Происходит на протяжении всего . Осуществляется оно различными по направлению геологическими процессами.

Гора Монсеррат в Испании

Одни геологические процессы обусловлены воздействием:

1. атмосферы,
2. гидросферы,
3. биосферы;

Другие - связаны с недрами Земли.

Донецкий кряж

Рассмотреть, как время разрушает камень, можно на примере Донбасса. В процессе выветривания мощный Донец­кий кряж превратился в степь.

Проезжая по Донбассу, например от Константиновки на Гор­ловку - столицу старейшего каменноугольного бассей­на и дальше на Иловатскую, или другим маршрутом - от Лу­ганска на Шахты, - нигде нет особенных неровностей рельефа.

В результате бурных горообразовательных процессов толщи девонских и каменноугольных отложений были смяты в складки и разбиты трещинами, по которым происходили перемещения отдельных участков земной коры. Образовался могучий Донец­кий кряж, и современному овражно-степному ландшафту в то далекое время отвечал горный ландшафт с высокими вершинами отдельных гор, с глубокими, мрачными ущельями, бурными по­токами.

Сейчас от этих гор ничего не осталось. Процессы выветривания постепенно разрушали горные породы, слагавшие Донецкий кряж, вода и ветер сгружали с него продукты выветривания, и сейчас о древних горах можно судить только по тем складкам, которые лежат глубоко под, землей.

Зная направление и наклон пластов этих разрушенных под­земных складок, а геологи умеют точно их определять, можно мысленно восстановить на бумаге «воздушные складки» и по ним сделать правильные выводы о древнем рельефе Донбасса.

Мысленное восстановление разрушенных складок гор

Внимательное изучение угленосной толщи Донбасса позво­лило выделить до двухсот прослоев и пластов различной мощ­ности. Это значит, что та территория, которую занимает Донбасс, испытала до двухсот поднятий и опусканий. Это значит, что двести раз последова­тельно вновь вырастала мощная растительность и снова скры­валась в пучинах древних морей.

Залежи угля встречаются:

1. в виде гнезд значительной ве­личины,
2. в виде пластов, покрывающих огромные площади.

Залежи первого типа форми­ровались в замкнутых водо­емах - в озерных котлови­нах, а второго типа, наобо­рот - в огромных водных бассейнах. Ко второму типу залежей относится Донбасс.

Виды выветривания

Под воздействием раз­личных видов выветривания:

постепенно и незаметно раз­рушались горы; точно также постепенно огромные участки суши заливались морем и, наоборот, морское дно в результате его поднятий ста­новилось сушей.

История Донбасса и обнажения реки Йеллоустон (на Северо-Западе США), с пятнадцатью горизонтами окаменевших деревьев, дают в этом убедительные подтверждения.

Река Йеллоустон со скалистыми берегами из окаменевших деревьев

Морские осадки часто сми­нались в складки, образуя высокие горы.

Воздействие атмосферы на горные породы

Воздействие атмосферы на горные породы проявляется в изменении температурного режима и работе ветра .

Колебание температуры разрушает горные породы

В высокогорных районах и пустынях наблюдаются резкие колебания температуры в течение суток, особенно летом; в пол­день нестерпимо печет солнце, а ночью резко холодает. Камень днем сильно нагревается, а ночью остывает.

Эти различия не могут не отразиться на ослаблении связи меж­ду отдельными минеральными зернами, составляющими породу, при этом чем крупнее зерно и темнее окраска породы, тем силь­нее идет этот процесс.

Постепенно на поверхности камня обра­зуются трещины. В них проникает вода, напитывает породу и, замерзая в мороз, заметно увеличивает свой объем. Трещины становятся все глубже и шире, пока, наконец, камень не ото­рвется от утеса.

Разрушение горных пород

В тихую морозную ночь или весной, когда тает снег в горах, бывает отчетливо слышен треск отрыва породы, - и загремит потом глыба по каменному скату, или зашуршит, сползая по осыпи к ее краю. Бывает и так, что огромная глыба в результате сильного перегрева распадается на месте на отдельные куски, как очищен­ный апельсин на составляющие его дольки.

Камни различной стадии разрушения встречаются часто в гористой пустыне, например в Центральной Азии, в Восточной Сахаре, в Атласских горах (Северная Африка), в горах Кавказа и Крыма. Валуны и различной формы каменные обломки бывают настолько разбитые трещинами, что камень легко распадается при слабом на­жиме руки.

Матрацевидная отдельность

Встречаются трещины и другого рода. Они наблюдаются нередко на гранитах и называются трещинами отдельности так как отчетливо разбивают породу на отдельности в виде глыб блоков. Порода, разбитая трещинами отдельности, напоминает матраци, наваленные в беспорядке друг на друга. Отсюда и название - матрацевидная отдельность .

Происхождение этой отдельности объясняется тем, что при остывании расплавленной магмы в недрах земли на породе образовались горизонтальные и вертикальные трещины. Когда же порода оказалась на поверхности земли, эти трещины в результате воздействия процессов выветривания значительно расширились и отчетливо наметили разделение породы на отдельности.

Выветривание таких крупнозернистых пород , как некоторые виды гранитов, (подробнее: ), протекает иногда весьма своеобразно. Геологи называют его шелушением камня. И, действительно, с поверх­ности камня, словно шелуха, начинают постепенно отваливать­ся отдельными плитками куски породы.

Этот материал накап­ливается у подножия валуна или утеса, который постепенно принимает округлую форму.

Загар или лак пустыни

Особую форму выветривания , еще недостаточно изученную, представляет образование так называемого загара или ла­ка пустыни . Мрачным черным налетом он по­крывает утесы и отдель­ные камни особенно твердых и мелкозерни­стых пород. В пасмур­ную погоду эта мрачная окраска производит гнетущее впечатление, и только под лучами солнца оживает характерный облик пустыни.

Загар пустыни по­крывает тонкой плен­кой лишь освещаемые солнцем участки поро­ды. Та сторона камня, которой он лежит на земле, обычно не загорает. Скрывая истинный цвет камня и его строение, загар пустыни затрудняет без геологического молот­ка полевое определение пород, слагающих утесы, но стоит только ударить молотком - и под черным лаком налета обнаруживается хорошо знакомый гранит или другая порода.

Но представление о значении выветрива­ния в жизни Земли будет далеко не полным, если не ознакомиться с такими формами рельефа, которые позволяют судить о далеком прошлом той страны, в которой они сохранились.

В пустыне можно увидеть отдельные столообраз­ные возвышенности, сложенные параллельно лежащими пласта­ми пород. Хотя эти возвышенности и расположены далеко друг от друга, однако по слагающим породам нетрудно заключить что когда-то они представляли единое целое.

Теперь можно только догадываться об исчезнувших пластах: очевидно, они были сложены более мягкими породами, слабее сопротивляю­щимися процессам выветривания, их размывали воды, развева­ли ветры,- и только эти одинокие возвышенности остались молчаливыми свидетелями далекого прошлого. Их так и назы­вают каменными останцами .

Подобные формы рельефа часто носят названия столбов, башен, игол, столов, грибов и т. п., подтверждая тем самым внешнее сходство с теми предметами, которые они нам напоми­нают. Иногда в столбах наблюдаются черты сходства с фигурой или лицом человека, тогда их называют «дед», «старик и ста­руха», «братья», «каменные болваны» и т. п.

В пустыне Джунгарии, на берегу реки Дям, а также в Севе­ро-Восточном Китае, Синьцзяне наблюдается значительное раз­нообразие форм рельефа. Особенно их много в одном районе. По внешнему сходству они местами напоминают развалины города, от которого сохранились только отдельные башни, полу­разрушенные крепостные стены, дома, улицы.

Эоловый город в Китае

В образовании этих причудливых форм рельефа большое участие принимал ветер, недаром геологи и назвали этот замечательный район Джунгарской пустыни «эоловым городом» (по верованиям древ­них греков, Эол - повелитель ветров).

Следы работы ветра в формировании рельефа особенно за­метны на высокогорных хребтах, где ветер достигает значительной силы, а также в пустынях, где есть ему разгуляться. В пу­стынях всегда дуют ветры. Недаром жители пустынь называют ветер «хозяином пустыни», который принимает участие в процессах выветривания.

Процесс выветривания в пустыне

Ослабление связи между отдельными минеральными зерна­ми, составляющими породу, приводит к тому, что камень посте­пенно начинает выкрашиваться. Ветер углубляет выветривание горных пород не только тем, что выдувает отдельные неустойчивые зернышки породы, но и дальше разрушает ее по­стоянными ударами мириадов песчинок.

Так постепенно даже в гранитах образуются углубления, или ниши выдувания , как их называют геологи. В мягких породах, как мергели, иначе глинистые известняки, и в песчаниках ниши достигают достигают иногда значительных размеров, например в окрестностях Бахчисарая (в Крыму) и Кисловодска, особенно по дороге на скалу Лермонтова.

Ниши в мягких породах встречаются не только значительных размеров и глубин, но даже иногда насквозь пробивают отдель­ные утесы, оказывающие препятствие движению ветра. Такова например, Кольцо-гора на левом берегу реки Подкумок - место постоянных экскурсий отдыхающих в кисловодских санаториях.

На отвесных обрывах в мягких породах можно наблюдать образование небольших неровностей, возникающих под воздействием продолжительной работы песка и ветра. По внешнему виду эти неровности могут иметь общее сходство и с кружевами и с пчелиными сотами, только значительно увеличенные, отсюда и название сотовое или ячеистое, выветривание . Оно часто встречается в местах выходов мергелистых, известняковых и других пород, например в окрестностях Бахчисарая и Кисловодска.

Местами камень непосредственно выходит на поверхность Земли или неглубоко залегает под слоем почвы. В горных странах на месте даже неглубоких выемок можно проследить, как почва постепенно переходит в ту породу, на которой она залегает. Значит, камень превратился в почву? Как же в этом можно убедиться?

Воздействие биосферы на процесс выветри­вания

Лишаи, мхи и другие растения, поселяющиеся непосредственно на голом камне и в трещинах скал, и особенно мельчайшие организмы - бактерии усиливают процесс выветри­вания . Каменная порода, разрушаясь, измельчаясь все больше и больше, постепенно превращается в почву, на которой затем поселяется различная растительность. Растительные и животные остатки обогащают почву перегноем.

Почва - продукт выветривания гор­ных пород

Рассматривая щепотку почвы , в ней можно увидеть мельчай­шие прозрачные песчинки, камешки, корешки. А если размешать в стакане воды немного почвы, то на дно стакана быстро осядет песок и медленно отложится глина.

Песок и глина - основа почвы. В зависимости от преобла­дания в почве песка или глины она так и называется глинистой, песчаной, суглинистой, супесчаной и т. д.

Почвы - одно из основных природных богатств Земли. В нашей стране плодородные, особенно богатейшие черно­земные почвы занимают огромные пространства.

Умелым вмешательством в жизнь почвы, в протекающие в ней сложнейшие процессы человек повышает плодородие поч­вы. Он не только возрождает истощенные почвы, но даже пре­вращает заведомо бесплодные в плодородные.

В крепостной России неуме­лое хозяйничанье привело к оскудению наиболее хлебородных губерний. Земля перестала плодоносить. Как возродить плодородие почвы, никто не знал, потому что тогда еще не понимали, что такое почва и как она образуется.

Вклад В. В. Докучаева в почвоведение

Строилось много догадок, пока талантли­вый русский ученый профессор В. В. Докучаев (1846-1903) бле­стяще не разрешил поставленную перед сельским хозяйством серьезную задачу. Наука о почве - почвоведение - зародилась в России. Почвоведение - основа мировой науки о почве.

На древних обомшелых стенах Староладожской крепости, заложенной новгородцами в 1116 г., Докучаев разгадал тайну образования почвы из камня.

Строители Староладожской крепости складывали ее стены из «дикого камня» - известняка, находившегося неподалеку в окрестности. Прошло много столетий, и старая крепость, пере­жив славу блестящей победы Александра Невского над швед­скими захватчиками (1240 г.), превратилась в исторический па­мятник, разрушаемый беспощадным временем.

Внимательно исследуя обветшалые стены, Докучаев обнару­жил на поверхности их землистое вещество, в котором прочно укоренилась различная растительность.

Откуда же появилась земля на стенах старой крепости? Не занес ли ее сюда ветер,

Задумался ученый. Нет! Землистое вещество было не только на камнях, но также и между камнями. В нем встречались, кроме того, крупинки и куски того самого камня, из которого были сложены стены крепости. Отдельные куски до того выветрились, что легко крошились в руке.

Что же произошло с камнем? Почему он стал таким податли­вым даже для пальцев? Камень разрушило время .

На протяжении сотен лет камень Староладожской крепости начал переходить в новое образование - почву.

В настоящее время идет реконструкция Староладожской крепости, которая к середине ХХ столетия превратилась практически в руины. Чему причиной стало время и выветривание горных пород.

Выветривание горных пород под воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительности, животных, особенно микроорганизмов, (подробнее: ), и человека приводит к образованию почвы.

Почва благоприятствует образованию, и обеспечивает , без которой невозможно существование животного мира. Вознаграждая труд человека, почва еще больше увеличивает значе­ние камня в жизни Земли.

Первое, что приходит в голову, когда слышишь «выветривание» - ужасно сильный ветер, разрушающий все на своем пути. Думаю, что хоть это и не связано с ужасными ветрами, сила явления огромна, ведь она меняет облик нашей планеты до неузнаваемости. Что ж, попробую объяснить, что же это за сила.

Выветривание и его виды

Под этим термином подразумевается процесс, при котором под воздействием извне породы деградируют и разрушаются. Этот процесс не прекращается и приводит к глобальному изменению в очертаниях земной коры. Факторы, которые обуславливают это явление, достаточно разнообразны: от обычной воды до влияния атмосферы. Однако в большинстве случаев наблюдается совокупность ряда факторов, что в итоге приводит к истощению горной породы. Науке известны следующие разновидности выветривания:

• химическое;
• физическое;
• органическое.

Выветривание органическое

Причина - живые организмы. Например, корни способны дробить породу, а лишайники выделяют кислоты, тем самым, внося свою лепту. И крупные, и мелкие животные делают норы, например, некоторые птицы просто выдалбливают ниши для гнезд. Останки органики разлагаются, а это тоже сопровождается выделением кислот.

Химическое и физическое выветривание

При контакте с химическими элементами горные породы вступают в реакцию, что приводит к изменениям их структуры. Подобные процессы, в основном, характерны для экваториальных районов и тропических широт. Здесь сказывается воздействие дождевой воды, которая содержит химически активные вещества. Конечным результатом становится накопление в водоемах осадка, где формируются полезные ископаемые.

Что касается выветривания физического, то здесь главная роль отводится температуре, вернее, ее колебаниям. К примеру, нагревшись на солнце, скалы расширяются, хоть это и не видно невооруженным глазом, а с наступлением прохладной ночи происходит обратное.

В результате появляются практически неразличимые трещинки, в которые устремляется влага. В конце концов, она разрывает породу, как обычную бутылку с водой, оставленную на морозе.

Выветривание - разрушение горных пород под воздействием ряда факторов. Приходя в контакт с атмосферой, гидросферой и биосферой, горные породы, ранее находившиеся на глубине, подвергаются изменению своего состояния, нарушению сплошности и, наконец, дезинтеграции, разрушению на мелкие частицы. Выветривание можно разделить на три вида механическое, химическое и биологическое.

Механическое или морозное выветривание , происходит при замерзании воды попавшей в трещины горных пород. Вода, замерзая, превращается в лед, объем которого на 10% больше, и при этом создается давление на стенки, например, трещины, до 200 МПа, что значительно больше прочности большинства горных пород. Такое же расклинивающее действие на породы оказывают кристаллы соли при их росте из раствора. Механическое расклинивающее воздействие на горные породы оказывают корни деревьев и кустарников, которые, увеличиваясь в объеме, создают большое добавочное напряжение на стенки трещины. Даже мелкие грызуны, а также черви, муравьи и термиты оказывают механическое воздействие на горную породу, роя ходы до 1,5 м глубиной.

Химическим выветриванием называется разрушение горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислоты и органических кислот, содержащихся в воздухе и воде и воздействующих на поверхность пород, растворяя их. Химические выветривание представлено несколькими основными процессами: растворением, окислением, гидратацией, восстановлением, карбонатизацией, гидролизом.

Растворение играет наиболее важную роль, т.к. связано с воздействием воды, в которой растворены ионы Na, К, Mg, Са, CI, SO, НСО3 и др. Особенно существенны ионы водорода (Н), гидроксильный ион (ОН) и содержание О, СО и органических кислот. Как известно, концентрации ионов Н оценивают в виде рН-логарифма концентрации ионов. При рН = 6 растворимость железа в 100 тыс. раз (!) больше, чем при рН = 8,5. Глинозем - Al2O3, практически нерастворимый при рН от 5 до 9, при рН < 4 прекрасно растворяется. Кремнезем - SiO2 - значительно увеличивает свою растворимость при пере-ходе от кислых растворов с рН < 7 к щелочным рН > 7. Отсюда ясно, какую важную роль играет водородный ион в ускорении процессов химического выветривания, в частности растворения. Хорошо растворяются соли хлористо-водородной и соляной кислот. Так, на 100 частей воды по весу NaCl приходится 36 частей, RC1 - 32, MgCl - 56, CaCl - 67. Карбонаты и сульфаты растворяются хуже, например на 10 тыс. частей воды всего 20 частей CaSO4, или 25 частей CaSO4 +2H2O. Еще хуже растворяются карбонатные породы, известняки, мергели, доломиты. Однако если растворение продолжается длительное время, то возникает большое разнообразие карстовых форм рельефа, включая глубокие, многокилометровые пещеры

Окисление представляет собой взаимодействие горных пород с кислородом и образование оксидов или гидроксидов, если присутствует вода. Сильнее всего окисляются закисные соединения железа, марганца, никеля, серы, ванадия и других элементов, которые легко соединяются с кислородом.

Легко окисляется такой распространенный минерал, как пирит:

FeS2 + mO2 + nH2O>FeSO4> Fe2 (SO4)3>Fe2O3 nH2O

Таким образом, на «выходе» после окисления получается такой распространенный минерал, как лимонит, или бурый железняк.

Следы окисления в виде пород, окрашенных в бурый, охристый цвет, наблюдаются везде, где в породах содержатся железистые минералы или их включения.

Восстановление происходит в отсутствие химически связанного кислорода, когда сильным восстановителем является органическое вещество, сформировавшееся в результате отмирания болотной растительности. При этом необходимы анаэробные условия в неподвижной, застойной воде, например в болотах. Восстановительные процессы превращают породы с оксидом железа, окрашенные в бурые, желтые и красноватые цвета, в серые и зеленые. Под торфом иногда возникает глинистая серо-зеленая масса, называемая глеем.

Гидролиз - это довольно сложный процесс, особенно затрагивающий минералы из группы силикатов и алюмосиликатов. Происходит он при взаимодействии ионов Н и ОН с ионами минералов, следовательно, для гидролиза всегда необходима вода. Гидролиз приводит к нарушению первичной кристаллической структуры минерала и возникновению новой структуры уже другого минерала. Наиболее распространенный пример - это гидролиз ортоклаза, одного из полевых шпатов, часто встречающегося в горных породах, особенно в гранитах. Гидролиз в присутствии СО приводит к образованию нерастворимого минерала каолинита и выносу бикарбоната калия и кремнезема.

Примеры реакции гидролиза:

2 KАlSi3O8 + 3H2O + 2CO2 > Al2Si2O5 (OH)4 + H4SiO4 +2KHCO3

ортоклаз, каолинит кремнекислота бикарбонат калия

микроклин

СaАl2Si2O8 + 3H2O + 2CO2 > Al2Si2O5 (OH)4 + Са(HCO3)2 + H4SiO4

аноритт каолинит бикарбонат Сa

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. Все поверхностные воды содержат углекислый газ, поступающий из атмосферы или из разлагающегося в почве органического вещества. Растворенный углекислый газ реагирует с водой, при этом образуется углекислота:

Н 2 О + СО2 = Н2 СО3

Углекислота диссоциирует на ионы водорода (Н +) и бикарбоната (НСО3 -) и ионы карбоната (СО3 2-). Поэтому насыщенная углекислой вода растворяет многие минералы легче, чем чистая вода, т.е. является активным агентом выветривания.

Гидратация - это процесс присоединения воды к минералам и образования новых минералов. Самый простой пример - переход ангидрита в гипс.

CaSO4 + 2H2O>CaSO4 2H2O

Объем породы при гидратации увеличивается, что может привести к деформациям отложений.

Биологическое выветривание. Горные породы на своих поверхностях содержат огромное количество микроорганизмов. На 1 г выветрелой породы может приходиться до 1 млн. бактерий. Как только порода начинает выветриваться, на ней сразу же поселяются бактерии и сине-зеленые водоросли, затем лишайники и мхи, которые растворяют и разрушают поверхностный слой породы, и после их отмирания на ней образуются углубления, ямки, борозды, заполненные сухой биомассой отмерших организмов. Наиболее распространены грибные гифы (ветвящиеся тяжи) и микроколонии из округлых клеток. Грибы, как правило, интенсивно окрашены различными пигментами - меланином, каротиноидами, микроспоринами, которые вызывают потемнение трещин и придают поверхности мрамора, например, красновато-бурый, бурый - почти черный - цвет. Еле заметные трещинки на поверхности камней обладают другими экологическими обстановками, нежели обстановки на гладкой поверхности породы. Там больше влаги и меньше света. Поэтому в субаэральных пленках на поверхности камней преобладают микроскопические грибы, гифы которых активно растут, удлиняются и в конце концов покрывают всю поверхность камня. Таким образом, на поверхности горных пород формируются сообщества микроорганизмов, играющие важную роль в процессах выветривания.

Чаще всего перечисленные выше типы выветривания действуют одновременно. Однако под воздействием климата, водного режима, смены суточной и сезонной температур решающим становится какой-нибудь один тип, подчиняющийся климатической зональности. Так, во влажной тропической зоне химическое выветривание благодаря высокой температуре протекает интенсивно, с максимумом выщелачивания. Несколько менее энергично такое же выветривание происходит в таежно-подзолистой зоне. В пустынях, полупустынях и тундре преобладает физическое выветривание, тогда как химическое сходит на нет.

Выветривание минералов представляет собой сложный и длительный по времени процесс, в ходе которого разрушается их поверхность. На выветривание влияет множество факторов, и, в зависимости от этого, различают три его типа: механическое, органическое и химическое выветривание горных пород.

Виды выветривания

По сути, выветривание – это разрушение или полное изменение структуры минералов под влиянием углекислого газа, кислорода, воды, температурных колебаний, представителей флоры и фауны.

Исходя из того, какой из этих факторов оказывает большее влияние на тот или иной участок горной породы, различают три типа выветривания:

• физическое (механическое);
• химическое ;
• биологическое (органическое).

Все эти типы связаны друг с другом самым тесным образом, и зачастую действуют одновременно, а на преобладание какого-то конкретного вида выветривания влияют лишь природные условия.

Как правило, данные процессы происходят на суше, гораздо реже - на дне водоемов.

В областях, где преобладают аридные, полярные или высокогорные почвы, характеризующиеся скудным запасом воды, преобладает физическое выветривание. В то время как в субтропиках и трупиках - химический его тип.

Рис. 1. Аридные почвы

Особенности химического выветривания

Химическое выветривание - это разрушение минералов и принципиальное изменение их состава, что приводит к образованию совершенно новых соединений.

Данный процесс наиболее активно идет в карбонатных породах, для которых характерна раздробленность и повышенная водопроницаемость. Особенно большое влияние на протекание разрушительного процесса оказывает вода.

Рис. 2. Карбонатные горные породы

Скорость химического выветривания многократно увеличивается, если в водном растворе есть органические кислоты, углекислота и кислород. Эти вещества обладают высокой активностью, которую способны передавать и воде.

Выделяют 4 основные реакции химического выветривания:

• Окисление - присоединение молекул кислорода, за счет чего происходит образование новых соединений. К примерам химического выветривания горных пород под воздействием кислорода можно отнести переход сидерита и пирита в гематит.
• Гидратация - присоединение воды, то есть прикрепление молекул воды к поверхности кристаллической решетки минерала. Типичный пример гидратации - переход ангидрида в гипс.

Рис. 3. Гипс

• Растворение - растворение молекул одного вещества в другом веществе без качественного изменения его состава. Почти все минералы, так или иначе, растворяются, но больше всего этому процессу подвержены осадочные горные породы.
• Гидролиз - сложный, поэтапный химический процесс, при котором под воздействием воды и растворенных в ней ионов происходит полное изменение структуры минералов. Каолинит - пример горной породы, которая появляется за счет выветривания под влиянием гидролиза.

Термин «выветривание» не отражает существа процесса и прямого отношения к деятельности ветра не имеет.

Выветривание (weathering, degradation) -процесс разрушения и изменения горных пород и минералов в приповерхностных условиях под воздействием физико-химических факторов атмосферы, гидросферы и биосферы.

Факторами выветривания являются:

1. Колебание температур (суточное, сезонное)

2. Химические агенты: O 2 , H 2 O, CO 2

3. Органические кислоты (ульминовая, гуминовая)

4. Жизнедеятельность организмов

В зависимости от факторов, вызывающих выветривание различают несколько видов:

Таблица 1

Физическое выветривание

Физическое выветривание пород происходит без изменения их химического состава. Порода просто дробится на обломки с постепенным уменьшением их размера вплоть до песка. Примером такого физического разрушения может служить температурное выветривание.

Температурное выветривание. Температурное выветривание происходит в результате резких колебаний температур, вызывающих неравномерное изменение объема горных пород и слагающих их минералов. Периодическое нагревание и охлаждение пород при суточных и сезонных колебаниях температур приводит к образованию трещин и к распадению их на глыбы, которые в свою очередь подвергаются дальнейшему измельчению. Чем резче колебания температур, тем интенсивнее проявляется физическое выветривание и наоборот, в условиях «мягкого» климата механическое разрушение пород происходит крайне замедленно. Наиболее активно температурное выветривание проявляется в пустынях, полупустынях и высокогорных областях, где горные породы очень сильно нагреваются и расширяются днем, охлаждаются и сжимаются ночью. Интенсивность и результаты выветривания определяются также составом, структурой и цветом породы: полиминеральные породы будут разрушаться быстрее, чем мономинеральные. Этому значительно способствует анизотропия и неодинаковые коэффициенты расширения главнейших породообразующих минералов. Например, коэффициент объемного расширения кварца в два раза больше, чем у ортоклаза.

Глубина температурного выветривания при суточных колебаниях температур составляет не более 50 см, а при сезонных колебаниях – несколько метров.

Частными случаями температурного выветривания являются процессы десквамации (шелушения), сфероидального выветривания и дезинтеграции зерен.

Десквамация – это отделение от гладкой поверхности скал чешуек или толстых пластин параллельно поверхности породы при ее нагревании и охлаждении независимо от текстуры, структуры и состава породы.

При сфероидальном выветривании первоначально угловатые, разбитые трещинами блоки пород в результате выветривания приобретают округлую форму.

Дезинтеграция зерен – ослабление и отделение зерен грубозернистых пород в результате чего порода рассыпается, при этом образуется дресва или песок, состоящий из несвязанных между собой зерен различных минералов. Дезинтеграция зерен происходит всюду, где обнажаются крупнозернистые породы.

Другим видом физического выветривания является морозное выветривание, при котором породы разрушаются под действием замерзающей воды, проникающей в поры и трещины. При замерзании воды объем льда увеличивается на 9%, что создает значительное давление в горных породах. Таким образом легко дробятся породы с высокой пористостью, например, песчаники, а также сильно трещиноватые породы, в которых трещины распираются ледяными клиньями. Наиболее интенсивно морозное выветривание протекает в зонах, где среднегодовая температура близка к нулю. Это зона тундры, а также в горных районах на уровне снеговой линии.

Кристаллизация солей – образование и рост кристаллов в пустотах и трещинах – способствует разрушению пород, подобно действию ледяных клиньев.

Продукты физического выветривания. В результате физического выветривания на поверхности образуются угловатые обломки, которые в зависимости от своего размера подразделяются на: глыбы – (> 20 см); щебень – (20 – 1 см); дресва – (1 – 0.2 см); песок – (2 – 0.1 мм); алеврит – (0.1 – 0.01 мм); пелит – (< 0.01 мм). Скопление этих продуктов приводит к формированию рыхлых осадочных горных пород.

Химическое выветривание

При химическом выветривании разрушение горных пород происходит с изменением их химического состава главным образом под воздействием кислорода, углекислого газа и воды, а также активных органических веществ содержащихся в атмосфере и гидросфере.

Главными реакциями, обуславливающими химическое выветривание, являются окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление – это переход элементов с низкой валентностью в высоковалентное за счет присоединения кислорода. Особенно быстро окислению подвергаются сульфиды, некоторые слюды и другие темноцветные минералы.

Лимонит – это самая устойчивая форма существования железа в поверхностных условиях. Все ржавые пленки и ржаво-бурая окраска пород обусловлена присутствием гидроокислов железа. Так как железо постоянно входит в химический состав многих породообразующих минералов – значит при химическом выветривании этих минералов Fe ++ перейдет в Fe +++ , т.е. лимонит. Окисляется не только Fe, но и другие металлы.

В условиях недостатка кислорода протекает процесс восстановления , при котором металлы с высокой валентностью переходят в соединения с более низкой валентностью. Подобный процесс наиболее ярко протекает в зонах окисления сульфидных месторождений.

Рис. 2. Зона окисления и восстановления сульфидных руд

→ окисление → Сульфаты → восстановление → Вторичные сульфиды Ме

Гидратация – это химическое присоединение воды к минералам горных пород с образованием новых минералов (гидросиликатов и гидроокислов) с другими свойствами.

Fe 2 O 3 + nH2O ® Fe 2 O 3 ´ nH 2 O

гематит лимонит

CaSO 4 + 2H 2 O ® CaSO 4 ´ 2H 2 O

ангидрит гипс

превращение ангидрита в гипс всегда сопровождается значительным увеличением объема породы, что приводит к механическому разрушению всей гипс-ангидритовой толщи.

Растворение – способность молекул одного вещества распространяться вследствие диффузии в другом веществе. Оно происходит с различной скоростью для разных пород и минералов. Наибольшей растворимостью обладают хлориды (галит NaCl, сильвин KCl и др.). Менее растворимы сульфаты, карбонаты.

Гидролиз – наиболее важный процесс химического выветривания, т.к. путем гидролиза разрушаются силикаты и алюмосиликаты, которые слагают половину объема внешней части континентальной коры.

Гидролиз – это обменное разложение вещества под влиянием гидролитической диссоциации воды, сопровождающееся разрушением одних и образованием других минералов. Наиболее характерен пример гидролиза полевых шпатов:

K + nH 2 O + CO 2 ® K 2 CO 3 + Al 4 (OH) 8 + SiO 2 ´ nH 2 O

ортоклаз в раствор каолинит опал

Дальнейший гидролиз каолинита приводит к его разложению и образованию латерита:

Al 4 (OH) 8 ® H 2 Al 2 O 4 + SiO 2 ´nH 2 O Латерит

Интенсивность процесса гидролиза, которому сопутствуют растворение и гидратация, зависит от климатических условий: - в умеренном климате гидролиз протекает до стадии образования гидрослюд; - во влажном теплом климате – до стадии образования каолинита; - в субтропическом климате – до стадии образования латерита. Таким образом при гидролизе разрушаются силикаты, алюмосиликаты; на их месте накапливаются глинистые минералы, а за счет вытеснения катионов образуются свободные окислы и гидроокислы алюминия, железа, кремния, марганца.

Латериты являются ценными рудами на алюминий. При перемыве латеритной коры выветривания и переотложении гидроокислов алюминия формируются месторождения бокситов.

Стадии химического выветривания

В соответствии с приведенной последовательностью выделяются 4 стадии химического выветривания;

1. Обломочная, при которой породы превращаются в рыхлые продукты физического выветривания;

2. Обизвесткованного элювия (сиаллитная), когда начинается разложение силикатов, сопровождаемое удалением хлора, серы и обогащение пород карбонатами;

3. Глин (кислая сиаллитная стадия), когда продолжается разложение силикатов и происходит отщепление и вынос оснований (Ca, Mg, Na,K), а также образование каолиновых глин на кислых породах и нонтронитовых – на основных;

4. Латеритов (аллитная), завершающая стадия химического выветривание, на которой идет дальнейшее разложение минералов (отщепляются и выносятся окислы и гидроокислы алюминия и железа – гетит, гидрогетит и гиббсит, гидраргиллит).

Органическое выветривание

Воздействие органического мира на горные породы сводится или к физическому (механическому) разрушению их, или к химическому разложению. Важным результатом органического выветривания (в совокупности с физическим и химическим) является образование почвы, отличительным свойством которой является ее плодородие.

Элювий и кора выветривания

Элювий – это продукты выветривания, оставшиеся на месте своего образования. Все продукты выветривания, которые смещены с места образования вниз по склонам без участия линейного смыва, Ю.А. Билибин предложил назвать делювием, а коллювием Ю.А. Билибин назвал разновидность делювия, достигшую подножия склона и прекратившую движение.

Пример строения современного элювия можно представить в следующем виде (рис. 4).

При нормальных условиях верхние слои элювия измельчены значительно сильнее, чем лежащие ниже. С глубиной продукты выветривания становятся все более и более грубыми. Самый нижний слой состоит из кусков, хотя и отделенных от породы, но залегает на месте образования. Глубже массивные породы разбиты лишь трещинами, количество которых уменьшается с глубиной.

Элювий остается и сохраняется на уплощенных водораздельных поверхностях, а на склонах он начинает двигаться под тяжестью собственного веса и становится уже делювием.

Рис. 4. Строение элювия:

1 - Почвенно-растительный слой; 2 - Латеритный горизонт; 3 - Каолиновый горизонт; 4 - Гидрослюдистый горизонт; 5 - Обломочный горизонт

Под корой выветриванияпонимается вся совокупность продуктов выветривания, залегающая на месте образования или перемещенных на небольшое расстояние и занимающие значительные площади. Нередко термин кора выветривания используют, когда выветривание прошло до стадии каолиновых глин или латеритов.

Термины «элювий» и «кора выветривания» почти синонимы. Различают современную кору выветривания и древнюю (ископаемую или погребенную), перекрытую молодыми породами.

Состав и тип коры выветривания определяется составом коренных пород, климатом и стадией выветривания: 1 – Обломочная; 2 – Гидрослюдистая; 3 – Монтмориллонитовая (нонтронитовая); 4 – Каолиновая; 5 – Латеритная.

Геологическая роль выветривания

1. Выветривание – составная (основная) часть глобального процесса – денудации. И денудация и выветривание протекают селективно, т.е. избирательно. Различные горные породы и минералы в разных климатических условиях выветриваются с разной скоростью, что можно рассмотреть на примере простого строения участка земной коры (рис.6).

Рис. 6. Селективность денудации и выветривания

В условиях влажного климата известняки будут подвергаться интенсивному растворению и выщелачиванию, и на их месте будут понижения в рельефе, а в местах выхода гранитов – возвышенности.

В сухом жарком климате граниты будут разрушаться быстрее, чем известняки и на поверхности будут формироваться понижения в рельефе.

2. выветривание – это начало формирования осадочных горных пород. На поверхности формируются различные обломочные породы: щебень, дресва, песок. Где-то накапливаются каолиновые глины, обогащенные Al в море происходит отложение хемогенных осадков Fe и Mn, Ca, Mg, которые поверхностными и подземными водами вынесены с суши, а соли Na и K находятся в растворимом состоянии.

Таким образом, первоначально сложенные по своему составу коренные породы в процессе выветривания дифференцируются на составные части, состав которых постепенно упрощается вплоть до элементного.

3. При выветривании образуются разнообразные полезные ископаемые: сульфидные руды, каолиновые глины, латериты, строительные материалы и др.