Выветривание горных пород, причины и типы выветривания

Окисление. Процессы окисления наиболее интенсивно протекают в минералах, содержащих закисные соединения железа, марганца и других элементов. Так, сульфиды в кислой среде становятся неустойчивыми и постепенно замещаются сульфатами, окислами и гидроокислами. Направленность этого процесса можно схематически изобразить следующим образом:

FeS₂ + nO₂ + mH₂О - FeSO₄ - Fe₂(SO₄)₃ - Fe₂O₃žnH₂О

Железняк - пирит сульфат- сульфат (лимонит) закиси окиси железа

На первой стадии получаются сульфат закиси железа и серная кислота. Наличие серной кислоты значительно усиливает интенсивность выветривания, способствует дальнейшему разложению минералов. На второй стадии сульфат закиси железа переходит в сульфат окиси железа. Последний в свою очередь оказывается неустойчивым и под действием кислорода и воды -переходит в водную окись железа - бурый железняк. Бурый железняк фактически представляет собой сложный минеральный агрегат близких по составу минералов гётита (FeO·OH) и гидрогётита (FeO·OH·nH₂O). На поверхности ряда месторождений сульфидных руд и других железосодержащих минералов наблюдается “бурожелезняковая шляпа”, возникшая в результате одновременных окисления и гидратации. Местами при недостаточном количестве влаги образуются бедная водой окись железа, гидрогематит (Fe₂O₃·H₂O). В результате процессов окисления магнетит переходит в гематит, как это имеет место в районе КМА. Гематит образуется и при окислении таких минералов, как оливин, пироксены, амфиболы, под действием воды, кислорода и углекислоты. Направленность реакции следующая:

(Mg, Fe)₂[SiO₄] - Fe₂O₃ + nMg(HCO₃)₂ + mH₄SiO₄.

Оливин – гематит - бикарбонат растворимый натрия - кремнекислота

Дальнейший процесс окисления  и гидратации может привести к  образованию гидроокислов железа (Fе₂O₃·nН₂O).

Гидратация - это процесс, заключающийся в присоединении воды к первичным минералам горных пород и образовании новых минералов. Можно привести следующие примеры гидратации:

1. Переход ангидрита в гипс  по реакции

СаSO₄+2H₂OÛCaSO₄-2H₂O (реакция обратима при изменении условий)

2. Переход гематита в гидроокислы  железа:

Fе₂О₃+nН₂ОÛFе₂О₃·nН₂О

При гидратации объем породы увеличивается и покрывающие отложения деформируются.

Растворение. Под влиянием воды, содержащей углекислоту, происходит растворение горных пород. Растворение особенно интенсивно проявляется в осадочных горных породах - хлоридных, сульфатных и карбонатных. Наибольшей растворимостью отличаются хлориды: соли натрия, калия и др. За хлоридами по степени растворимости стоят сульфаты, в частности гипс, за которыми следуют карбонатные породы: известняки, доломиты, мергели. В результате растворяющей деятельности поверхностных и подземных вод на поверхности растворимых пород образуются карстовые формы рельефа.

Гидролиз. Сложный процесс гидролиза особенно большое значение имеет при выветривании силикатов и алюмосиликатов. Он заключается в разложении минералов, выносе отдельных элементов, а также в присоединении гидроксильных ионов и гидратации. В ходе гидролиза первичная кристаллическая структура минерала нарушается и перестраивается и может оказаться полностью разрушенной и заменена новой, существенно отличной от первоначальной и соответствующей вновь образованным гипергенным минералам. В ряде случаев гипергенное преобразование силикатов и алюмосиликатов под влиянием воды, углекислоты и органических кислот протекает стадийно с образованием различных глинистых минералов. В качестве примера можно привести схему разложения полевых шпатов (полевой шпат, промежуточный минерал - каолинит):

K[AlSi₃O₈] - (К, Н₂О) А1₂ (ОН)₂[A1Si₃O₁₀]·nH₂0 - A1₄ (ОН)₈[A1Si₃O₁₀] ортоклаз – гидрослюда - каолинит 

При образовании из полевых шпатов каолинита происходит несколько  превращений и реакций:

1. Все катионы К, Na, Са при взаимодействии с углекислотой образуют истинные растворы карбонатов (СаСО₃, Na₂CО₃, К₂СОз) и бикарбонатов. В условиях влажного и теплого климата карбонаты выносятся за пределы; места их образования. В условиях сухого климата и недостатка влаги карбонаты остаются на месте, образуя твердую корку, или выпадают из раствора на некоторой глубине от поверхности. Такой процесс образования карбонатов называется карбонатизацией.

2. Каркасная структура полевых  шпатов превращается в слоевую, свойственную каолиниту и другим глинистым минералам.

3. Часть растворенного кремнезема выносится водой, что подтверждается наличием в твердом стоке речных вод в среднею около 11% SiO₂. Значительная часть выносимого кремнезема быстро переходит в коллоидальное состояние и выпадает в виде аморфного гидратированного осадка SiO₂·nН₂O, который при высыхании и частичной потере воды превращается в опал. Часть SiO₂ остается прочно связанной в каолините.

4. Присоединение гидроксильных ионов в каолините. В результате выветривания магматических и метаморфических горных .пород, богатых алюмосиликатами (гранитов, гранодиоритов, гнейсов и др.), образуются месторождения каолина. Каолинит в условиях земной поверхности достаточно устойчивый минерал. Но при благоприятных условиях - высокой температуре, большом количестве атмосферных осадков и огромном растительном отпаде - происходит дальнейшее разложение и образуются наиболее устойчивые соединения - гидроокислы алюминия, такие, как гиббсит, или гидраргиллят, А10(ОН)з - один из рудоносных минералов основной алюминиевой руды - боксита. Иногда гидроокислы алюминия распространены в виде пятен в каолинитах.

При выветривании полиминеральных  горных пород наряду с гидроокислами алюминия на конечных стадиях образуются гидроокислы железа, иногда марганца, титана. Наибольшая интенсивность химического выветривания проявляется в железисто-магнезиальных минералах (оливин, пироксены, амфиболы) и основных плагиоклазах.

2.3. Биогенное выветривание

Биогенное выветривание, или биологическое связано с активным воздействием на горные породы растительных и животных организмов. В сложных процессах химического разложения минералов и горных пород велика роль биосферы. Биогеохимическое воздействие на горные породы начинается уже с первых поселенцев на скальных поверхностях горных пород - различных микроорганизмов, лишайников и мхов. В результате такого воздействия на скальной поверхности породы после их отмирания появляются углубления, заполненные сухим органическим веществом (биомасса микробных и других тел). Все это подготавливает условия для последующего заселения скал высшими растениями и сопутствующей им фауной. Роль организмов в химическом выветривании определяется тем, что они поглощают из разрушаемой породы химические элементы в соответствии со своими биологическими потребностями (как питательные вещества). К числу таких элементов относятся Р, S, С1, К, Са, Mg, Na, Sr, В, в меньшей степени Si и Al, Fe и др.

Даже на самой гладкой скале  селятся лишайники. Ветер заносит  их мельчайшие споры в самые тонкие трещины или прилепляет к мокрой от дождя поверхности, и они прорастают, плотно прикрепляясь к камню, вытягивают из него вместе с влагой соли, нужные им для жизни, и постепенно разъедают  поверхность камня и расширяют  трещины. К разъеденному камню легче  пристают, а в расширенные трещины  больше набиваются мелкие песчинки и  пылинки, которые приносит ветер  или смывает вода с вышележащего склона. Эти песчинки и пылинки  мало-помалу образуют почву для высших растений (трав, цветов). Их семена приносятся ветром, попадают в трещины и в  пыль, набившуюся между слоевищами лишайников и прилипшую к разъеденному им утёсу, и прорастают. Корни растений углубляются в трещины, расталкивают в стороны куски породы. Трещины  расширяются, в них набивается ещё  больше пыли и перегноя от отживших трав и их корней, - и вот подготовлено место для больших кустов и  деревьев, семена которых тоже заносятся  ветром, водой или насекомыми. У  кустов и деревьев корни многолетние  и толстые; проникая в трещины  и утолщаясь с годами, по мере роста, действуют словно клинья, расширяя трещину всё больше и больше.

Разрушению пород способствуют разнообразные животные. Грызуны  роют огромное количество нор, рогатый  скот вытаптывает растительность; даже черви и муравьи разрушают  поверхностный слой почвы.

Выделяющиеся при разложении органических остатков углекислый газ и гуминовые  кислоты попадают в воду, которая  в результате этого резко увеличивает  свою разрушающую способность. Растительный покров способствует накоплению влаги  и органических веществ в почве, благодаря чему увеличивается время  воздействия химического выветривания. Под покровом почвы выветривание происходит интенсивнее, т.к. горную породу растворяют также и органические кислоты, содержащиеся в почве. Бактерии, которые распространены повсеместно, образуют такие вещества как азотная  кислота, углекислый газ, аммиак и другие, способствующие скорейшему растворению  минералов, содержащихся в горных породах.

3. Продукты выветривания

Таким образом, процессы физического, химического, биогенного выветривания идут постоянно и повсеместно. Под  их влиянием медленно, но неотвратимо  разрушаются даже самые прочные  горные породы, постепенно превращаясь  в дресву, песок и глину, которые  водными потоками переносятся на огромные расстояния и, в конце концов, вновь отлагаются в озёрах, океанах  и морях.

В процессе выветривания возникают  две группы продуктов выветривания: подвижные, которые уносятся на то или  иное расстояние, и остаточные, которые  остаются на месте своего образования. Остаточные, несмещенные продукты выветривания представляют собой один из важнейших  генетических типов континентальных  образований и называются элювий.

Совокупность продуктов выветривания различных по составу элювиальных  образований верхней части литосферы  называется корой выветривания. Формирование коры выветривания, состав слагающих её образований и мощность изменяются в зависимости от климатических условий - сочетания температуры и влажности, поступления органического вещества, а также от рельефа. Наиболее благоприятным для формирования мощных кор выветривания является относительно выровненный рельеф и сочетание высокой температуры, большой влажности и обилие органических веществ.

Элювий может состоять из крупных  обломков и из мелких, образующихся при дальнейшем разрушении, в котором  главную роль играют химические агенты. Под действием воды, содержащей кислород и углекислый газ, все породы, в конце концов, превращаются в песок, или в супесь, или в суглинок, или в глину; в зависимости от своего состава кварцит превратится в чистый песок, белый или желтоватый, песчаник даст глинистый песок, гранит - сначала дресву из отдельных зёрен, а затем суглинок, глинистый сланец - глину. Известняк, обычно нечистый, теряет известь, которую растворяет и уносит вода, оставляя примеси в виде глины, чистой или песчаной. Эти конечные продукты выветривания в элювии смешаны с большим или меньшим количеством щебня и обломков, находящихся в разных стадиях своего изменения.

С элювием связаны месторождения  бокситов, из которых получают алюминий, каолинов, бурого железняка и других полезных ископаемых. При разрушении коренных горных пород высвобождаются содержащиеся в них стойкие минералы. Они могут образовывать ценные минеральные скопления - россыпи. Например, элювиальные россыпи алмазов над кимберлитовыми трубками, россыпи золота над золотоносными жилами.

У подножия разрушающихся утёсов, отвалившиеся от них обломки накапливаются, образуя на склонах обширные осыпи, часто легко подвижные и трудно проходимые, состоящие из крупных глыб или из щебня, ползущего под ногами вниз. На плоской поверхности горных вершин выходы твёрдых пород распадаются при выветривании на отдельные части, превращаясь в сплошную россыпь глыб, торчащих в разные стороны. Эти россыпи особенно часты в Сибири и Арктике, где они образуются при совместной работе сильных морозов и влаги туманов, дождей и тающего снега. Но и в тёплом климате вершины гор, поднимающиеся над линией постоянного снега, где климат почти арктический, разрушаются быстро и дают обильные осыпи и россыпи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

"Так, потихоньку, из-за дня  в день, из года в год, из  века в век, работают незаметные  силы над разрушением горных  пород, над их выветриванием. Как они работают, мы не замечаем, но плоды их трудов видны везде: сплошная твердая скала, которая первоначально была рассечена только тонкими трещинами, оказывается, благодаря выветриванию, более или менее сильно разрушенной; первые трещины расширены, появились новые в еще большем числе; от всех углов и краев отвалились мелкие и крупные куски и лежат тут же кучками у подножия скалы или скатились вниз по склону, образуя осыпи. Гладкая поверхность скалы стала шероховатой, изъеденной; на ней местами видны лишаи, местами выбоины и щели, местами черные или ржавые подтеки".

Собственно выветривание не создает  форм рельефа, оно только подготавливает материал к переносу. Поэтому широко распространенное название «формы выветривания»  применительно к причудливым  скалам, встречающимся в горах, не совсем правильно. Характер выветривания различен, он зависит от пород, которыми сложены эти скалы, от их трещиноватости; но сама форма скал создается только вследствие того, что частицы, отделившиеся в результате выветривания от основного массива, падают, выдуваются ветром, смываются водой, словом, смещаются, а это уже в процесс выветривания не входит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы :

1.  Добровольский В.В., Механизмы гипергенеза. Природа, 1977, №2.