Вивітрювання. Утворення кори вивітрювання та ґрунту.

Вивітрюванням називають сукупність процесів руйнування та глибокого перетворення поверхневих шарів гірських порід під дією змін температури, впливу кисню, вуглекислоти, органічних кислот, живих організмів. Матеріал, утворений під час вивітрювання, залишається безпосередньо на місці руйнування і утворює особливий тип відкладів, що формують на суші своєрідний комплекс подрібнених порід – кору вивітрювання, а також складають особливі форми й типи рельєфу.

Залежно від переважання тих чи інших факторів руйнування виділяють фізичне, хімічне та органогенне вивітрювання.

Фізичне вивітрювання – це руйнування гірської породи на уламки різних розмірів без зміни їх хімічного складу. При цьому розрізняють вивітрювання температурне й механічне. Температурне вивітрювання проявляється під дією різких змін температури (без участі зовнішніх механічних чинників). Особливе значення при цьому мають фізичні властивості породи (мінералогічний склад, структура, текстура, тріщинуватість) та інтенсивність температурних коливань (амплітуда й період коливань). Механічне вивітрювання полягає у руйнуванні породи механічною дією води, що замерзає у її тріщинах і порах (так зване “морозне вивітрювання”), кристалізацією солей і т.д. Внаслідок прояву процесів фізичного вивітрювання компактні гірські породи розпадаються на різноманітної форми та розмірів уламки, із яких утворюються уламкові осадові породи (щебінь, галька, жорства і т.д.). Процеси фізичного вивітрювання проявляються практично скрізь, але найвища інтенсивність їх прояву в областях із значними контрастами температур, значною сухістю повітря, відсутністю постійного рослинного покриву, що характерно для пустель, приполярних територій, крутосхилів гір. В Україні такі процеси проявляються у найвищій частині Карпат (масив Чорногора) і на крутосхилах Кримських гір.

Хімічне вивітрювання відбувається під впливом води і розчинених у ній кислот і газів. Воно проявляється у різних формах (розчинення, оксидація, гідратація, гідроліз і т.д.) і призводить до зміни хімічного складу мінеральної речовини, а отже – до руйнування корінної породи й утворення нового типу відкладів. Тому процеси хімічного вивітрювання, що характеризуються максимальним подрібненням материнських порід (утворенням пісків, супісків, суглинків, глин), проявляються в основному в областях із гумідним (достатньо вологим) кліматом, у т.ч. в поліській та лісостеповій частинах України.

Органогенне вивітрювання – це руйнування гірських порід за участю живих організмів, яке проявляється у двох формах – фізичній (діяльність землериїв, механічне руйнування порід корінням рослин тощо) і хімічній (виділення живими організмами продуктів життєдіяльності, амінокислот, засвоєння окремих елементів і т.д.).

Рельєфоутворююча роль процесів вивітрювання полягає як у створенні окремих морфоскульптурних форм земної поверхні (кам’яні стовпи, “кам’яний ліс”, “бруківка велетнів”), так і формуванні особливого типу континентальних відкладів – елювію (кори вивітрювання).

Основною властивістю кори вивітрювання є стаціонарність, тобто нагромадження на місці руйнування породи. Потужність елювію варіює в широких межах: від 0 (на ділянках, де продукти вивітрювання зносяться тими чи іншими зовнішніми агентами – водою, вітром, силами гравітації) до 100 м (в екваторіальній зоні). В межах кори вивітрювання можна помітити послідовне чергування наступних горизонтів (від поверхні): зона повного подрібнення порід, товща щебеню, брилова зона, тріщинна зона.

За складом і особливостями утворення елювію, виділяють декілька типів кори вивітрювання:

– уламкова (хімічно не змінені уламки корінної породи);

– гідрослюдиста (незначні хімічні зміни уламків корінної породи з появою глинистих мінералів – гідрослюд, що утворюються при хімічних перетвореннях польових шпатів, слюд та деяких інших поширених алюмосилікатів);

– монтморилонітова (глибокі хімічні перетворення первинних мінералів з утворенням головного глинистого матеріалу – монтморилоніту);

– каолінова (глибокі перетворення з утворенням каолінових глин);

– латеритна (тривале хімічне руйнування породи з повною зміною її первинного складу).

Кожен із типів кори вивітрювання має чітко виражену зональність. Так, уламковий елювій переважає у полярних областях та у високогір’ї; гідрослюдиста кора формується у холодних та помірних областях; монтморилонітова – у степах та напівпустелях; каолінова – у субтропіках; латеритна кора утворюється майже виключно у вологих та жарких умовах екваторіального клімату. В Україні найбільше поширення мають монтморилонітові, гідрослюдисті та каолінові різновиди кори вивітрювання, у горах та на окремих ділянках Українського кристалічного щита зустрічаються досить значні площі, вкриті уламковим елювієм.

З корою вивітрювання тісно пов’язані геоморфологічні методи пошуку певних видів корисних копалин, зокрема, бокситів, залізних, нікелевих та кобальтових руд, розсипів золота і т.д.

Окрім того, кора вивітрювання виступає як матеріальний субстрат ґрунтоутворення. Ґрунтом називають поверхневий шар земної кори, що утворюється при сукупній дії води, повітря, організмів на гірські породи. Спочатку на поверхні продуктів руйнування утворюється плівка мікроорганізмів (бактерій, нижчих грибів, водоростей), які іноді ще називаються “піонерними”. Вони, виділяючи певні органічні речовини, готують середовище для наступного поселення мохів, лишайників, а з часом і вищих рослин. Ті, у свою чергу, відміираючи утворюють запаси гумусу в ґрунті, що і забезпечує родючість ґрунту. Цей процес триває сотні (інколи тисячі) років і знаменує утворення нової субстанції – ґрунту з косної (мінеральної) речовини.

2.2.3. Геологічна робота вітру, еолові форми рельєфу.

Геоморфологічні процеси та форми рельєфу, створювані діяльністю вітру, називають еоловими (Еол – бог вітру в грецькій міфології). Для прояву еолових процесів необхідне поєднання ряду фізико-географічних та геологічних умов: незначна кількість атмосферних опадів, підвищена сухість повітря, часті та сильні вітри, відсутність або розрідженість рослинного покриву, інтенсивне фізичне вивітрювання гірських порід і пов’язане з ним поширення піщаних та дрібноуламкових (пилуватих) порід.

Найбільш повно ці умови представлені в пустелях та напівпустелях, що дає підставу говорити про зональність еолових процесів. Однак іноді ці процеси проявляються і як азональні – на погано закріплених рослинністю пісках (на берегах великих водосховищ, озер та морів; на переосушених землях, в т.ч. і на Українському Поліссі).

При дії еолових процесів можна дуже чітко відслідкувати тріаду геоморфологічної роботи вітру: руйнування – транспортування – акумуляція.

Руйнівна діяльність вітру проявляється у формах дефляції та коразії. Дефляція – це видування або розвіювання вітром пухких ґрунтів, із яким пов’язується утворення своєрідних негативних форм рельєфу. Так утворюються дефляційні улоговини (улоговини видування), які можуть досягати сотень метрів у довжину уздовж панівного напряму вітрів. За умови спрямування вітру вздовж лінії простягання пластів утворюються ярданги (вітрові борозни). На поверхні значних піщаних масивів, за умови нерівномірного розвіювання і перемінних напрямків вітру, часто утворюється своєрідний рельєф ніздрюватих пісків, що являють собою хаотичне чергування улоговин видування та перегородок між ними. Одна з найпоширеніших і найшкідливіших форм дефляції – вітрова ерозія ґрунтового покриву. Неправильна агротехніка призводить до погіршення структури ґрунту, його переосушення й розвіювання вітром. При цьому маса знесеного вітром ґрунту може становити 100-125 т/га. Поширено, на жаль, це явище і в межах України: дефляційні процеси (пилові бурі) охоплюють понад 1/7 частину загальної площі сільськогосподарських угідь.

Коразія – обточування та шліфування підвищених ділянок рельєфу, складених скельними породами, “бомбардуючою” діяльністю піщаного матеріалу, що переноситься у вітровому потоці. Коразійні форми рельєфу (кам’яні гриби та стовпи, останцеві гори, столові плато, коразійні ніші тощо) найбільш поширені в кам’янистих пустелях.

Транспортні можливості вітрового потоку прямо пропорційно залежать від швидкості вітру та обернено пропорційно – від розмірів часточок та уламків ґрунту. Великі уламки (2-30 мм), внаслідок дії вітру достатньої сили, можуть котитись по поверхні (утворюються вітрова галька, вітровий гравій). Дрібний пісок та пилуваті часточки підіймаються у вітровому потоці на висоту до кількох кілометрів та переносяться вітром на сотні кілометрів із місця, де вони були підхоплені вітровим потоком. Основна маса піщаного матеріалу (понад 80%) переноситься в приземному шарі повітряного потоку (10-20 см). Уже при вітрі силою в 3-4 бали над відкритою піщаною поверхнею утворюється “поземок”, а при 6-7 бальному вітрі окремі язики піднятого піску зливаються в суцільну піщану завісу, яка рухається у напрямку вітру.

Акумулятивна діяльність вітру проявляється у створенні найрізноманітніших форм нано-, мікро- і навіть мезорельєфу, а також у формуванні своєрідного комплексу еолових відкладів. Найпростішою з акумулятивних форм еолового рельєфу є горбокоса. Вона утворюється при обтіканні вітром більш-менш значної перешкоди (кам’яної брили, рослини тощо). Коли ця перешкода повністю засипається піском, утворюється нерухома дюна. Подальше нарощування сили вітропіщаного потоку зумовлює переміщування піску через її вершину. Так утворюється рухома дюна, яка має асиметричний профіль (крутий і короткий підвітряний укіс та виположений, відносно видовжений навітряний схил). Рух дюни відбувається за рахунок безперервного переміщення піску з навітряного схилу на підвітряний.

На значних за розмірами відкритих піщаних просторах формуються більш складні форми – піщані пасма (пасмові піски), які орієнтовані за напрямком переважаючих вітрів і теж, як і дюни, належать до поздовжніх форм рельєфу.

В межах України дюнний рельєф характерний для окремих ділянок Чорноморського та Азовського узбережжя, лівого берега Дніпра (Олешківські піски). Давні дюнні форми рельєфу характерні і для Полісся. Вони сформувались у післяльодовиковий час на поверхні холодних піщаних пустель, утворених потоками під час танення давніх льодовиків. Порушення захисного грунтово-рослинного покриву може призвести до утворення вторинних форм дюнного рельєфу – параболічних дюн. Вони утворюються так: на зруйнованому навітряному схилі формується дефляційна улоговина, а винесений звідти пісок нагромаджується на підвітряному схилі. Тому центральна частина дюни починає рухатись і поступово вигинається у напрямку переважаючих вітрів, утворюючи своєрідну серповидну форму рельєфу, яка зверху нагадує параболу.

Поряд із поздовжніми формами акумулятивного рельєфу, на відкритих піщаних просторах утворюються поперечні форми, найпоширенішими із яких, є бархани. Бархани – піщані нагромадження висотою до 30-50 м, які мають у плані серповидну форму і часто розглядаються як один із напрямків еволюції дюнного рельєфу. Загострені роги барханів витягнуті за домінуючим напрямком вітрів. Крутизна довгого навітряного схилу становить 10-15°, а короткого підвітряного – до 35°. Часом бархани, зливаючись один з одним, утворюють барханні ланцюги, довжина яких може досягати 10-15 км. Бархани і барханні ланцюги можуть пересуватись внаслідок пересипання піску з навітряного схилу на підвітряний.

Важливим напрямком акумулятивної діяльності вітру є утворення своєрідного комплексу еолових відкладів, найбільш поширеним із яких є лес. Формування лесових відкладів пов’язане із акумуляцією пилуватих часточок, винесених вітром із пустель, тому основні райони поширення лесів знаходяться на територіях, прилеглих до пустинь. Поширені леси і на значній частині території України. На думку П.А.Тутковського, вони утворились внаслідок розвіювання холодних піщаних пустель, що утворювалися талими водами у прильодовиковій зоні давніх материкових зледенінь. Лесовидний покрив відіграє неабияку роль у формуванні природного комплексу території, наприклад, України. Зокрема, саме з лесовими відкладами пов’язане поширення чорноземних ґрунтів. Характерні властивості лесу (порівняно незначний опір розмиву поверхневими водами й здатність тримати вертикальні стінки) спричинюють інтенсивний розвиток ярів та балок.