Определение дано выше. Выветривание горных пород - сложный процесс, в котором выделяется несколько форм его проявления. 1-я форма - механическое дробление горных пород и минералов без существенного изменения их химических свойств - называется механическим или физическим выветриванием . 2-я форма - химическое изменение вещества, приводящее к превращению исходных минералов в новые - называется химическим выветриванием . 3-я форма - органическое (биологохимическое) выветривание: минералы и горные породы физически и главным образом химически изменяются под воздействием жизнедеятельности организмов и органического вещества, образующегося при их разложении.
Механическое (физическое) выветривание.
Породы распадаются на обломки и превращаются в глыбы, дресву и песок. При этом состав конечных продуктов разрушения целиком зависит от структуры, текстуры и минерального состава горных пород, подвергшихся разрушению.
Важнейшим фактором механического выветривания является инсоляция, то есть нагревание поверхности горных пород солнечными лучами. Возникающее вследствие попеременного нагрева и остывания периодическое изменение объема породы вызывает ее растрескивание, нарушение связи между минералами, а также и внутри минералов. Образование и рост трещин, раскалывающих породу на куски, идет тем интенсивнее, чем больше суточная амплитуда колебаний температуры, достигающая особенно больших величин (> 40 o C) в субтропических пустынях и высокогорных областях. Образование трещин в горных породах в значительной мере зависит от их свойств - слоистости, сланцеватости, наличия спайности у минералов. Механическому разрушению способствует и так называемая первичная отдельность магматических пород, т.е. система взаимопересекающихся трещин, возникающих в породе задолго до начала ее выветривания вследствие уменьшения объема при остывании магматического тела или при воздействии тектонических сил. Первичная отдельность может быть выражена лишь невидимыми простым глазом трещинами, но при выветривании эти трещины легко расширяются и способствую разрушению породы, обусловливая характерные формы образующихся обломков в виде столбов, матрацев и т.д.
Породы с массивной текстурой, прогреваясь и остывая за день лишь на определенную небольшую глубину, начинают растрескиваться и отслаиваться по кривым поверхностям, параллельным неровным поверхностям выхода горных пород (чешуйчатая отдельность). Такой процесс называется десквамацией или чешуением.
Породы со слоистой или сланцеватой текстурой под влиянием инсоляции распадаются по плоскостям на плитки, расслаиваются, разлистовываются. Слоистая толща осадочных пород, например, песчаников, имеющих различную степень цементации, выветривается неоднородно. Одни слои легко распадаются на мелкий щебень, дресву и песок, другие долго сохраняют свою монолитность. Плотные, трудно выветриваемые породы сохраняются в виде выступов, легко выветриваемые осыпаются и на их месте образуются впадины. В результате возникает очень характерная скульптура выхода пород, называемая формами выветривания. Такими формами выветривания являются различные выступы, карнизы, столбы, останцы причудливой формы и др.
Интенсивность и характер механического выветривания зависят не только от температурного режима и других элементов климата, но и от конкретного минерального сложения породы, от ее теплоемкости и теплопроводности. Быстрее разрушаются темноокрашенные породы и минералы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большим различием коэффициентов расширения составляющих их минералов.
Механическое разрушение горных пород особенно интенсивно в областях, где суточная температура, отрицательная или положительная, колеблется вокруг нуля (высокогорья, приполярные области). Особое значение получает периодически замерзающая вода, проникающая в трещины.
Как известно, при замерзании вода расширяется на 1/11 своего объёма. Поэтому образовавшийся лёд давит на стенки трещин с силой 890 кг/см 2 , разрывая даже очень твёрдые породы. Эта форма разрушения горных пород называется морозным выветриванием.
Таким образом, физическое выветривание преобладает в условиях сухого континентального климата (пустыни) с резкими суточными изменениями температуры, проявляясь в форме инсоляции и особенно широко развито в высокогорных и субполярных областях в виде морозного выветривания.
В результате физического выветривания образуются особые формы ландшафта. Если выветривание происходит в горных областях, где имеются плоские горизонтальные поверхности, то продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи. Элювий (лат. "элюо" - вымывать) - это осадок, не подвергшийся переносу, то есть накапливающийся в результате разрушения породы на месте.
Типичные области физического выветривания - каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады. Это области горизонтально лежащих пластов, образующих террасовидные поверхности с вертикальными уступами между ними. На краю уступов пласты расчленяются на останцы конусовидной формы. Понижения между останцами покрыты россыпями каменных глыб и щебнем. Более мелкий материал уносится ветром.
В процессе физического выветривания из массивных пород высвобождаются многие стойкие минералы, являющиеся полезными ископаемыми (Au, Pt, касситерит, шеелит, алмазы) и образуют россыпные месторождения.
Наиболее активные агенты: О 2 , СО 2 и вода, а при органическом выветривании и органические кислоты. Особенно велика в этом отншении роль воды, несущей в себе растворы солей и газов. Химическое выветривание может быть выражено несколькими типами, главные из которых: растворение, окисление, восстановление, карбонатизация.
Растворение происходит под действием воды, стекающей по поверхности выхода горной породы или просачивающейся через её трещины и поры. При этом она избирательно выносит (выщелачивает) из породы только некоторые вещества. Сильнее всего растворяются хлориды (галит, сильвин), далее сульфаты (гипс), карбонаты (известняки, доломиты). В зависимости от величины частиц, на которые распалось вещество горной породы, различают 2 типа растворов: истинные (кристаллоидные) и коллоидные.
В первом типе раствора вещество распадается до молекул и ионов. В таком растворе молекулы или ионы растворённого вещества обладают такой же подвижностью, что и молекулы растворителя - воды, что обеспечивает равномерное распределение вещества во всей массе растворителя (диффузию). Особенностью данного типа растворов является то, что при определённом насыщении растворённое вещество выпадает из них в осадок в твёрдом кристаллическом состоянии, т.е. превращается в минерал. Во втором типе раствора (греч. "колля" - клей) вещество распадается лишь до частиц, превышающих размеры молекул. Эти частицы представляют собой сочетание многих молекул или мелкие обломки кристаллических решёток минералов размером 0,001-0,2 мкм. Коллоиды могут быть жидкие, вязкие и студнеобразные. Коллоиды способны свёртываться (коагулировать) под влиянием электролитов - водных кристаллоидных растворов, распадающихся на ионы и способных поэтому проводить электрический ток. Свойствами электролитов обладают растворы NaCl, HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , KOH, NaOH, медного и железного купороса, соды, поташа и др.
Под влиянием электролитов частицы коллоида слипаются в хлопья и комочки, которые начинают осаждаться, образуя гель - вещество, имеющее свойства твёрдого тела. Образование коллоидных растворов зависит от сложного сочетания физико-химических факторов и подчиняется иным закономерностям, нежели обычное растворение. Именно в форме коллоидных растворов выносится огромное количество продуктов химического выветривания, способствуя тем самым разложению минералов. Учитывая это можно сказать, что абсолютно нерастворимых веществ в природе вообще нет и что процесс растворения в той или иной форме участвует в выветривании любых минералов и горных пород.
При активном участии растворения идёт гидролиз - разложение минералов с выносом части образующихся продуктов и сопровождающийся гидратацией.
Пример разложения полевых шпатов:
Полевые шпаты промежуточные минералы каолинит
K, Na (гидрослюды, гидрохлориты) Al 4 (OH) 8
Ca
(катионы K, Na, Ca при взаимодействии с СО 2 превращаются в карбонаты и уносятся или остаются на месте; каркасная структура переходит в слоевую; кремнезём частично выносится в растворе, частично переходит в коллоид и выпадает в виде геля SiO 2 - опала, частично остаётся в каолините)
При выветривании в тропических условиях иногда нарушается связь между Al и Si и образуются минералы бокситов Al 2 O 3 . nH 2 O и опал.
Глины, образующиеся при выветривании породы, одевают её слоем, предохраняющим от дальнейшего выветривания и представляющим собой кору выветривания. Кора выветривания - совокупность остаточных продуктов выветривания - различных элювиальных образований, развитых на материнских породах.
Характер кор выветривания и их мощность связаны с климатическими условиями, количеством осадков, поступление органического вещества. Важное значение имеет рельеф и интенсивность восходящих тектонических движений, а также состав горной породы, подвергшейся выветриванию. Наиболее благоприятными условиями для формирования кор выветривания являются выровненный рельеф и сочетание высокой температуры, большой влажности и большого количества органических веществ. В условиях жаркого климата возникает латеритная кора выветривания. Глубже расположен каолинитовый горизонт, ещё ниже - гидрослюдисто-монтмориллонитово-бейделлитовый горизонт. В таёжно-подзолистой зоне умеренного климата мощность коры выветривания значительно меньше и отсутствует латеритный горизонт. В области сухих степей мощность коры ещё меньше и отсутствуют латеритный и каолинитовый горизонты.
Окисление и гидратация. Окислению подвержены в первую очередь минералы, содержащие Fe, S, V, Mn, Ni, Co и др. Факторами окисления являются кислород воздуха и вода. В присутствии влаги закиси металлов, входящие в состав минералов, легко переходят в окиси, сульфиды - в сульфаты. Во влажном климате образуются богатые водой гидраты окислов железа.
FeS 2 + nO 2 + mH 2 O FeSO 4 Fe 2 (SO 4) 3 Fe 2 O 3 . nH 2 O
пирит лимонит
Гидратация - поглощение минералами воды.
CaSO 4 + 2H 2 O = CaSO 4 . 2H 2 O
ангидрит гипс
Fe 2 O 3 + nH 2 O Fe 2 O 3 . nH 2 O
гематит лимонит
В жарком климате в результате интенсивного прогревания солнечными лучами и испарения влаги вода легко отнимается от окислов Fe. При окислении железа, содержащегося в горной породе, здесь образуются бедные водой или лишённые воды минералы группы гематита (Fe 2 O 3), имеющие красную окраску. Поэтому почвы коры выветривания тропической области характеризуются красной окраской и способны быстро твердеть при высыхании. Такие образования называются латеритами (лат. "латер" - кирпич). В латеритах присутствуют глинозём Al 2 O 3 и гидроокислы железа.
Карбонатизация представляет собой процесс присоединения углекислоты к продуктам изменения горных пород, приводящий к образованию карбонатов Ca, Fe, Mg и др. Подавляющее большинство карбонатов довольно хорошо растовримы в воде и поэтому выносятся ею из формирующейся коры выветривания в подстилающие породы, где часто из них отлагается, образуя стяжения (конкреции). Много карбонатов выносится в грунтовые воды, обусловливая их жёсткость, т.е. неспособность смывать жиры и давать пену в соединении с жиром.
Восстановление является процессом, обратным окислению и заключается в потере веществом части или всего содержащегося в нём химически связанного кислорода. В условиях поверхности суши свободный кислород, содержащийся в атмосфере и водных растворах, обычно приводит к окислению продуктов выветривания и восстановление при этом не может проявляться. Оно участвует в выветривании там, где нет свободного кислорода. В условиях болот все поры пород и покрывающей их рыхлой коры выветривания заполнены водой, в которую за счёт отмирания болотнй растительности поступает много органических веществ. Все они являются сильными восстановителями, так как легко соединяются с кислородом при своём разложении. При этом не только используется весь растворённый в воде кислород, но и отнимается часть его, химически связанная в минералах породы. В результате этого окись железа Fe 2 O 3 переходит в закись FeO, гидраты которой имеют зеленоватый цвет. Возникает серо-зелёная или сизая глинистая масса, подстилающая обычно торфяники и называемая в почвоведении глеем. Процесс его образования называется оглеением. Наряду с этим при выветривании в восстановительной среде может происходить и образование ряда минералов, бедных или лишённых О 2 и обычно отсутствующих в коре выветривания (пирит и др.).
В результате химического выветривания образуются такие ценные полезные ископаемые, как каолин, бокситы, некоторые железные руды.
Органическое выветривание.
Разрушение горных пород организмами осуществляется физическим или химическим путём. Простейшие растения - лишайники - способны селиться на любой горной породе и извлекать из неё питательные вещества с помощью выделяемых им органических кислот; это подтверждается опытами посадки лишайников на гладкое стекло. Через некоторое время на стекле появлялось помутнение, свидетельствующее о частичном его растворении. Простейшие растения подготавливают почву для жизни на поверхности горных пород более высокоорганизованных растений.
Древесная растительность иногда появляется и на поверхнсти горных пород, не имеющей рыхлого почвенного покрова. Корни растений используют при этом трещины в породе, постепенно их расширяя. Они способны разорвать даже очень плотную породу, так как тургор, или давление, развиваемое в клетках ткани корней, достигает 60-100 атм. Значительную роль в разрушении земной коры в её верхней части играют земляные черви, муравьи и термиты, проделывающие многочисленные подземные ходы, способствуя проникновению вглубь почвы воздуха, содержащего влагу и СО 2 - мощные факторы химического выветривания.
Почвообразование.
Это сложный процесс преобразования горной породы в почву под влиянием органических веществ из отмирающих наземных растений, образующихся при участии микроорганизмов (бактерии, грибы). Почва почти сплошным покровом облекает сушу. Растительные вещества привносят в почву такие элементы, как С, Н 2 , О 2 . Наиболее распространена в растительной массе клетчатка (С 6 Н 6 О 5), а также азотистые соединения, содержащие азот, серу, фосфор, железо, жиры, белки, органические кислоты, спирты. Преобразование органических веществ в почве происходит в зависимости от доступа к нему кислорода в форме тления (свободный доступ О 2 и полное сгорание органического вещества). гниения (без доступа О 2) и перегнивания (промежуточный тип разложения логанического вещества при недостаточном доступе О 2). Перегнивание ведёт к образованию перегноя или гумуса (лат. "гумус" - земля). Гумус - сложное вещество, представляющее собой смесь органических соединений, среди которых преобладают гуминовые кислоты.
Гумус образуется при участии микроорганизмов и состав его несколько различен в зависимости от климатических условий. Зависимость эта заключается в следующем. Гуминовые кислоты являются химически активными веществами, играющими главную роль в процессе химического выветривания минералов почвы. При этом образуются их соединения с отщепляемыми от минералов щелочными и щелочноземельными металлами, железом и др., так называемые гуматы. В виде коллоидных растворов они вместе с обычными продуктами выветривания выщелачиваются из верхней части почвы просачивающейся через неё дождевой и снеговой водой и часть их вновь осаждается в нижних горизонтах почвы. В связи с этим почву можно разделить на 2 горизонта: верхний - элювиальный, или горизонт вымывания (А) и нижний - иллювиальный, или горизонт вмывания (В).
Во влажном климате, где через почву просачивается много воды, а возникающий гумус имеет особенно резко кислотные свойства, указанный процесс идёт наиболее интенсивно. В сухом климате, где воды мало, а гумус менее кислый, процесс протекает значительно слабее. Отсюда разная мощность, состав и строение почв.
Характер материнской породы также влияет на облик почвы, но в гораздо меньшей степени. Поэтому в одной и той же климатической зоне почвы, развитые даже на таких резко различных породах, как, например, гранит и суглинок, похожи друг на друга. Наоборот, в разных климатических зонах почвы даже на одинаковых породах различны.
Выветривание
Выве́тривание - разрушение горных пород. Совокупность сложных процессов качественного и количественного преобразования горных пород и слагающих их минералов , приводящих к образованию продуктов выветривания. Происходит за счёт действия на литосферу гидросферы , атмосферы и биосферы . Если горные породы длительное время находятся на поверхности, то в результате их преобразований образуется кора выветривания. Различают три вида выветривания: физическое (лёд, вода и ветер) (механическое), химическое и биологическое.
Физическое (механическое) выветривание
"Арка" в штате Юта (США), пример механического выветривания
Чем больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Следующим шагом в механическом выветривании является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается в объёме на 1/10 своего объёма, что способствует ещё большему выветриванию породы. Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Селевые потоки, ветер, сила тяжести, землетрясения, извержения вулканов также содействуют физическому выветриванию горных пород. Механическое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создает благоприятные условия для химического выветривания.
Химическое выветривание
Химическое выветривание - это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественного изменения их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода , углекислый газ и кислород . Вода - энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород - гидролиз , приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды:
KAlSi 3 O 8 +H 2 O→HAlSi 3 O 8 +KOH
Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии CO 2 KOH переходит в форму карбоната:
2KOH+CO 2 =K 2 CO 3 +H 2 O
Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации - присоединению частиц воды к частицам минералов. Например:
2Fe 2 O 3 +3H 2 O=2Fe 2 O·3H 2 O
В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота , участвующая в создании новых минералов.
2FeS 2 +7O 2 +H 2 O=2FeSO 4 +H 2 SO 4 ;
12FeSO 4 +6H 2 O+3O 2 =4Fe 2 (SO 4) 3 +4Fe(OH) 3 ;
2Fe 2 (SO 4) 3 +9H 2 O=2Fe 2 O 3 ·3H 2 O+6H 2 SO 4
Радиационное выветривание
Радиационным выветриванием называется разрушение пород под действием радиационного излучения . Радиационное выветривание оказывает влияние на процесс химического, биологического и физического выветривания. Лунный реголит .
Биологическое выветривание
Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии , грибки, вирусы , роющие животные, низшие и высшие растения и т. д.).
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Выветривание" в других словарях:
ВЫВЕТРИВАНИЕ, в геологии и физической географии разрушение и химическое изменение горных пород и минералов на поверхности Земли в результате физических, химических и органических процессов. Влияет на образование почвы и играет основную роль в… … Научно-технический энциклопедический словарь
Под выветриванием понимается совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов в приповерхностной части земной коры.
Это преобразование зависит от ряда факторов: колебаний температуры, химического воздействия воды и газов - углекислоты и кислорода (находящихся в атмосфере и в растворенном состоянии в воде); воздействия органических веществ, образующихся при жизни растений и животных и при их отмирании и разложении. Т.е. процессы выветривания тесно связаны с взаимодействием приповерхностной части земной коры с атмосферой, гидросферой и биосферой. Именно граничная область разных фаз обладает высокой реактивной способностью. Приповерхностная часть земной коры, в которой происходит преобразование минерального вещества, называется зоной выветривания
Процесс выветривания зависит от климата, рельефа, органического мира и времени.
ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ
В этом типе небольшое значение имеет температурное выветривание, связанное с суточными и сезонными колебаниями температуры, что вызывает то нагревание, то охлаждение поверхностной части горных пород..
Большие различия коэффициента «расширение – сжатие» породообразующих минералов при длительном воздействии колебаний температуры приводит к тому, что сцепление отдельных минеральных зерен нарушается, образуются трещины, а потом происходит распад горных пород на обломки (глыбы, щебень, песок и др.). Очень интенсивно идут процессы физического выветривания в пустынях, где мало выпадает осадков и высокие перепады (суточные) температур.
На горных склонах наряду с выветриванием развиваются гравитационные процессы: обвалы, камнепады, осыпи, оползни. Накопившиеся в основании склонов продукты гравитационных процессов (осыпей, обвалов) представляют своеобразный генетический тип континентальных отложений, называемый коллювием.
В полярных и субполярных странах, где имеется вечная мерзлота и избыточное поверхностное увлажнение, выветривание всязано с расклинивающим действием замерзающей воды в трещинах. При замерзании воды (объем льда на 9% выше замерзшей воды), возникают напряжения в трещинах, раздробление горных пород и образование глыбового материала. Такое выветривание называют морозным.
Расклинивающее действие на горные породы оказывают корни растений, особенно деревьев. Механическую работу производят и разнообразные роющие животные.
Чисто физическое выветривание приводит только к механическому раздроблению горных пород без изменения их минерального и химического состава.
ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ
Одновременно с физическим выветриванием происходят процессы химического выветривания – химического разложения горных пород и образование новых минералов.
При механическом разрушении горных пород в последних образуются трещины, по которым проникает вода и газы. Проникновение воды обуславливает миграцию с ней различных химических соединений..
Гидролиз. Гидролиз разрушает атомную структуру минералов, особенно силикатов, благодаря действию воды и растворенных в ней ионов. Молекула воды имеет полярное строение: один ее конец несет слабый положительный заряд за счет двух атомов водорода, а другой – отрицательный за счет атома кислорода. Каждый конец молекулы может присоединяться к противоположно заряженному иону в решетке минерала и «вырвать» последний из структуры. Кроме того, вода слабо диссоциирует на ионы водорода (Н +) и гидроксильной группы (ОН -), которые при диссоциации приобретают свободу и могут вступать в реакцию с ионами кристаллической структуры. Природные воды обычно содержат растворенные ионы некоторых веществ, особенно НСО 3 - , SO 4 2- , Cl - , Mg 2+ , Na + , K + . Эти ионы также могут замещать заряженные атомы в структуре, нарушая т.о. первичную решетку минерала. Ca 2+ ,Mg 2+ ,Na + и K +
Гидратация – под воздействием воды происходит закрепление молекул воды в кристаллической структуре минерала. При этом образуются новые минералы, например, переход ангидрита в гипс:
CaSO 4 + 2H 2 O→CaSO 4 ∙ 2H 2 O
Или переход гетита в гидрогетит
FeOOH +nH 2 O →FeOH ∙ nH 2 O
Путем гидратации образуются хлорит, тальк, серпентин, цеолиты и др.
Карбонатизация. Минералы, содержащие ионы Ca, Mg, Na и K вступают в реакцию с природными водами, насыщенными углекислотой. При этом образуется карбонаты и бикарбонаты этих минералов. Такой процесс называется карбонатизацией.
Растворение. Многие минералы растворяются под действием воды, стекающей по поверхности горных пород и просачивающейся по трещинам и порам на глубину. Ускорению процессов растворения способствует высокая концентрация водородных ионов, кислорода, углекислоты и органических кислот.
Из минералов наилучшей растворимостью обладают хлориды – галит, сильвин и др. На втором месте – сульфаты – ангидрит, гипс. На третьем месте – карбонаты – известняки и доломиты. За счет растворения указанных пород могут образовываться карстовые формы как на поверхности, так и на глубине.
Окисление – это присоединение к минералам кислорода, особенно к тем, что содержат в своем составе железо. Кислород воздуха и воды разрушает сульфиды и железистые силикаты – такие как оливин, пироксены и амфиболы, и превращают двухвалентное железо в трехвалентное:
Органика. Растения и животные помогают не только физическому, но и химическому выветриванию. Лишайники, которые одними из первых начинают расти на недавно обнажившейся породе, поглощают из нее некоторые химические соединения и «разъедают» породу. Корни других растений удаляют новые порции неорганического материала.Химическая активность многочисленных и вездесущих бактерий приводит к образованию аммиака, азотной кислоты, углекислого газа и др.
КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ
Кора выветривания - рыхлый поверхностный слой горных пород, образовавшийся в результате выветривания. В состав коры выветривания входят также находящиеся в этом слое вода, воздух и живые организмы. Обычно кора выветривания имеет глинистый состав. Мощность коры выветривания зависит от климатических условий и от длительности процесса выветривания, есть места, где кора выветривания отсутствует. В верхней части кора выветривания обычно переходит в почву. С древней корой выветривания связаны месторождения руд никеля, железа, хрома, алюминия, фосфора, редких элементов, золота и др.
Продукты выветривания, оставшиеся на месте разрушения материнских (коренных) горных пород, называют элювием.
Кора выветривания – это совокупность различных элювиальных образований. Такая остаточная кора выветривания называется автоморфной.
При длительном выветривании и соответствующих условиях образуются хорошо выраженные зоны коры выветривания, имеющие свои текстурно-структурные особенности и минеральный состав.
Благодаря присутствию окислов и гидроокислов Al и Fe, элювий верхней части коры выветривания в сухом состоянии напоминает обожженный кирпич, часто образующий панцири и окрашенный в красный цвет. Поэтому такие коры выветривания называются латеритными (латинское –латер -кирпич).
Среди кор выветривания выделено два основных морфогенетических типа: площадной и линейный.
Площадные коры выветривания развиваются в виде покрова или плаща, занимают обширные площади до десятков и сотен квадратных километров на сравнительно выровненных поверхностях рельефа.
Линейные коры выветривания имеют линейные (вытянутые) очертания в плане и приурочены к зонам повышенной трещиноватости, к разломам и контактам различных по составу пород. В этих условиях происходит более свободное проникновение воды и содержащихся в них активных компонентов, что вызывает интенсивный процесс химического выветривания.
Процесс формирования кор выветривания представляет собой несколько последовательных и взаимосвязанных явлений:
1. Разрушение и химическое разложение горных пород с образованием продуктов выветривания;
2. Частичный вынос и перераспределение продуктов выветривания;
3. Синтез новых минералов в результате взаимодействия продуктов выветривания в ходе их миграции;
4. Метасоматическое замещение минералов материнских пород.
С корами выветривания различного возраста связано много ценных месторождений полезных ископаемых – бокситов, железных руд, марганца, никеля, кобальта и др.
Круговороты веществ в биосфере. Большой (геологический) и малый (биологический) круговороты их роль в почвообразовании
Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический). ) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму - источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы (рис. 6.7). Символом круговорота веществ является спираль, а не круг.
Солнечная энергия
Магматические породы
Магматические породы
Выветривание, перенос, отложение, окаменение
Кристаллизация
Осадочные породы
Метаморфизм
Переплавление
Метаморфические породы
Энергия радиоактивного распада
Это означает, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям.
Большой круговорот - это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается почти половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана - конденсация водяного пара - выпадение осадков на эту же водную поверхность океана.
Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды.
Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транс-пирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет (см. рис. 6.10).
Биологический круговорот - ведущий процесс почвообразования. С поселением на горных породах низших растений (микроорганизмов, водорослей, грибов и лишайников) усиливаются процессы выветривания (биологическое выветривание), увеличивается количество водорастворимых соединений, часть которых организм использует для построения своего тела, часть вымывается водой, попадая в большой геологический круговорот веществ.
Из различных водорастворимых соединений, образующихся первоначально, растения усваивают не все элементы, а лишь те, которые нужны им для роста, т. е. избирательно. После отмирания растений на поверхности и в верхней части материнских пород откладываются мертвые органические вещества, которые постепенно накапливаются вместе с содержащимися в них наиболее важными элементами питания, необходимыми для растений.
При разложении и минерализации органических веществ, протекающих одновременно с выветриванием, освобождаются и снова становятся доступными для растений элементы питания, которые целиком или частично усваиваются следующими поколениями живых организмов.
Таким образом, благодаря жизнедеятельности живых организмов на фоне большого геологического круговорота веществ возникает малый биологический круговорот, а вместе с ним - первичное изменение рыхлых горных пород, или первичный процесс почвообразования. При увеличении числа организмов на единице площади все большее количество элементов питания перехватывается ими из геологического круговорота и удерживается в форме живого органического вещества.
Разложение и минерализация органических веществ производятся многочисленными и разнообразными по составу микроорганизмами, освобождающими значительное количество элементов питания. Одновременно под влиянием микроорганизмов происходит синтез новых, свойственных только почвам гумусовых кислот и органических соединений, которые вместе с разложившимися органическими остатками окрашивают верх-пне слои почв в серый, темно-серый, а иногда в черный цвет.
Под воздействием живых организмов и органических кислот происходят глубокие изменения и в минеральной части материнской породы, которая с течением времени разделяется на слои - горизонты, отличающиеся друг от друга как по своим свойствам, так и по внешнему виду. В конечном итоге формируется совершенно новое естественноисторическое тело- почва.
Таким образом, в результате биологического круговорота веществ происходит обмен веществ и энергии между растительными и животными организмами и рыхлой материнской породой, на поверхности и в толще которой при участии микроорганизмов накапливаются, разрушаются и образуются новые органические вещества, происходят глубокие изменения в минеральном составе и свойствах почв, вызывающие в свою очередь изменения условий снабжения растений водой и пищей - в этом сущность почвообразовательного процесса.
процесс образования почвы почвообразующие породы.
Почвообразование. Процесс формирования почв. Все горные породы, покрывающие поверхность земного шара, с первых же моментов их образования под влиянием различных процессов начинали немедленно разрушаться.
В процессе выветривания (гипергенеза) изменялся первоначальный облик горных пород, как и их элементный и минеральный состав. Первоначально массивные (т.е. плотные и твердые) горные породы постепенно переходили в раздробленное состояние. Примерами раздробленных в результате выветривания горных пород могут служить дресва, песок, глина. Становясь раздробленными, горные породы приобретали ряд новых свойств и особенностей: они становились более проницаемыми для воды и воздуха, в них увеличивалась общая поверхность их частиц, усиливавшая химическое выветривание, образовывались новые, в том числе и легко растворимые в воде соединения и, наконец, горные породы приобретали способность удерживать в себе влагу, имеющую большое значение для обеспечения растений водой.
Рыхлые и способные впитывать воду горные породы становились благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий и различных растительных организмов. Постепенно происходило обогащение верхнего слоя коры выветривания продуктами жизнедеятельности организмов и их отмирающими остатками. Разложение органических веществ и присутствие кислорода приводило к сложным химическим процессам, в результате которых происходило накопление в горной породе элементов зольной и азотной пищи. Таким образом, горные породы поверхностного слоя коры выветривания (их еще называют почвообразующими, коренными или материнскими породами) стали почвой. В состав почвы, таким образом, входит минеральная компонента, соответствующая составу коренных пород, и органическая компонента.
Поэтому началом процесса почвообразования нужно считать тот момент, когда на продуктах выветривания горных пород поселились растительность и микроорганизмы. С этого момента раздробленная горная порода стала почвой.
Почвообразующие, или материнские породы - это рыхлые, выветривающиеся горные породы, из которых вследствие развития процессов почвообразования формируются почвы.
Основным процессом в образовании материнских пород является выветривание. Это длительный, сложный и динамичный процесс. Различные скорость и особенности разрушения горных пород приводят к формированию неодинаковых рыхлых материнских почвообразующих пород, отличающихся признаками и свойствами. К ним относятся следующие материнские породы.
Элювий - это продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте образования. В горных районах на склонах элювий представляет собой обломки горных пород, перемешанные с мелкоземом.
Эоловые отложения образуются под влиянием ветра. Это - пески дюн и барханов, бугристые и кучевые пески, рассортированные по механическому составу с неправильной косой слоистостью. Нередко под ним встречаются погребенные почвы.
Лессы - отложения палевого цвета, карбонатные, неслоистые, пористые, на 70-85 % состоящие из пылеватых частичек, хорошо рассортированные, образуют вертикальные стенки. Наиболее вероятное происхождение лессов - эоловое. Чаще всего встречаются по окраинам пустынь, в условиях засушливого климата в предгорьях.
Делювиальные отложения формируются в нижних частях склонов. Они состоят из материала, снесенного с водоразделов талой и дождевой водой, обычно хорошо рассортированы и, как правило, сложены из более мелких частиц, чем материнские породы, на водоразделах, часто гумусированы. Там, где водоразделы переходят в нижние части склонов, образуются делювиально-элювиальные отложения.
Пролювиальные отложения образуются под влиянием временных грязево-каменных селевых потоков, которые, вырываясь на равнинные участки, растекаются и формируют конусы выноса, состоящие из разнородного обломочного материала. При образовании временных водотоков в оврагах происходит также вынос материалов в широкие долины балок или рек. Эти отложения обычно более или менее сортированы, слоисты, могут быть выделены в природных условиях и называются пролювиально-аллювиальными отложениями оврагов.
Аллювиальные отложения - это отложения постоянно действующих водотоков (рек, крупных ручьев). Долины рек полностью сложены аллювиальными отложениями. Эти отложения легко определяются по следующим признакам: они слоисты, хорошо сортированы по механическому составу (сверху обычно более мелкие, чем снизу), могут содержать включения торфа. Древне-аллювиальные отложения с течением времени изменяются в процессе почвообразования, теряя слоистость.
Озерные отложения образуются на дне озер. Очень часто это тонкие илистые слоистые отложения, нередко перемешанные с органическими остатками, образующие сапропелевый и органический илы и даже торф.
Морские отложения побережий состоят, как правило, из грубообломочного материала, валунов, гальки, хорошо сортированы. Отложения мелких морей - шельфовые отложения (чаше всего песчаные) имеют тонкую слоистость, хорошо сортированы по механическому составу. В дельтах часто образуются песчано-илистые или илистые отложения, сформировавшиеся из морских и речных отложений, насыщенных органическими веществами, железомарганцевыми и фосфоритными новообразованиями. В мелководной части образуются отложения органического и химического происхождений: ракушечники, известняки, соли. На материковом склоне образуются пестроцветные илы и глины, содержащие значительное количество соединений железа, органических веществ и карбонатов. Они всегда засолены и при выходе на поверхность способствуют образованию засоленных почв.
Ледниковые отложения - рыхлые горные породы, перенесенные ледником. Как правило, они не сортированы, неслоисты, имеют разный механический состав - от песков до тяжелых суглинков красного, желтого и красно-бурого цвета. Содержат значительное количество часто грубошлифованных неокатанных камней - валунов различного размера, хрящей, хаотически расположенных линз и прослоек разного механического состава. Отложения могут иметь кислую, нейтральную и слабощелочную реакции.
Химическое выветривание
Выве́тривание - совокупность сложных процессов качественного и количественного преобразования горных пород и слагающих их минералов , приводящих к образованию почвы . Происходит за счет действия на литосферу гидросферы , атмосферы и биосферы . Если горные породы длительное время находятся на поверхности, то в результате их преобразований образуется кора выветривания . Различают три вида выветривания: физическое (лёд, водопад и ветер)(механическое), химическое и биологическое.
Чем больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Следующим шагом в механическом выветривании является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается в объеме на 1/10 своего объема, что способствует еще большему выветриванию породы. Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Селевые потоки, ветер, сила тяжести, землятресения, извержения вулканов так же содействуют физическому выветриванию горных пород. Механичекое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создает благоприятные условия для химического выветривания.
Химическое выветривание
Химическое выветривание - это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнешее разрушение горных пород и качественного изменения их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода , углекислый газ и кислород . Вода - энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород - гидролиз , приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решетки на ионы водорода диссооциированных молекул воды:
KAlSi 3 O 8 +H 2 O→HAlSi 3 O 8 +KOH
Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решетки ортоклаза. При наличии CO 2 KOH переходит в форму карбоната:
2KOH+CO 2 =K 2 CO 3 +H 2 O
Взаимодействие воды с минералами горных порода приводит так же и к гидратации - присоединению частиц воды к частицам минералов. Например:
2Fe 2 O 3 +3H 2 O=2Fe 2 O·3H 2 O
В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы сдержащие способные к окислению минералы. Ярким примером оксилительных реакций при химическом выветривании является возаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении нитрита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота , участвущая в создании новых минералов:
2FeS 2 +7O 2 +H 2 O=2FeSO 4 +H 2 SO 4 ;
12FeSO 4 +6H 2 O+3O 2 =4Fe 2 (SO 4) 3 +4Fe(OH) 3 ;
2Fe 2 (SO 4) 3 +9H 2 O=2Fe 2 O 3 ·3H 2 O+6H 2 SO 4
Биологическое выветривание
Биологическое выветривание производят живые организмы (
Оно относится к экзогенным (внешним) силам, влияющим на . Выветривание бывает разных видов:
Разновидностью физического является морозное выветривание, характерное для и субарктических климатических зон. Здесь вода замерзает не только в трещинах, но и в капиллярах, разрывая горную породу до рыхлого состояния.
Химическое выветривание . Это разрушение горных пород при взаимодействии их с химически активными элементами (кислородом, углекислым газом, органическими кислотами). Этот тип выветривания особенно заметен в породах, содержащих железо, - они покрываются бурой коркой. Главными районами земного шара, где происходит подобный процесс, являются и тропические широты. Здесь горные породы разрушаются дождевой водой с растворенными в ней химически активными элементами.
Для этого типа выветривания характерно накопление в озерах и : бокситов, фосфоритов, кобальта, осадочного железа.
Органическое выветивание . Оно протекает под действием живых организмов, которые дробят горные породы корнями растений и кислотой при разложении растительных и животных остатков. Животные, делая ходы и норы в , разрыхляют ее. Некоторые морские моллюски просверливают себе норы в прочных прибрежных скалах. Мхи и лишайники выделяют кислоты, растворяющие горные породы. Главный результат органического выветривания - образование почв.
Толща горных пород, которая подверглась разрушению, образует кору выветривания - рыхлый слой, создающийся в зоне просачивания воды. В жарком и , где условия наиболее благоприятны для его образования, кора выветривания достигает 100-200 м и более, хотя обычно толщина ее 30-60 м. В зависимости от различна не только мощность коры выветривания, но и ее состав.
Невидимые, неприметные силы выветривания, работающие изо дня в день, разрушают скалы, возле которых накапливаются крупные и мелкие обломки размером от глыб до песка. Они скатываются, сползают, скользят по склону, образуя осыпи. Обычно они имеют форму конуса, прислоненного к склону. Постепенно осыпь растет в ширину и высоту, стыкуется с соседними, образуя шлейф осыпей. Горы как бы «тонут» в грудах обломков. Осыпи образуются чаще весной, при таянии снега, или в тихую морозную .
