Выветривание горных пород

Сущность процессов выветривания.Горные породы на зем­ной поверхности испытывают колебания температур, химиче­ское воздействие воды, газов — кислорода и углекислоты (находящихся в атмосфере и растворенных в воде), биохимиче­ское воздействие живых организмов и продуктов их разложе­ния. Совокупность этих процессов приводит к разрушению (вы­ветриванию) горных пород. Зону, в которой протекают про­цессы выветривания, называют зоной выветривания. Ее нижняя граница находится на глубине в несколько десятков метров, а иногда достигает 500 м.

Типы выветривания.В зависимости от факторов, воздей­ствующих на горные породы, выделяют следующие типы вы­ветривания: физическое, химическое и органическое. Все они тесно связаны друг с другом, действуют совместно, одновре­менно, и только в зависимости от природных условий один тип выветривания может преобладать над другим.

Физическое, или механическое, выветрива­ние происходит в результате разрушения горных пород под воздействием колебаний температуры. Оно проявляется сильнее всего в областях с резким различием температур дня и ночи. В результате объем минеральных зерен увеличивается нагреваясь днем, и уменьшается, охлаждаясь ночью. В зависи­мости от физических свойств одни минералы расширяются больше, другие меньше. Это вызывает ослабление сил сцепле­ния между отдельными минеральными зернами. Возникающие трещины способствуют растрескиванию и разламыванию по­род па отдельные обломки и глыбы. Разрушению горных пород способствуют также заключенная в их порах вода, корни ра­стений, роющие животные и т. д. Особенно велика роль воды. При замерзании ее объем увеличивается и она раздвигает ча­стицы породы, вызывая появление трещин и постепенное раз­рыхление пород (морозное выветривание).

Химическое выветривание — изменение первичного химического состава горных пород под влиянием кислорода воздуха, углекислоты, воды и особенно газов и солей, раство­ренных в ней. Наиболее интенсивно оно проявляется в усло­виях влажного и теплого климата. Основными химическими вакациями, протекающими при выветривании, являются окис­ление, гидратация, растворение и гидролиз.

В природных условиях очень активно протекают процессы окисления (присоединение кислорода) и гидратации (присоеди­нение воды). В результате окисления могут образовываться новые минералы. Так, пирит (FeSj) и сидерит (FеCOз) перехо­дят в гематит (Fe₂0₃), а если к ним присоединится вода, то образуется лимонит, или бурый железняк (2Fe₂0₃-3H₂0).

Растворение и гидролиз протекают при совместном воздей­ствии воды, углекислоты и органических кислот. Растворение особенно интенсивно проявляется в карбонатных породах и

Приводит к специфическим формам рельефа — образуются воронки, котловины, пещеры. Этот процесс называется карстом.

Гидролиз сопровождается гидратацией и заключается в разложении минералов группы силикатов и алюмосиликатов с частичным выносом образующихся продуктов. Он приводит к образованию каолинита и других минеральных соедине­ний.

Органическое выветривание — это процесс раз­рушения горных пород под действием организмов и растений. Различают механическое и химическое разрушение пород ор­ганизмами. Роющие животные, черви, корни растений разрых­ляют горные породы. В то же время корни растений и живот­ные организмы выделяют органические кислоты, которые спо­собствуют химическому разложению горных пород.

Кора выветривания и стадийность процессов выветривания.В результате совокупности процессов разрушения горных по­род образуются подвижные продукты выветривания, которые уносятся под влиянием силы тяжести, смыва и т. д., и про­дукты, которые остаются на месте разрушения материнских горных пород. Эти остаточные продукты выветривания назы­ваются элювием.

Часть зоны выветривания, в которой породы и минералы сильно изменены, называются корой выветривания. Наи­более благоприятными условиями для образования мощной коры выветривания являются более или менее выровненный рельеф, влажный, жаркий климат и большое количество орга­нических веществ.

В условиях высоких температур, большой влажности тро­пических и субтропических зон формируется наиболее мощная кора выветривания (до 100 м и более).

В разрезе коры выветривания по преобладающему мине­ральному составу выделяют отдельные горизонты или зоны. Самый верхний горизонт коры выветривания характеризуется наибольшей степенью разложения. За счет присутствия свобод­ных окислов алюминия и гидроокислов железа элювий этого горизонта в сухом состоянии напоминает обожженный кирпич (красного цвета). Коры выветривания такого типа называются латеритными (по латыни later — кирпич). Вниз по раз­резу латериты постепенно сменяются каолинитовым пят­нистым горизонтом (пятнистость за счет присутствия локальных скоплений гидроокислов железа). Еще глубже рас­полагается гидрослюдисто-монтмориллонит-бей-деллитовый горизонт, в котором встречаются обломки выветрелых первичных горных пород. Это начальный этап хи­мического выветривания силикатов. В основании коры выветри­вания залегают раздробленные коренные породы, переходящие вниз в невыветрелые горные породы. Нижняя граница коры вы­ветривания неровная, карманообразная.

В зонах умеренного пояса мощность коры выветривания меньше. Латеритный горизонт, характерный для влажного жаркого климата, здесь отсутствует. В районах сухих саванн, по мере приближения к пустыням, мощность коры выветрива­ния также резко сокращается и в ее верхней части образуются минералы гидрослюдисто-монтмориллонит-бейделлитового го­ризонта.

Коры выветривания и особенно древние, погребенные под более молодыми осадочными породами, имеют большое практи­ческое значение. С ними часто связаны крупные промышлен­ные скопления некоторых рудных минералов, например никель-содсржащих.

Почвообразование. Самый верхний слой современной коры выветривания вместе с продуктами жизнедеятельности расте­ний и животных называется почвой, или почвенным слоем. Важнейшим фактором почвообразования является раститель­ность, которая пронизывает почву корневой системой, извлекая из нее питательные вещества и воздействуя на нее выделяю­щимися органическими кислотами. Огромные массы органиче­ского вещества отмерших растений создают горизонт, в кото­ром образуется перегной, или гумус. Отсюда гумус дождевыми водами переносится ниже. Кроме органических веществ в почве имеется и минеральная часть, образовавшаяся при выветри­вании материнской породы. Мощность почвенного слоя колеб­лется от двух-трех десятков сантиметров (в тундре и пустыне) до 1 —1,5 м (тропики, субтропики).

В вертикальном разрезе почвы выделяют два горизонта. Верхний — горизонт вымывания, обогащенный гумусом. Здесь происходит наиболее интенсивное выветривание минералов почвы и вынос продуктов разложения в нижнюю часть почвы. Нижний — горизонт вмывания содержит меньше гумуса, про­цессы выветривания в нем замедлены и здесь накапливаются вымытые сверху вещества.

В зависимости от растительно-климатических зон различают следующие типы почв: подзолистые (в условиях влажного уме­ренного и холодного климата), степные (в условиях недостаточ­ного увлажнения), болотные (при высоком стоянии грунтовых вод), солончаковые (в условиях сильного испарения), латеритные (в условиях влажного теплого климата).

Роль выветривания в образовании осадочных горных пород. Выветривание является основным поставщиком обломочного материала и растворенных веществ, участвующих в образова­нии осадочных горных пород. Огромна роль выветривания и в формировании месторождений полезных ископаемых. В резуль­тате физического выветривания из коренных горных пород вы­свобождаются многие стойкие минералы, образующие нередко богатые россыпные месторождения полезных ископаемых (зо­лото, платина, касситерит, алмазы и др.). Иногда химическому выветриванию подвергаются первичные месторождения полез­ных ископаемых, например медно-сульфидные руды. Возникаю­щие при этом остаточные образования носят название шляп (железных, марганцевых и т. д.). С корами выветривания также связаны многие месторождения полезных ископаемых: руды железа, марганца, алюминия, никеля и т. д.