25. Выветривание как ландшафтообразующий процесс. Географические закономерности в процессах выветривания.

Земная кора сложена на 95% из вулканических пород и на 5 % из осадочных и метаморфических пород. Горные породы, находящиеся в первичном, физически и химически неизмененном состоянии, занима­ют крайне ограниченные площади. На большей же части земной по­верхности горные породы подвержены процессам воздействия экзоген­ных факторов (температурные колебания, осадки и пр.) и выветрива­ются с последующим формированием кор выветривания (образ-ся зона гипергенеза). Выветрива­ние (гипергенез) это физическое разрушение и химическое изменение материала поверхности суши с образованием продуктов, находящихся в равнове­сии с господствующими физико-химическими условиями ландшафта. То есть выветриванием представляет собой реакцию горных пород, оказавшихся обнаженными на земной поверхности, на новые условия в зоне стыка литосферы с атмосферой, гидросферой, криосферой и био­сферой. Выветривание в значительной степени зависит от климата и подчинено законам широтной зональности и высотной поясности. Раз­личают два основных вида выветривания: физическое (механическое) и химическое.

Физическое выветривание - процесс механического разрушения горных пород, в кото­ром главную роль играют колебания температуры, замерзание воды в породе, рост кристаллов и участие организмов.

Изменения температуры. Горная порода является плохим про­водником тепла, поэтому в ее поверхностных слоях, попеременно на­греваемых и охлаждаемых, в результате неодинаковых линейных и объемных, изменений минералов или воды возникают внутренние на­пряжения: порода расслаивается и разрушается. Различные минералы обладают разными коэффициентами расширения. Существует два типа трещинноватости грун­тов: термическая (при неравномерном нагревании породы) и морозная (при неравномерном ее охлаждении).

Эксфолиация - процесс разлистовывания породы, идущий в на­правлении параллельном поверхности породы. Этому процессу под­вержены в основном массивно-кристаллические породы, малотрещинноватые породы.

Процессы перекристаллизации. Влияют на объемные изменения, связанные с ростом кристаллов и сопровождаются возникновением в породе значительного давления, разрушающего породу. Различают не­сколько видов действия этих процессов.

Морозное дробление пород обусловлено увеличением воды при замерзании на 9%; в полостях породы образуются ледяные клинья и жилы, дробящие породу на крупные клинья.

Солевое дробление: рост кристаллов соли из растворов по анало­гии с ростом ледяных кристаллов также ведет к механическому разру­шению породы. Солевое выветривание наблюдается преимущественно в пористых породах и сопровождается распадом породы на состав­ляющие ее минералы. Процесс характерен для континентальных сухих областей и прибрежных районов.

Химическая перестройка кристаллов – при гидратации, окислении происх. объемное изменение кристаллов, образование новых мине­ралов и последующее разрушению породы. Гидратация - процесс при­соединения молекул воды к минералу, в результате образуются новые минералы (гипс, лимонит), или происходит их изменение (гидратация глинистых фрак­ций); дегидратация сопровождается уменьшением объема и возникно­вением просадочных трещин.

Разбухание пород. Во влажных областях при обводнении пород происходит изменению их объема, что активизирует процессы механи­ческого выветривания.

Участие растений. Корни растений при росте механическим дав­лением увеличивают размеры трещин и раздробляют породу.

Химическое выветривание разрушает и изменяет минералогический состав горных по­род. Главными агентами химического выветривания выступают вода, кислоты - органические и минеральные, щелочи и растворенные в воде соли и воздух.

Основные процессы химического выветривания - гидролиз, рас­творение, катионный обмен, реакции окисления и восстановления. В результате этих процессов образуются глинистые минералы, гидро­окислы металлов, карбонаты, легкорастворимые соли и пр. Глинистые минералы и нерастворимые окислы концентрируются в коре выветри­вания, растворимые щелочи и соли выносятся из профиля почв.

Наиболее активным фактором химического выветривания явля­ется вода. Многочисленные минералы, вклю­чая полевые шпаты и карбонаты, представляют собой соли слабых ки­слот и сильных оснований и в водном растворе диссоциируют на кати­оны, гидроксильные ионы и другие соединения, и легко разлагаются под действием кислот. Напротив, растворимость двуокиси кремния (крем­незема), возрастает в щелочной среде и сопровождается образованием ионов водорода Н⁺ и анионов кремнекислоты H₃Si0₄^- и H₂Si0₄^2-.

Дождевая (снеговая) вода содержит около 0,01% растворенных веществ, в основном Na⁺, Са²⁺, Сl^-, S0₄^2- и имеет рН равный 5,5. Угле­кислота атмосферы, растворяющаяся в воде, обеспечивает такой уро­вень кислотности осадков. В составе катионов большинства поверхно­стных и грунтовых вод преобладают ионы сильного основания Са²⁺, что поддерживает ее рН в пределах 6-8 единиц. Т.е. воды атмо­сферных осадков, поверхностные и фунтовые воды обладают опреде­ленной агрессивностью и либо растворяют минералы, содержащиеся в почвенно-грунтовой толще, либо вступают своим ионным составом в обменные реакции. В результате образуются новообразованные мине­ралы.

Обменные реакции между катионами вод и поглощающего ком­плекса (прежде всего Са²⁺ и Na) чаще всего являются обратимыми. К этой группе реакций относятся реакции окисления и гидролиз.

Гидролиз и растворимость. При гидролизе ионы воды (Н⁺ и ОН^-) становятся составной частью структурной решетки минералов. При полном растворении происходят реакции обмена - ионы водорода, ад­сорбированные поверхностью кристаллов, проникают внутрь решетки, высвобождая другие катионы (Са²⁺, Mg²⁺ и др.), которые сорбируются поверхностью. Создается гидролитическая кислотность. Некоторые про­дукты этих реакций в дальнейшем взаимодействуют друг с другом и образуют вторичные (глинные) минералы. Другие - сохраняются в ви­де окислов, гидроокислов и углекислоты и частично выносятся почвенно-грунтовыми водами из профиля.

Катионный обмен. При этом катионы на поверхности минералов замещаются катионами из растворов. Эта реакция лучше идет в кислой среде, а результат зависит от состава участв-их компонентов.

Окисление. Окислительные процессы играют важную роль в раз­рушении минералов, содержащих двухвалентное железо, таких как оливин и слюды.

В итоге химического выветривания горных пород в зоне (коре) выветривания остаются в неизмененном виде лишь устойчивые мине­ралы, например, кварц и его разновидности.

Географические закономерности в процессах выветривания

Формы процессов выветривания и типы кор выветривания рас­полагаются в ландшафтной сфере в строгом соответствии с законами поступления и перераспределения солнечной энергии на Земной поверхности, то есть с законами широтной поясности и вертикально, гор­ной зональности.

1. В арктической пустыне преобладает физическое выветривание, особенно морозное. Химическое выветривание в связи с низкими тем­пературами почти отсутствует. В составе продуктов выветривания пре­обладают грубые фракции, в основном грубообломочный материал.

2. Климатические условия в тундре создаются аналогичные ус­ловиям арктических пустынь. Благодаря переувлажнению и низким тем­пературам. Химическое выветривание ограничено активным, деятель­ным слоем. Поэтому биохимический круговорот элементов, продукция биомассы и минерализация органический остатков незначительны: ха­рактерна лишь подвижность катионов Н+ и Fe²⁺.

3. В лесной зоне Евразии и Северной Америки, характеризую­щейся умеренно гумидным климатом, постепенно снижается роль мо­розного выветривания и возрастает участие химического; в коре вывет­ривания появляются вторичные окислы А1, 3х валентного Fe, SiO₂ - кремнезема. Вода, пере­мещаясь по профилю, вымывает легкорастворимые соединения; высока роль гумусовых кислот; типичны ионы Н⁺, Al³⁺ ,Fe²⁺, Si⁴⁺, дефицитны - Са²⁺, Fe³⁺, I⁺ и др. В областях выхода на поверхность известняков почвы обнаруживают высокое содержание кальция, профиль слабо вы­щелочен.

4. В степной зоне с умеренно сухим климатом формируются гумусово-аккумулятивные слабозасоленные, углекислые почвы; в поч­венных растворах и грунтовой воде типичны ионы кальция, магния, от­части - натрия. Круговорот химических элементов совершается быст­ро, так как большая часть биомассы ежегодно отмирает и распадается на минеральные составные части, при разложении органических ве­ществ образуются устойчивые гуминовые кислоты, которые быстро нейтрализуются Са²⁺ и другими катионами.

5. В семиаридных областях умеренного пояса происходит нако­пление Са²⁺, Mg²⁺, частично Na⁺. Причем преимущественное значение в функционировании ландшафтов имеют соединения кальция. Почвен­ные растворы мигрируют в направлении снизу вверх.

6. В пустынях умеренного пояса с теплым и сухим климатом со значительными амплитудами температур преобладает механическое выветривание; химическое выветривание из-за недостатка влаги осла­бевает. В переносе минеральных масс активное участие принимает ве­тер. Почвенная влага подтягивается к поверхности, в коре выветрива­ния накапливаются воднорастворимые соединения хлора, натрия, каль­ция, магния - происходит процесс засоления почво-грунтов; в депрес­сиях поверхности с развитыми солончаками типоморфным ионом вы­ступает сера S⁴⁺.

7. Во влажных тропиках и субтропиках процессы химического и механического разрушения горных пород под воздействием большого количества тепла и влаги протекают очень интенсивно. Мощность ко­ры выветривания достигает нескольких сотен метров с полным разру­шением первичных пород. Почвенный раствор насыщен С0₂ и органи­ческими кислотами, возникающими при быстром разложении больших масс растительных остатков. Из продуктов выветривания более под­вержены вымыванию соединения Na⁺, Са²⁺, Сl^-, Mg²⁺, S⁴⁺, гораздо более устойчивы Fe³⁺, Al³⁺, Ti⁴⁺, причем соединения трехвалентного железа (окислы) придат выветрелой толще желтый или красный цвет. В этих условиях приобретают определенную подвижность коллоиды кремнезема (гидратированные окислы кремния), которые мигрируют в подчиненные аквальные ланд­шафты. В результате почвы субтропиков это красноземы и желтоземы. Кора выветривания - кремнево-железистого, кремнево-алюминиевого состава. Почвы часто оподзолены.

Каждая из выделенных географических зон, характеризующих направление выветривания и почвообразования, делится на ряд биогео­химических регионов с различным содержанием химических элементов и неодинаковыми их комбинациями и подвижностью. И эта особенность обусловлена хим. составом сходных почвообр-их пород.