Выветривание

На земной поверхности горные породы находятся в условиях тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой и под их воздействием начинают разрушаться и преобразовываться. Этими внешними, или гипергенными, процессами создается почвенный покров, который несплошным чехлом перекрывает коренные породы. Во многих местах коренные породы обнажаются на дневной поверхности. Оказавшись в поверхностной части земной коры, они попадают в совершенно иные физико-химические условия, отличные от условий их формирования, и под влиянием внешних факторов начинают разрушаться. Этот процесс называется выветриванием (или гипергенезом).

Выветривание – это изменение горных пород любого состава и структуры, которое происходит в поверхностных условиях под совокупным действием физических, химических и биохимических процессов.

В процессе выветривания возникают своеобразные образования, которые называются корой выветривания. Процессы выветривания являются основными в образовании осадочного материала и предшествуют возникновению осадочных горных пород.

Под действием различного сочетания природных факторов возникает физическое, химическое и биохимическое выветривание.

В результате физического выветривания породы измельчаются и приобретают способность пропускать воду. При этом сильно увеличивается общая поверхность частиц, с которой соприкасаются вода и газы. Таким образом, создаются условия для химического и биологического выветривания.

Химическое выветривание происходит под совместным воздействием температуры и агрессивной воды, в которой находятся в растворенном состоянии различные элементы и химические соединения.

Химическое выветривание включает процессы растворения, гидролиза, гидратации и окисления. В результате химического выветривания образуются вторичные минералы, т. е. новые соединения, отличающиеся по химическому составу от первичных минералов.

Растворение. Вода – самый активный фактор химического выветривания. Горные породы растворяются водами, содержащими углекислоту или органические кислоты. Растворяющее действие воды усиливается в 2–2,5 раза при повышении температуры на каждые 10 °С. Под действием воды, стекающей по трещиноватой поверхности горных пород, просачивающейся сквозь трещины и поры, процесс растворения распространяется на глубину. Особенно интенсивно он проявляется в осадочных горных породах, представленных хлоридами, сульфатами и карбонатами.

Наибольшей растворимостью обладают хлориды – соли натрия (галит) и калия (сильвин). Далее по степени растворимости следуют сульфаты – ангидрит, гипс, затем карбонаты – известняки и доломиты. В процессе растворения среди монолитных толщ осадочных пород возникают различные полости.

Гидролиз – это химическое взаимодействие горных пород и минералов с водой. При гидролизе происходят разложение минералов, вынос отдельных химических элементов и соединений и присоединение к оставшимся соединения гидроксильных ионов и гидратации. При этом существенным образом нарушается структура кристаллов, которая заменяется совершенно новой. Особенно хорошо этот процесс проявляется при выветривании силикатов и алюмосиликатов.

В результате гидролиза катионы калия, натрия, кальция и магния в кристаллической решетке алюмосиликатов замещаются на катионы водорода, что приводит к образованию глинистых и других вторичных минералов.

Например, в процессе гидролиза твердый минерал ортоклаз (полевой шпат) преобразуется в мягкий глинистый минерал – каолинит:

K₂Al₂Si₆O₁₆ + 2Н₂О + СО₂ = H₂Al₂Si₂O₈ · Н₂О + К₂СО₃ + 4SiO₂.

ортоклаз каолинит поташ кварц

Гидратация – процесс присоединения молекул воды к минералам.

Например, гематит в результате присоединения воды превращается в бурый железняк (лимонит):

2Fe₂O₃ + 3Н₂О = 2Fe₂O₃ · 3Н₂О.

гематит лимонит

При гидратации поверхность минералов разрыхляется, усиливается воздействие на них водных растворов.

Окисление – процесс взаимодействия минералов с кислородом воздуха, приводящий к образованию новых минералов. Этот процесс наиболее интенсивно протекает в горных породах, содержащих минералы, состоящие из соединений железa (III), марганца. Так, под влиянием кислорода воздуха магнетит превращается в более устойчивую форму – гематит (красный железняк), или двухвалентная форма железа переходит в трехвалентную:

4Fe₃O₄ + О₂ = 6Fe₂O₃.

Возникшие минералы более устойчивы в поверхностных условиях. Сульфиды в кислой среде становятся неустойчивыми и постепенно замещаются сульфатами, оксидами и гидроксидами. Например, преобразование пирита, который последовательно при окислении вначале превращается в сульфат железа, затем в сульфат оксида железа и, наконец, в лимонит или бурый железняк:

FeS₂ + nO₂ + nH₂O ® Fe₃O₄ ® Fe₂(SO₄)₂ ® Fe₂O₃∙ nН₂О.

пирит магнетит бурый железняк лимонит

В результате процесса преобразования железосодержащих минералов и их перехода в лимонит многие горные породы, в частности пески, песчаники, глины, мергели, окрашиваются в бурый или охристый цвет, что свидетельствует об окислении включений, содержащих железистые минералы.

Биохимическое выветривание – это механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием растительных и животных организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Корни растений, проникая в трещины пород, расклинивают их, вызывая механическое разрушение. Кроме того, корни растений выделяют органические кислоты, которые растворяют минералы, усиливая процесс химического выветривания. Также действуют на минеральные соединения органические кислоты, образующиеся при гниении растительных и животных остатков.

Важную роль в биологическом выветривании играют микроорганизмы (бактерии, грибы), лишайники, землерои (земляные черви, личинки насекомых, кроты, суслики и др.). Многочисленные микроорганизмы вызывают биохимические процессы в почве. Так, нитрифицирующие бактерии образуют азотную кислоту, а серобактерии – серную кислоту. Кислоты активно разлагают алюмосиликаты и другие минералы. Лишайники выделяют специфические лишайниковые кислоты, действующие на породы. Кроме того, гифы лишайников проникают в тонкие поры горных пород, вызывая их физическое разрушение.

Корни растений взаимодействуют с минеральной частью почвы, избирательно поглощают элементы питания. После отмирания растений в верхних слоях почвы накапливаются азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и другие биогенные элементы. Листья растений поглощают из воздуха диоксид углерода, который в процессе фотосинтеза соединяется с водой, образуя углеводы. Таким образом, из диоксида углерода, воды, зольных элементов и азота синтезируется органическое вещество. Азот появляется в породе в результате жизнедеятельности микроорганизмов, фиксирующих азот из атмосферного воздуха. После отмирания растений их органические остатки частично превращаются в новые органические соединения и накапливаются в виде гумуса в верхнем слое земной поверхности, частично – минерализуются и становятся вновь доступными для новых поколений растений.

Поиск по сайту: