22.08.2019 г. Главная arrow Учебные пособия arrow М.Ф.Иванова "Общая геология" arrow Экзогенные процессы
         
Главное меню
Главная
Новости
Блог
Ссылки
Ленты новостей
Карта сайта
Фото камней
Гостевая
Общая информация
о камнях
походы и сплавы
Кристаллография
Сейсмика
Учебные пособия
Классификации
ювелирная
Словарь Куликова
Популярно о камнях
Камень в природе
Мертвая природа
История камня
Технические
Диковинки
Люди и камни
Тяжелое серебро
Минералог-любитель
Легенды и мифы
Об алмазах
Камни-талисманы
Полезные ископаемые
Нефть
Геология
 
 
Краткие новости
Экзогенные процессы Печать E-mail
Автор Administrator   
18.09.2010 г.

Выветривание
Процессы выветривания, так же как и геологическая деятельность ветра и других экзогенных факторов, связаны с атмосферой, самой внешней сферой Земли. Атмосфера от поверхности Земли простирается до высоты не меньше чем 2000 км. Нижняя часть атмосферы (8-10 км над полюсами, 16-18 над экватором) называется тропосферой, выше, до высоты 50-60 км, следует стратосфера, до 80 км - мезосфера, до 300-800 км - термосфера, до 2000 км и более - экзосфера. Термосфера и экзосфера впервые изучались с помощью советских спутников, позже в этих исследованиях приняли участие американские спутники.

Температура в стратосфере понижается. В термосфере она увеличивается до 2000° С. Атмосферное давление на высоте 6 км уменьшается вдвое, а на высоте 9 км оно составляет лишь 1/3 давления на уровне моря.
За нижнюю границу атмосферы условно принимают поверхность литосферы и гидросферы. Практически же атмосфера простирается и в глубь литосферы, заполняя пустоты в породах. Над поверхностью Земли атмосфера состоит из азота - 78,09% (по весу) и кислорода - 20,95%. На долю других газов приходится около 0,96%, из которых 0,93% составляет аргон и 0,03% углекислый газ. Состав атмосферы в слое мощностью 200-300 км существенно не меняется (без учета СО2). Состав атмосферы, заполняющей пустоты в горных породах, отличается повышенным содержанием СО2 (в почвенном слое СО2 до 0,6% и более). Количество кислорода по мере углубления в землю резко уменьшается и на глубине 0,5 км кислород в свободном состоянии практически отсутствует.
Углекислота неравномерно распределена и в горизонтальном направлении: над океанами, над тайгой и в полярных странах ее в воздухе в 2 раза меньше, чем в вулканических областях и промышленных районах.
Наряду с газами в тропосфере имеется водяной пар (90% его сосредоточено до высоты 5 км). Количество его весьма изменчиво. Максимальное количество парообразной влаги, которое может содержаться в 1 м3 воздуха, зависит от его температуры. Чем выше температура воздуха, тем большее количество влаги он может поглотить: при температуре в 0° С в 1 м3 воздуха может содержаться 4,5 г паров воды, а при 25° С - до 23 г. Упругость водяных паров, содержащихся в воздухе в данный момент, называется абсолютной влажностью, а отношение упругости водяных паров, находящихся в воздухе, к упругости паров, необходимых для насыщения того же объема воздуха при той же температуре, называется относительной влажностью. Абсолютная влажность выражается в миллиметрах, относительная - в процентах.
Максимальная абсолютная влажность воздуха наблюдается в приэкваториальных странах, где она достигает 20 мм и более; минимальная - в областях сильных холодов и в пустынях, где она иногда снижается до 0,03 мм. Абсолютная влажность достигает максимума в теплое время года, относительная - в холодное.
Для сгущения водяного пара в атмосфере требуется не только соответствующая влажность воздуха, но и наличие ядер конденсации, которыми служат мельчайшие пылинки. По данным ученых США, изучавших с помощью ракет атмосферу на высоте 75-160 км, было обнаружено большое количество пылевых частиц размером 3 мк и меньше (средняя плотность пыли даже на этих высотах 10 частиц на 1 см3). Источником пыли для атмосферы являются пустыни, степи, космическое пространство, моря и океаны (поставщики соли). В результате конденсации в тропосфере появляются облака.
Осадки на поверхности Земли распределяются неравномерно. На территории СССР наблюдаются следующие общие закономерности в распределении осадков. От Балтийского побережья в сторону Уральского хребта и к Каспийской низменности количество осадков постепенно уменьшается от 700 до 200 мм. В Москве среднегодовое количество осадков 586 мм, на Черноморском побережье Кавказа - более 2000 мм (Колхидская низменность), на Прикаспийском побережье Кавказа (Куро-Араксинская низменность) количество осадков падает до 150 мм в год.
Восточнее Урала осадки на территорию СССР приносятся циклонами и особенно летними муссонами с Тихого океана. Однако вследствие гористого рельефа Приморской области осадки здесь быстро расходуются. Неодинаковые количества осадков и испарения обусловливают неодинаковое увлажнение горных пород и, следовательно, различную интенсивность и характер выветривания.
Все горные породы под воздействием атмосферы изменяются. Более устойчивые изменяются медленнее, менее устойчивые - быстрее. Процессы изменения горных пород на поверхности Земли под влиянием непосредственного воздействия солнечных лучей, колебаний температуры воздуха, замерзающей в пустотах горных пород воды, кислорода, углекислоты, а также организмов, населяющих поверхность Земли и самую верхнюю часть земной коры, объединяют понятием выветривания. Выветривание, следовательно, объединяет ряд процессов физического, химического и биологического характера. В соответствии с этим различают физическое, химическое и биологическое выветривание. В природе они обычно проявляются одновременно. Особенно в тесном взаимодействии находятся химическое и органическое (биологическое) выветривания, поэтому эти два вида выветривания объединяются под названием биохимического.
Физическое выветривание обусловливается главным образом сменой температур минералов и горных пород, вызываемой как изменением температуры воздуха, так и прямым нагреванием солнечными лучами. Минералы и горные породы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Под влиянием периодически сменяющихся сжатий и расширений сцепление между минеральными зернами горной породы ослабевает и тем больше, чем крупнее зерна. Имеет значение и цвет минералов, входящих в породы. Темные минералы нагреваются сильнее, а следовательно, и быстрее увеличиваются в объеме, чем светлые. В породе, состоящей из зерен разного цвета, как, например, в граните, сцепление зерен будет ослабевать быстрее, чем в породе, состоящей из зерен одного цвета. Это обусловлено тем, что зерна различного цвета и состава имеют различный коэффициент объемного расширения (у кварца он равен 0,000310 у роговой обманки - 0,000284, у ортоклаза - 0,000170). Надо иметь в виду и то, что коэффициент линейного расширения в различных направлениях в кристаллах неодинаков, а отличается иногда в 2-3 раза. Это обусловлено свойствами кристаллической решетки. Поэтому даже в мономинеральной горной породе после длительного воздействия колебаний температуры взаимное сцепление минеральных зерен нарушается, и порода растрескивается и затем распадается на отдельные остроугольные обломки.
Дневное тепло, как и ночная прохлада, медленно проникает в глубь горной породы, поэтому расширение и сжатие зерен породы больше сказываются у поверхности породы, чем внутри нее. Это вызывает шелушение породы.
Наибольшее влияние на горные породы оказывают суточные изменения температур, особенно резкие колебания их, которые имеют место в районах с континентальным климатом. Например, в Кызылкумах поверхность скал днем нагревается иногда до 70° С и более, а ночью охлаждается до температуры, близкой к 0°, а иногда и ниже 0°. При этом изменения в объеме минеральной массы особенно чувствительны, и физическое выветривание в пустынях играет весьма существенную роль. Наиболее активны процессы физического выветривания в высокогорной области, где смена дня и ночи приводит к резким колебаниям температуры. Наблюдения за активностью выветривания в этой зоне на северном склоне Центрального Кавказа (сложен на участке наблюдения андезитом) позволили установить, что за 25 месяцев с площади 1600 м2 поступило 360 м.кб. обломочного материала.
Разрушению пород, вызванному только сменой тепла и холода, помогает вода. Во время дождей, которые в пустынях выпадают хотя и весьма редко, но в виде ливней, происходит быстрое охлаждение пород, способствующее их растрескиванию. Еще сильнее действует вода, замерзающая в трещинах и мелких пустотах. При переходе воды в твердое состояние ее объем скачком увеличивается на Vn часть относительно первоначального объема. При замерзании воды стенки трещин испытывают давление до 2000 кг/см2. Этот вид физического выветривания, иногда называемый механическим, или морозным, выветриванием, особенно интенсивно проявляется в районах частого колебания температур около точки замерзания: в горах (преимущественно в районе снеговой линии), в полярных и субполярных странах, где продукты выветривания накапливаются особенно интенсивно.
Горные породы при физическом выветривании, распадаясь на отдельные остроугольные обломки, образуют на плоских поверхностях скал сплошные россыпи глыб и щебня («каменные моря»). На склонах гор обломки под действием собственной силы тяжести смещаются (гравитационное смещение), формируя «каменные потоки» - осыпи. У подножия разрушающихся гор скапливается своеобразный тип континентального осадка, называемого коллювием. Причем у основания склонов располагаются самые крупные обломки, скатившиеся под действием силы тяжести, а выше к вершине конуса - все более мелкие. Свежие (действующие) осыпи легко подвижны и труднопроходимы. Действующие осыпи в состоянии предельного равновесия имеют следующие углы наклона: дресвяно-песчаная – 32-33°, мелко-Щебнистая – 35-36° и крупнощебнистая - 40°. Быстрое скатывание глыбово-щебнистого материала на крутых склонах приводит к образованию обвалов. Если щебнистые скопления на склонах намокают, возникают ОСОБЫ. Особенно склонны к образованию осовов продукты выветривания опок, сланцев; они образуются при углах 25-35°. Удаление продуктов выветривания под действием гравитационных сил ускоряет течение процессов выветривания.
Крупные обломки осыпей и россыпей претерпевают дальнейшее разрушение, превращаясь в дресву и пыль. Осыпные накопления с течением времени (по мере затухания процессов обрушения и осыпания, а также некоторого выполаживания и уплотнения осыпи) с поверхности задерновываются и зарастают. Осыпь становится стабильной, не действующей.
Процессы физического выветривания протекают значительно быстрее, если породы трещиноваты. Трещины в горных породах могут быть первичными, связанными с образованием породы, и вторичными, возникающими в горной породе после ее образования и прежде всего в результате тектонических движений земной коры. К первичным трещинам в магматических породах относятся трещины отдельности. В невыветренных магматических породах трещины отдельности малозаметны. В процессе выветривания трещины отдельности начинают четко вырисовываться, облегчая дальнейшее течение экзогенных процессов.
В осадочных породах трещины отдельности по напластованию и перпендикулярно к ним образуются в результате превращения осадка в осадочную горную породу Большую механическую работу по разрушению горных пород производят роющие животные (в частности, грызуны) и корневая система кустарников и деревьев. Растущие в трещинах кристаллы также раздвигают стенки трещин.
Электрические явления, происходящие в атмосфере, оказывают существенное механическое влияние на горные породы. Удары молний раскалывают горную породу, но иногда и сплавляют. Рыхлый песок при сплавлении образует слитки горной породы, называемые фульгуритами (фульгур лат.- молния). Ежедневно на земле молнии сверкают в среднем более 3 100000000 раз, т. е. за одну секунду в разных концах света раздается не меньше 100 громов.
Химическое и биологическое выветривание - результат воздействия на минералы и горные породы, слагающие поверхность Земли, паров и газов воздуха, солнечных лучей, а также паров, сконденсировавшихся в жидкость и обогащенных кислородом, углекислым газом и органическими кислотами. Органическое выветривание по сути проявляется в химическом изменении существующих пород и минералов.
Процессы химического выветривания в той или иной мере проявляются всюду, но наиболее интенсивны они в условиях влажного и теплого климата; в умеренных широтах они на 40-50% слабее, а в пустынях и полупустынях слабее в сотни раз. Во влажных тропических зонах интенсивному химическому выветриванию способствует большая диссоциация воды. Так, при повышении температуры от 0 до 30° С диссоциация воды на ионы ОН и Н возрастает в 2 раза, вследствие чего возрастает и концентрация ионов водорода. Последние и являются тем активным агентом, который наряду со свободным кислородом, углекислотой и органическими кислотами разлагает любые породы. Быстрота разложения пород определяется составом воды. Диссоциация воды резко увеличивается при обогащении ее углекислотой. Почвы районов влажного и теплого климата богаты углекислотой и органическими кислотами, так как в этой области развиты многочисленные классы флоры и фауны. Если вода насыщена С02, то степень диссоциации ее возрастает в 300 и более раз.
Даже незначительно диссоциированная и маломинерализованная газами и солями вода может привести к полному растворению некоторых горных пород, например галоидных. Вода, насыщенная углекислотой, интенсивно растворяет горные породы, состоящие из минералов группы карбонатов. С действием влаги, обогащенной газами и органическими кислотами, связаны не только процессы растворения, но и более сложные процессы, в частности, процессы гидролиза, окисления и т. п.
Процессы гидролиза заключаются в разложении минералов и удалении отдельных элементов из их состава. Распространенным видом гидролиза в природе является каолинизация алюмосиликатов. Для наглядного представления о процессе каолинизации приведем реакцию воздействия на ортоклаз влаги воздуха и углекислоты:
К2 = К2СО3 + 8Ю2 • лН2О + + Al4(OH)8[SiAo]
Образующийся при этом К2СО3 уносится подземными водами за пределы зоны разложения материнских пород. Кремнезем также частично уносится, но подавляющая часть его выпадает в виде коллоидов, образуя опал. Часть кремнезема остается прочно связанной в упрощенной молекуле алюмосиликата - в каолине. Каолин в условиях теплого и влажного климата подвергается дальнейшему разложению и в конечном итоге переходит в опал и гидрат алюминия АЬО3 • пН2О (составная часть боксита) .
Гидролиз оливина, авгита, роговой обманки, а также горных пород, богатых ими, протекает еще более интенсивно, чем полевых шпатов или содержащих их пород. В условиях теплого и влажного климата из этих минералов и пород выщелачиваются катионы Са и Mg. Железо из закисной формы переходит в окисную, образуя лимонит. В умеренных широтах при выветривании силикатов чаще накапливаются глинистые минералы.
Под действием влаги воздуха и свободного кислорода, содержащегося в воде, происходит окисление горных пород и минералов. Особенно интенсивно протекают процессы окисления минералов и пород, содержащих в своем составе закисное железо. Магнетит под действием кислорода превращается в итоге в лимонит. Окисные соединения железа часто образуют корочки на песчинках, цементируют пески (пески часто содержат железистые минералы или железосодержащие силикаты). Пирит при окислении и последующем гидролизе разлагается на серную кислоту и лимонит. Последний образует красновато-буроватую корку, называемую железной шляпой, которая обычно развита до уровня подземных вод, ниже характерны сульфиды.
В пустынных и полупустынных областях на поверхности горных пород наблюдаются бурые или черные корочки, состоящие главным образом из окислов железа и марганца и фосфорных солей. Это так называемый «пустынный загар». Образование его связывают с солнечной инсоляцией и влагой, находящейся в порах верхней части горных пород. Все горные породы содержат хотя бы в ничтожном количестве железо и марганец, а также влагу. На обращенной к солнцу стороне горной породы происходит усиленное испарение содержащейся в ней влаги. Соли, растворенные в воде, остаются в порах. На место испарившейся влаги по капиллярам пород поднимается новая порция влаги с растворенными в ней Fe и Мп. Так накапливаются окислы железа и марганца, образуя иногда корочку толщиной в 0,5 - 1 мм. Эта корочка обладает повышенной твердостью. Переносимые ветром песчинки полируют ее до блеска. В настоящее время считают в некоторых случаях возможным образование пустынного загара в процессе жизнедеятельности эфимерной микрофлоры и микрофауны.
Немаловажную роль в химическом выветривании играют в природе процессы гидратации, которые можно рассматривать как взаимодействие безводных соединений с водой. При взаимодействии, например, ангидрита с водой образуется более устойчивый в поверхностной зоне минерал - гипс. Процессы гидратации обычно влекут за собой увеличение объема минерала или горной породы на 25% и более, что вызывает деформацию окружающих пород.
Интенсивность процессов химического выветривания резко повышается за счет наличия в самых верхних горизонтах земной коры, а также на ее поверхности живых организмов. Геологическая роль организмов признавалась исследователями уже давно. Однако только в XX в. огромная роль организмов в жизни Земли была подчеркнута В. И. Вернадским, он указал на то, что «живое вещество» составляет около 0,1% всей земной коры и что между организмами и окружающей их средой существует взаимодействие, выражающееся в непрерывной миграции атомов из неорганической среды в живой организм и обратно. Биосфера теснейшим образом связана с атмосферой, гидросферой и литосферой. В пределах планеты наличие организмов в атмосфере установлено до высоты не менее 6 км, в гидросфере - до 11 500 м, а в пределах литосферы - в слое, измеряемом несколькими сотнями метров.
С момента появления на Земле фауны и флоры литосфера обогатилась целым рядом минералов и горных пород, представляющих результат жизнедеятельности как животных, так и растительных организмов. Участие организмов в жизни Земли сводится не только к тому, что они образовали многие минералы и горные породы. Благодаря жизнедеятельности организмов регулируется состав атмосферы, совершается ряд геологических процессов и прежде всего ускоряется ряд процессов выветривания. Организмы в результате своей жизнедеятельности поглощают из окружающих пород различные элементы, постепенно разрушая их. Выделяемые ими органические кислоты и другие активно действующие газы (О, СО2, Н2) и вещества ускоряют их разложение. Выветривание полевого шпата в природе, по мнению Вернадского, происходит сравнительно быстро только при участии бактерий. Органические кислоты, возникающие от гниения органических остатков, способствуют разложению силикатов. Являясь легкоподвижными коллоидами, они своим присутствием увеличивают подвижность таких элементов, как алюминий и трехвалентное железо (в присутствии органических кислот могут уноситься водой на большое расстояние от места залегания материнской породы).

Весьма часто разрушительную работу в горных породах начинают самые низкоорганизованные представители органического мира - бактерии. Они подготавливают основу для появления микрофлоры (грибков), а затем для лишайников и мхов. Последние подготавливают уже почву для высших растений. Большую работу совершают дождевые черви: ежегодно они могут перерабатывать до 15 т земли на площади в 1 га.
В процессе выветривания возникают две основные группы продуктов выветривания: 1) подвижные (малоустойчивые для поверхностной зоны земной коры), растворимые соединения: сода, сернокислые соли, щелочи и многие другие; проникающая в продукты выветривания атмосферная вода растворяет их и выносит в более глубокие слои или за пределы материнской породы; 2) остаточные; они остаются на месте разрушения горной породы, так как являются устойчивыми для данных условий поверхностной зоны Земли.
Остаточные (несмещенные) продукты выветривания называют элювием. Это своеобразный континентальный осадок, обладающий рядом характерных признаков: залегает на месте распада материнской породы; имеет неровную нижнюю границу, так как заполняет все трещины в материнской горной породе; лишен признаков слоистости.
Состав элювия зависит от состава материнской породы, стадии выветривания и преобладающего типа выветривания. При химическом выветривании в умеренных широтах в итоге образуются глины, состоящие из монтмориллонита и гидрослюд; в условиях тропического климата при выветривании изверженных горных пород (в зависимости от их состава) образуются каолин, лимонит, латеритные породы и др. Латерит (желтая земля) широко развит, например, в окрестностях Батуми, где он образовался в процессе длительного химического выветривания андезитов.
При проявлении химического выветривания особенно следует учитывать стадийность выветривания. Б. Б. Полынов указал, что в начальную стадию химического выветривания магматических пород алюмосиликаты и силикаты расщепляются. Расщепление сопровождается выносом Na, К, Са, Mg, которые обусловливают щелочную реакцию среды. При этом образуются гидрослюды и другие промежуточные глинистые минералы (монтмориллонит).
Элювий в эту стадию обогащен известью (выделившийся Са соединяется с СО2), поэтому эта стадия химического выветривания называется обызвесткованной сиаллитной (Si и А1 - существенные элементы элювия). На этой стадии и заканчивается выветривание в умеренных широтах. Вторая стадия характеризуется уже частичным выносом Si02 и сменой щелочных условий на кислые, почему эта стадия и получила название кислой сиаллитной. При этом из промежуточных глинистых минералов возникают глинистые минералы типа каолинита; СаСО3 в эту стадию выносится водой (особенно в условиях влажного климата) за пределы зоны. Третья стадия имеет место только в условиях жаркого тропического климата. Здесь из исходной породы образуются простейшие, наиболее устойчивые в поверхностных условиях земной коры соединения - водные окислы Al, Fe, SiO2, являющиеся соответственно составными частями бокситов, бурого железняка, опала. Эта стадия названа аллитной вследствие накопления в элювии окислов алюминия.
Внешняя часть литосферы, сложенная продуктами выветривания, называется корой выветривания. За нижнюю границу коры выветривания следует принимать уровень грунтовых вод в данной местности. Выше уровня грунтовых вод имеются благоприятные условия для развития процессов выветривания - горные породы здесь периодически смачиваются атмосферными осадками, а в порах и пустотах пород циркулирует воздух.
Мощность коры выветривания колеблется обычно от единиц до нескольких десятков метров, а в тропиках - иногда и до 100-200 м.
Формирование коры выветривания происходило и в отдаленные геологические эпохи. Местами она сохранилась до настоящего времени и в отличие от современной называется ископаемой корой выветривания.
Изучение коры выветривания имеет большой теоретический и практический интерес. Изучая ее, можно установить особенности климата данной местности в период ее формирования. К ней приурочены месторождения многих полезных ископаемых: руды, железа, марганца, алюминия, никеля, огнеупорных глин, а также россыпные месторождения золота, драгоценных камней и платины. Из россыпей полезные ископаемые извлекаются значительно легче, чем из материнских невыветренных магматических пород, содержащих их в рассеянном виде. Кора выветривания представляет интерес не только для геолога-поисковика, геоморфолога, климатолога, но и для специалистов еще ряда геологических, а также биологических, географических и других профилей.
Самый поверхностный слой коры выветривания, обладающий плодородием, называется почвой. Почва - естественноисторическое тело, состоящее из нескольких генетических горизонтов. Возникла она, как еще в XIX в. правильно указал В. В. Докучаев, в результате сложного взаимодействия горной породы, климата, растительности и живых организмов, рельефа местности и времени («почвенный возраст»). На площадях культурно освоенных земель на формирование почв огромное влияние оказывает хозяйственная деятельность человека.

 

Добавить комментарий

:D:lol::-);-)8):-|:-*:oops::sad::cry::o:-?:-x:eek::zzz:P:roll::sigh:
Жирный Цитата


« Пред.   След. »
 
   
         
 
Design by Камни
Rambler's Top100