4.Дайте харакетристику видам выветривания и типам кор выветривания

Выветривание – совокупность сложных и разнообразных процессов, приводящих к количественному и качественному изменению горных пород и слагающих их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы.

В процессе выветривания различают три формы по преобладающему действию тех или других факторов – физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание – механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического состава.

Выветривание начинается с поверхности, здесь возникают большие градиенты суточных и сезонных температур. Постепенно выветривание захватывает более глубокие слои породы и затухает в поясе постоянных температур. Наиболее интенсивно оно протекает при больших амплитудах колебания температур; например, в жарких пустынях поверхность пород иногда нагревается до 60-70°С, а ночью охлаждается почти до 0°С.

Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая, проникая в трещины горных пород, создает капиллярное давление большой силы. Еще сильнее разрушающая сила воды при замерзании. При этом она расширяется на 1/10 cвоего объема и оказывает огромное давление на стенки трещин горных пород.

Аналогичную роль играют соли, проникающие в трещины и кристаллизующиеся в них. Так, ангидрит (СаS0₄), присоединяя воду, превращается в гипс (СаS0₄ · 2 H₂O), увеличиваясь в объеме на 33%.

В результате физического выветривания горная порода уже способна пропускать воздух и воду и задерживать некоторое ее количество. Физическое выветривание, раздробляя и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивает общую поверхность, что создает благоприятные условия для проявления химического выветривания.

Химическое выветривание – процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений.

Важнейшими факторами этого процесса являются вода, углекислый газ и кислород. Вода – энергичный растворитель горных пород и минералов.

Разложение минералов водой усиливается с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом; последний придает воде кислую реакцию, что увеличивает разрушающее действие на минералы. На ход химического разложения минералов влияет и температура. Повышение ее на каждые 10°С ускоряет течение химических реакций в 2-2,5 раза. Растворение горных пород водой, особенно содержащей СО₂ и другие вещества, широко распространено в природе. Например, при 25°С в 1 л воды растворяется 0,0145 г кальцита, а при содержании в воде СО₂ растворимость его резко повышается из-за перехода СаСО₃ в бикарбонат:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О ↔ Са(НСО₃)₂

Повышается растворимость минералов в воде, содержащей соли, особенно хлористые.

Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород – гидролиз приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул воды. Схематически эту реакцию для ортоклаза можно выразить так:

КAlSi₃O₈(ортоклаз) + Н₂О → HAlSi₃O₈(алюмокремневая кислота) + КОН.

Образующееся основание (КОН) обусловливает щелочную реакцию раствора, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решетки ортоклаза. КОН при наличии СО₃ переходит в форму карбоната:

2КОН + СО₂ = К₂СО₃ + Н₂О.

С деятельностью воды связана также гидратация – химический процесс присоединения частиц воды к частицам минералов, например:

2Fe₂O₃(гематит) + ЗН₂О = 2Fe₂O₃(лимонит) · ЗН₂О

Гидратация наблюдается и в более сложных по составу минералах – силикатах и алюмосиликатах. Она приводит к разрыхлению поверхности минералов, что обеспечивает в дальнейшем их взаимодействие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами выветривания.

Окисление – реакция, широко распространенная в зоне выветривания. Окислению подвергаются многочисленные минералы, содержащие закисное железо или другие способные к окислению элементы. Например:

4FeO₃(сидерит) + 3H₂O + 2O = 2Fe₂O₃(лимонит) · 3H₂O + 4CO₂

В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов и разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглотительную способность и другие свойства.

При химическом выветривании первичных минералов из каждого минерала часто образуется несколько вторичных. Например, из оливина в результате реакции карбонатизации образуются магнезит, опал и сидерит:

(Mg,Fe)₂SiO₄ + 2H₂O + 2CO₂ = MgCO₃(магнезит) + SiO₂·H₂O(опал) + FeO₃(сидерит)

Далее при оксидации из сидерита может образоваться лимонит:

4FeO₃(сидерит) + 3H₂O + 2O = 2Fe₂O₃· 3H₂O(лимонит) + 4CO₂

А при дегидратации опал частично переходит в халцедон и кварц:

SiO₂·2H₂O(опал) → SiO₂ → SiO₂

Таким образом, при химическом выветривании первичных минералов образуются вторичные минералы в виде простых солей, гидроксидов, оксидов и глинистых минералов. В процессе химического выветривания изменяется первоначальная окраска минералов.

Образование простых солей и их более высокая растворимость в воде создают возможность активного вовлечения химических элементов в биологический круговорот веществ, что играет важную роль в почвообразовании.

Условия выветривания. Разные породы и минералы обладают неодинаковой устойчивостью к процессам выветривания. Больше всего подвержены выветриванию вулканические пеплы, отличающиеся высокой пористостью и содержанием минералов, легко поддающихся выветриванию (слюды и др.). Из минералов наиболее устойчив к выветриванию кварц. Поэтому он накапливается в коре выветривания. Менее устойчивы к выветриванию минералы, в состав которых входят закисные формы железа. Промежуточное положение занимают полевые шпаты.

Большое значение в развитии процессов выветривания имеют концентрация и солевой состав растворов, реакция среды (величина рН), окислительно-восстановительные условия и т.д. Процессы выветривания в значительной степени обусловлены климатом. Интенсивность выветривания определяется главным образом температурой и количеством осадков. В условиях засушливого климата растворимые продукты выветривания накапливаются, в условиях влажного климата выщелачиваются.

Биологическое выветривание – механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. В разрушении горных пород в поверхностных слоях земли активно участвуют живые организмы; нет чисто абиотических (безжизненных) физических и химических процессов выветривания. При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулируют их в поверхностных горизонтах породы, создавая условия для формирования почв. С поселением организмов на горной породе ее выветривание значительно усиливается. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную и др.), которые оказывают разрушающее действие на минералы. Нитрификаторы образуют азотную кислоту, серобактерии и тионовые бактерии – серную. Эти кислоты растворяют многие минеральные соединения и усиливают процесс выветривания.

Доказано, что диатомовые водоросли, строя свой панцирь из кремнезема, способны разлагать алюмосиликаты. Слизистые выделения силикатных бактерий могут разрушать полевые шпаты. Грибы рода Penicillium выделяют вещество, которое разрушает первичные минералы.

Значительное участие в биологическом выветривании массивных пород принимают лишайники, выделяя углекислоту и специфические кислоты. Лишайники разрушают породы как химически, так и отчасти механически, проникновением гиф по плоскостям спайности внутрь зерен первичных минералов.

Животные, как и растения, механически разрыхляют горные породы и своими выделениями способствуют их изменению.

В результате физического, химического и биологического выветривания формируются породы с благоприятными для почвообразования свойствами: рыхлым сложением, пористостью, водопроницаемостью, водоудерживающей и поглотительной способностью.