Выветривание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выветривание

 

 

Это совокупность многих факторов: колебаний температуры; химического воздействия различных газов (0₂) и кислот (углекислота) растворённых в воде; воздействия органических веществ, образующихся в результате жизнедеятельности растений и животных и при разложении их остатков; расклинивающего действия корней кустарников и деревьев. Иногда эти факторы действуют вместе, иногда по отдельности, но решающее значение имеют резкая смена температуры и водный режим. В зависимости от преобладания тех или иных факторов выделяют физическое, химическое и биогенное выветривание.

 

 

 

Физическое выветривание

 

Физическое выветривание проявляется в механическом разрушении коренных горных пород под воздействием солнечной энергии, атмосферы и воды. Горные породы подвергаются то нагреванию, то охлаждению. При нагревании происходит расширение и увеличение их объёма, при охлаждении - сжатие и уменьшение объёма. Это расширение и сжатие очень невелики; но, сменяя друг друга не день и не два, а целые сотни и тысячи лет, они, в конце концов, обнаружат свое действие. Горные породы состоят из разных минералов, одни из которых расширяются больше, другие меньше. За счёт разного расширения в этих минералах возникают большие напряжения, неоднократные действия которых приводят, в конце концов, к ослаблению связей между минералами и порода рассыпается, превращаясь в скопление мелких обломков, щебня, грубого песка. Особенно интенсивно разрушаются много минеральные горные породы (граниты, гнейсы и др.). Кроме того, коэффициент линейного расширения даже у одного и того же минерала неодинаков в разных направлениях. Это обстоятельство при колебаниях температуры вызывает напряжения и нарушения сцепления минеральных зёрен и в одно-минеральных породах (известняк, песчаник), что приводит со временим к их разрушению.

На скорость выветривания оказывает влияние величина слагающих её минеральных зёрен, а также их окраска. Тёмные породы нагреваются, а значит, расширяются больше, чем светлые, которые сильнее отражают солнечные лучи. Такое же значение имеет и цвет отдельных зерен в породе. В породе, состоящей из зёрен разного цвета, сцепление зёрен будет ослабевать быстрее, чем в породе, состоящей из зёрен одного цвета. Наименее устойчивы к смене холода и жары породы, состоящие из крупных зёрен разного цвета.

Ослабление сцепления между зернами приводит к тому, что эти зерна отделяются друг от друга, порода теряет прочность и рассыпается на свои составные части, превращаясь из твердого камня в рыхлый песок или дресву.

Температурное выветривание особенно активно происходит в областях с жарким континентальным климатом - в пустынных районах, где очень велики суточные перепады температуры и характерно отсутствие или весьма слабое развитие растительного покрова, и малое количество атмосферных осадков. Кроме того, температурное выветривание весьма интенсивно протекает на склонах высоких гор, где воздух прозрачнее и инсоляция гораздо сильнее, чем на соседних низменностях.

Разрушающее действие на горные породы в пустыне оказывают кристаллики солей, образующиеся при испарении воды в тончайших трещинках и увеличивающие давление на их стенки. Капилярные трещинки под действием этого давления расширяются, и монолитность породы нарушается.

Различные породы разрушаются с различной скоростью. Великие египетские пирамиды, сложенные из глыб желтоватых песчаников, ежегодно теряют 0,2 мм своего наружного слоя, что приводит к накоплению осыпей (у подножия пирамиды Хуфу образуются осыпи объёмом 50 м³/год). Скорость выветривания известняков составляет 2 -3 см в год, а гранит разрушается намного медленнее.

Во время дождя утёсы намокают: одни породы - пористые, сильно трещиноватые - больше, другие - плотные - меньше; потом они опять высыхают. Попеременное высыхание и намокание тоже сказывается на ослаблении сцепления частиц. Ещё сильнее действует вода, замерзающая в трещинах и мелких пустотах (порах) горных пород. Это происходит осенью, если после дождя ударит мороз, или весной, после тёплого дня, когда на припёке тает снег и вода проникает в глубь утёсов, а ночью замерзает. Значительное увеличение объёма замерзающей воды вызывает огромное давление на стенки трещин, и порода раскалывается. Особенно это характерно для высоких полярных и субполярных широт, а также в горных районах, преимущественно выше снеговой границы. Здесь разрушение горных пород происходит главным образом под влиянием механического воздействия периодически замерзающей воды, находящейся в порах и трещинах горных пород (морозное выветривание). В высокогорных областях скалистые вершины, как правило, разбиты многочисленными трещинами, а их подножия скрыты шлейфом осыпей, которые сформировались за счет выветривания. Благодаря избирательному выветриванию появляются разнообразные "чудеса природы" в виде арок,ворот и т.д., особенно в пластах песчаников

Химическое выветривание

 

Одновременно и взаимосвязано с физическим выветриванием при соответствующих условиях происходит процесс химического выветривания, вызывающий существенные изменения в первичном составе минералов и горных пород и образование новых минералов. Главными факторами химического выветривания являются: вода, свободный кислород, углекислый газ и органические кислоты. Особенно благоприятные условия для такого выветривания создаются во влажном тропическом климате, в местах с обильной растительностью. Там имеет место сочетание большой влажности, высокой температуры и огромного ежегодного опада органической массы растительных остатков, в результате разложения которых значительно возрастает концентрация углекислоты и органических кислот. Процессы, протекающие при химическом выветривании, могут быть сведены к следующим основным химическим реакциям: окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление хорошо развито, например, в железных рудах Курской магнитной аномалии, где минерал магнетит (FeFe₂O₄) превращается в химически более устойчивую форму - гематит (Fe₂O₃), образующий богатые рудные "железные шляпы", т.е. скопления хорошей руды. Многие осадочные горные породы, такие, как пески, песчаники, глины, содержащие включения железистых минералов, окрашены в бурый или охристый цвет, указывающий на окисление этих металлов.

Гидратация связана с присоединением воды к минералу. Таким образом, ангидрит (CaSo₄) превращается в гипс (CaSo₄^.2H₂O), содержащий две молекулы воды. При гидратации происходит увеличение объема породы, деформация ее и покрывающих отложений.

При гидролизе, т.е. разложении сложного вещества под действием воды, полевые шпаты переходят, в конце концов, в минералы группы каолинита - белые пластичные глины (из них делают лучший фарфор), содержащие алюминий, кремний и молекулы воды. Гора Каолинь в Китае сложена именно такими глинами.

При растворении из горной породы удаляются некоторые химические компоненты. Такие породы, как каменная соль, гипс, ангидрит, растворяются в воде очень хорошо. Известняки, доломиты и мраморы растворяются несколько хуже. В воде всегда содержится углекислота, которая, вступая во взаимодействие с кальцитом, разлагает его на ионы кальция и гидрокарбоната (HCo₃^-). Поэтому известняки всегда выглядят как подвергшиеся травлению, т.е. избирательному растворению. На них образуются желобки, бугорки, выемки. Если известняк местами "испытывает окремнение" (замещение кремнезёмом) и становится более прочным, то эти участки при выветривании всегда будут выступать, образуя, например, такие формы рельефа, как возвышенности.

 

Биогенное выветривание

 

Биогенное выветривание связано с активным воздействием на горные породы растительных и животных организмов. 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, сосут 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.

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.