Химическое выветривание

Таким образом, формируются  окислы и гидроокислы алюминия, являющиеся составной частью алюминиевой руды - бокситов. (рис.3)

Рис.3*

При выветривании основных пород и особенно вулканических  туфов среди образующихся глинистых  гипергенных минералов наряду с гидрослюдами широко развиты монтмориллониты (Al₂Mg₃) [Si₄O₁₀](OH)₂*nH₂O и входящий в эту группу высокоглиноземистый минерал бейделлит. При выветривании ультраосновных пород (ультрабазитов) образуются нонтрониты или железистые монтмориллониты(FeAl₂)[Si₄O₁₀](OH)₂* nН₂О. В условиях значительного атмосферного увлажнения происходит разрушение нонтронита, при этом образуются окислы и гидроокислы железа (явление обохривания нонтронитов) и алюминия.

 

 

 

 

 

11

Глава 3. Роль органического вещества в  процессах химического выветривания.

В сложных процессах  химического разложения минералов  и горных пород велика роль биосферы. Биогеохимическое воздействие на горные породы начинается уже с первых поселенцев на скальных поверхностях горных пород – различных микроорганизмов, лишайников и мхов. В результате такого воздействия на скальной поверхности породы после их отмирания появляются углубления, заполненные cyхим органическим веществом (биомасса микробных и других тел). Все это подготавливает условия для последующего заселения скал высшими растениями и сопутствующей им фауной. Роль организмов в химическом выветривании определяется тем, что они поглощают из разрушаемой породы химические элементы в соответствии со своими биологическими потребностями (как питательные вещества). К числу таких элементов относятся Р, S, С1, К, Са, Mg, Na, Sr, В. Анализ золы растений показывает, что содержание и соотношение элементов в ней вследствие различной интенсивности их биологического поглощения существенно иные, чем в исходных породах, В золе содержится в десятки раз больше Р, S, в несколько раз больше К, Са, Mg, а также микроэлементов, меньше Si, Al и Fe. Вместе с тем наличие в золе Si и Al свидетельствует о том, что уже первичная камнелюбивая растительность разрушает прочные связи между кремнеземом и глиноземом в кристаллической решетке алюмосиликатов. Следует отметить, что организмы участвуют не только в разложении первичных минералов и усвоении их элементов, но и в построении из этих элементов, которые после отмирания и минерализации органического вещества сохраняются в виде особых биогенных соединений. Таким образом, биологический круговорот веществ, свойственный верхней части коры выветривания и особенно почвенного покрова, характеризуется определенной цикличностью и направленностью развития -- от поглощения живыми организмами элементов из разрушаемых пород до отмирания организмов, минерализации органических веществ и возврата элементов в окружающую среду в новом качестве. Этот процесс протекает многоступенчато. Иногда имеет место ряд различных по продолжительности циклов, связанных с разной продолжительностью жизни организмов, включая самые короткие - микробиологические.

Таким образом, воздействие органического мира на горные породы сводится или к  физическому разрушению их, или к  химическому разложению. Следует подчеркнуть условность подразделения процессов выветривания на физические и химические. Это единые сложно взаимосвязанные процессы, действующие одновременно, особенно в верхнем слое почвы и материнских пород. Можно говорить лишь о преобладании физического или химического процесса в зависимости от климата, рельефа, состава горных пород и других факторов.

 

12 

Избирательный характер выветривания. В природных условиях отмечается неравномерность выветривания горных пород. Это связано с различной

степенью трещиноватости горных пород. По трещиноватым зонам  легче всего проникают вода и  другие компоненты атмосферы, и протекает интенсивный процесс выветривания в глубину, в результате которого образуются крупные, иногда с вертикальными склонами отрицательные формы рельефа (в случае выноса разрушенных частей). В слоистых и неоднородных по составу и твердости горных породах легче всего выветриваются менее прочные или более растворимые породы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

Глава 4. Стадийность выветривания минералов.  Это последовательное превращение в коре выветривания минералов, образованных в условиях высоких температур и давлений. Выражается в появлении новых минералов, приспособляющихся к новым условиям существования горных пород в газообразных, влажных и водных средах с низкими температурой и давлением, с меняющимися рН и окислительно-восстановительным потенциалом к более или менее развитой биологической деятельностью. Стадийность наблюдается при процессах окисления, гидратации, дегидратации, замещения и гидролиза м-лов. Конечными продуктами являются минералы, стойкие в самых верхних горизонтах коры выветривания, чаще всего кварц, гидрогётит , каолинит, гидроокись Fe и Мn, гидраргиллит, реже галлуазит, бейделлит, монтмориллонит, палыгорскит и гидрослюды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

Глава 5. Ландшафтно-климатические условия формирования кор химического выветривания и их типы. 

Роль  биоклиматических условий.

Образование продуктов  выветривания находится в тесной зависимости от физико-географических условий и среди них в первую очередь климата. Действительно, с климатом связано поступление воды, необходимой для протекания большей части реакций на поверхности Земли, а также обеспечение процессов выветривания энергией.

     Процесс  выветривания обусловлен преимущественно энергией солнечной радиации. Величина поступающей лучистой энергии Солнца на поверхность Земли зависит от угла падения солнечных лучей и возрастает от полюсов к низким широтам. Однако интенсивность выветривания не обязательно будет возрастать вслед за увеличением радиационного баланса. Степень использования поступающей энергии зависит от атмосферного увлажнения. Как бы долго не подвергались воздействию солнечных лучей полевые шпаты, они не превратятся в глинистые минералы при отсутствие жидкой воды, необходимой для химических и биохимических реакций. Поэтому в засушливых ландшафтах, где количество осадков меньше величины испаряемости, степень использования энергии Солнца очень мала. В условиях значительного атмосферного увлажнения полнота использования энергии солнечной радиации резко возрастает.

   Следует  подчеркнуть, что значение элементов  климата определяется не только  их непосредственным воздействием  на выветривание, но и тем, что  климат в значительной мере  регулирует биологические и почвообразовательные процессы, часто играющие ведущую роль в гипергенном преобразовании горных пород. Поэтому можно считать, что общая направленность выветривания определяется не просто климатическими, а биоклиматическими условиями.

   Изменение  биоклиматических условий преимущественно в зависимости от атмосферного увлажнения обуславливает возникновение двух основных типов выветривания – гумидного (от лат. Humidus - влажный) и аридного (от лат. Aridus - сухой).

 

 

15

Роль  и значение рельефа 

Большая роль в  процессах гипергенеза принадлежит рельефу. На положительных элементах рельефа гипергенные минералы образуются из химических элементов, которые входят в состав горных пород, слагающих этот элемент рельефа. В таких условиях формируется автоморфная (от греч. Avtos - сам; morphe - форма), или элювиальная кора выветривания. Характерная черта автоморфных кор – образование их полностью за счёт ресурсов исходной породы, без существенного поступления химических элементов с соседних участков.

   В том  же время в процессе формирования автоморфной коры некоторые химические элементы вносятся из неё почвенно-грунтовыми водами в виде истинных и коллоидных растворов. Эти подвижные соединения переносятся с водами в понижения рельефа и выпадают в форме различных минералов, которые слагают гидроморфную кору. Следовательно, состав гидроморфной коры зависит от состава и процессов, протекающих при формировании автоморфной коры выветривания..

   Наиболее  интенсивные процессы гипергенного  преобразования минералов в постоянно  влажных тропических ландшафтах. Здесь происходит глубокое преобразование кристаллохимических структур силикатов, сопровождающееся выносом щелочных и щелочноземельных химических элементов, кремния, железа, алюминия и возникновения каолинита, галлуазита, нонтронита, гидрослюд, гидрогематита, псиломелана. В ряде случаев возникает минералы гидроксидов алюминия. Мощность автоморфной коры при большой длительности выветривания достигает несколько десятков метров.

   На относительно  пониженных элементах рельефа  за счёт выноса из автоморфных кор образуются мощные накопления оксидов железа, алюминия, иногда марганца.

   Интенсивность  выветривания уменьшается в гумидных  ландшафтах умеренного и холодного  климата. В результате процессов  выветривания происходит не столь  интенсивное преобразование силикатов, как в гумидных тропиках. Здесь также возникают глинистые минералы, но среди них преобладают гидрослюды; минералы группы каолинита мало характерны. Мощность элювиальной коры выветривания низкотермических гумидных ландшафтов небольшая. Интенсивность выноса и гидрогенного накопления

16

оксидов железа и особенно алюминия сильно уменьшается  по сравнению с гумидными тропическими ландшафтами.

 

Роль  времени

  Процесс  выветривания может прерваться  на любой стадии в связи  с неблагоприятным изменением физико-географических условий(например, в связи с аридизацией климата) или под воздействием геологических событий(например, тектоническое поднятие территории, сопровождаемое эрозией коры выветривания, или наоборот, опусканием региона и захоронения коры выветривания под осадками). Следовательно, очень древняя кора выветривания может быть неполно развитой, а геологически более молодая кора, развивавшаяся на протяжении более длительного времени, может оказаться более хорошо сформированной. Поэтому необходимо различать время(длительность) формирования коры, с одной стороны, а с другой- её геологический возраст.

  Выветривание  происходило на протяжении всей  геологической истории. Следы  древних процессов гипергинеза  сохранились в виде остатков  древних   кор выветривания, обычно погребенных под более молодыми отложениями. В качестве примера укажем, что в пределах Русской платформы под мощной толщей осадочных отложений на глубине 1,5-2 км сохранились остатки древней коры выветривания, образованной на поверхности кристаллического основания платформы. В западной части Закавказья в отдельных местах почти на поверхности находятся остатки кор выветривания, образовавшиеся в сравнительно недалёком геологическом прошлом, которые были в дальнейшем размыты и переотложены в виде рыхлых красноцветных наносов, на которых образованы современные почвы.

  Древнейшая (протерозойская) кора выветривания  на территории нашей страны известна в Карелии. Она образованна около 2 млрд лет назад и затем перекристаллизована. Более позднего возраста коры выветривания обнаружены во многих районах. Особенно широко распространена кора выветривания , образованная на протяжении мезозоя. Его остатки обнаружены от Западной Украины до Дальнего Востока и от островов Северного Ледовитого океана до гор Средней Азии. Для этой коры выветривания характерна очень большая мощность.

 

17

Роль  минерального состава.

1. Латеритная кора выветривания образуется в некоторых районах тропиков при выветривании пород, богатых алюмосиликатными минералами. В разрезе коры этого типа обычно выделяется несколько зон, связанных постепенными переходами. Выше неизмененной породы расположена зона обесцвечивания, в которой происходит гидролиз минералов с выносом щелочей и образованием каолина, аллофанов, гидроокислов железа и алюминия. Еще выше, в пятнистой зоне, алюмосиликаты окончательно разлагаются, а гидроокислы железа и алюминия накапливаются в конкрециях, окрашенных в красный цвет. Количество конкреций резко увеличивается в следующей железной зоне- (или «железном панцире»). Они сливаются часто в сплошную каменистую породу, иногда с большим количеством пустот («ячеистый латерит»). Мощность этой зоны от 1 до 10 м. Содержание железа в ней иногда достигает 60—80%. Максимальное содержание алюминия (до 60—70%) обычно приурочено к верхней части пятнистой и к низам желейной зон. Железная зона иногда перекрывается красными и желтыми глинами, которые часто смываются тропическими дождями. Во многих тропических странах латериты используются как руда для получения железа и алюминия.

2. Каолиновая кора выветривания чаще всего развивается на кислых кристаллических породах и характеризуется наличием трех зон. На Среднем Урале, например, древняя каолиновая кора выветривания на гранитных массивах начинается зоной гранитной дресвы. Выше следует гидрослюдистая зона, сложенная глинистыми минералами. Верхняя — каолиновая — зона состоит из каолинита с примесью зерен кварца, неразложившихся слюд и полевых шпатов. Общая мощность коры выветривания 50—80 м, из которых на каолиновую зону приходится 30—50 м. Первичные каолины Урала постепенно переходят в неизмененные граниты и сохраняют их структуру. Каолины могут иметь и вторичное происхождение в результате размыва и переотложения первичных каолинов. Каолины применяются для производства фарфоро-фаянсовых изделий, а также в бумажной, алюминиевой, резиновой, химической и других отраслях промышленности.

3. Нонтронитовая кора выветривания образуется на богатых магнием кристаллических породах. Например, на южном и среднем Урале она развивается на массивах ультраосновных пород и ее нижняя зона состоит из разложившихся серпентинитов, сохраняющих структуру невыветрелых пород и переходящих вниз в неизмененные серпентиниты. Выше расположена нонтронитовая зона, сложенная воскообразной глинистой

18

породой зеленого цвета  и содержащая гидроокислы никеля иногда в промышленных концентрациях. Мощность нонтронитовой коры выветривания на Урале до 45 м.