fe(OH)₃ => Fe₂O₃*nH₂O.

Самая верхняя выщелоченная зона носит название "железной шляпы" благодаря тому, что бурые оксиды и гидроксиды железа концентрируются в этой зоне. Возникающие сульфаты легко растворимы, и, просачиваясь в нижнюю часть зоны окисления, участвуют в образовании новых минералов:

2CuSO₄ + 2CaCO₃ + 5H₂O => Cu₂[CO₃](OH)₂ + 2Ca[SO₄]*2H2O + CO₂ (халькопирит =>малахит + гипс).

Ниже уровня грунтовых вод находится зона цементации или зона вторичного сульфидного обогащения. Сульфаты реагируют здесь с первичными рудами, в результате чего образуются вторичные сульфиды:

FeS₂ + CuSO₄ + H₂O => Cu₂S + CuS + FeSO₄ + H₂SO₄ (пирит => халькозин + ковеллин).