Роль органического вещества в процессах выветривания

(Mg, Fe)2[SiO4] ® Fe2O3 + nMg(HCO3)2 + mH4SiO4.

оливин гематит бикарбонат растворимый натрия кремнекислота

Дальнейший процесс окисления и гидратации может привести к образованию гидроокислов железа (Fе2O3·nН2O).

Гидратация — это процесс, заключающийся в присоединении воды к первичным минералам горных пород и образовании новых минералов. Можно привести следующие примеры гидратации:

1. Переход ангидрита в  гипс по реакции

СаSO4+2H2OÛCaSO4-2H2O (реакция обратима при изменении условий)

2. Переход гематита в  гидроокислы железа:

Fе2О3+nН2ОÛFе2О3·nН2О

При гидратации объем породы увеличивается и покрывающие отложения деформируются.

Растворение. Под влиянием воды, содержащей углекислоту, происходит растворение горных пород. Растворение особенно интенсивно проявляется в осадочных горных породах — хлоридных, сульфатных и карбонатных. Наибольшей растворимостью отличаются хлориды: соли натрия, калия и др. За хлоридами по степени растворимости стоят сульфаты, в частности гипс, за которыми следуют карбонатные породы: известняки, доломиты, мергели. В результате растворяющей деятельности поверхностных и подземных вод на поверхности растворимых пород образуются карстовые формы рельефа.

Гидролиз. Сложный процесс гидролиза особенно большое значение имеет при выветривании силикатов и алюмосиликатов. Он заключается в разложении минералов, выносе отдельных элементов, а также в присоединении гидроксильных ионов и гидратации. В ходе гидролиза первичная кристаллическая структура минерала нарушается и перестраивается и может оказаться полностью разрушенной и заменена новой, существенно отличной от первоначальной и соответствующей вновь образованным гипергенным минералам. В ряде случаев гипергенное преобразование силикатов и алюмосиликатов под влиянием воды, углекислоты и органических кислот протекает стадийно с образованием различных глинистых минералов. В качестве примера можно привести схему разложения полевых шпатов (полевой шпат®промежуточный минерал®каолинит):

K[AlSi3O8] ® (К, Н2О) А12 (ОН)2[A1Si3O10]·nH20 ® A14 (ОН)8[A1Si3O10] ортоклаз гидрослюда  каолиниткаолинит

При образовании из полевых шпатов каолинита происходит несколько превращений и реакций:

1. Все катионы К, Na, Са при взаимодействии с углекислотой образуют истинные растворы карбонатов (СаСО3, Na2CО3, К2СОз) и бикарбонатов. В условиях влажного и теплого климата карбонаты выносятся за пределы; места их образования. В условиях сухого климата и недостатка влаги карбонаты остаются на месте, образуя твердую корку, или выпадают из раствора на некоторой глубине от поверхности. Такой процесс образования карбонатов называется карбонатизацией.

2. Каркасная структура  полевых шпатов превращается  в слоевую, свойственную каолиниту и другим глинистым минералам.

3. Часть растворенного  кремнезема выносится водой, что  подтверждается наличием в твердом  стоке речных вод в среднею около 11% SiO2. Значительная часть выносимого кремнезема быстро переходит в коллоидальное состояние и выпадает в виде аморфного гидратированного осадка SiO2·nН2O, который при высыхании и частичной потере воды превращается в опал. Часть SiO2 остается прочно связанной в каолините.

4. Присоединение гидроксильных  ионов в каолините. В результате  выветривания магматических и  метаморфических горных .пород, богатых алюмосиликатами (гранитов, гранодиоритов, гнейсов и др.), образуются месторождения каолина. Каолинит в условиях земной поверхности достаточно устойчивый минерал. Но при благоприятных условиях — высокой температуре, большом количестве атмосферных осадков и огромном растительном отпаде—происходит дальнейшее разложение и образуются наиболее устойчивые соединения — гидроокислы алюминия, такие, как гиббсит, или гидраргиллят, А10(ОН)з—один из рудоносных минералов основной алюминиевой руды — боксита. Иногда гидроокислы алюминия распространены в виде пятен в каолинитах.

При выветривании полиминеральных горных пород наряду с гидроокислами алюминия на конечных стадиях образуются гидроокислы железа, иногда марганца, титана. Наибольшая интенсивность химического выветривания проявляется в железисто-магнезиальных минералах (оливин, пироксены, амфиболы) и основных плагиоклазах. [1, стр.17-23]

Следы химического выветривания

физический химический биогенный выветривание

3. Биогенное выветривание

 Биогенное выветривание, или биологическое связано с  активным воздействием на горные  породы растительных и животных  организмов. 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 сухим 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, в меньшей степени Si и Al, Fe и др.

Даже на самой гладкой скале селятся лишайники. Ветер заносит их мельчайшие споры в самые тонкие трещины или прилепляет к мокрой от дождя поверхности, и они прорастают, плотно прикрепляясь к камню, вытягивают из него вместе с влагой соли, нужные им для жизни, и постепенно разъедают поверхность камня и расширяют трещины. К разъеденному камню легче пристают, а в расширенные трещины больше набиваются мелкие песчинки и пылинки, которые приносит ветер или смывает вода с вышележащего склона. Эти песчинки и пылинки мало-помалу образуют почву для высших растений (трав, цветов). Их семена приносятся ветром, попадают в трещины и в пыль, набившуюся между слоевищами лишайников и прилипшую к разъеденному им утёсу, и прорастают. Корни растений углубляются в трещины, расталкивают в стороны куски породы. Трещины расширяются, в них набивается ещё больше пыли и перегноя от отживших трав и их корней, - и вот подготовлено место для больших кустов и деревьев, семена которых тоже заносятся ветром, водой или насекомыми. У кустов и деревьев корни многолетние и толстые; проникая в трещины и утолщаясь с годами, по мере роста, действуют словно клинья, расширяя трещину всё больше и больше.

Разрушению пород способствуют разнообразные животные. Грызуны роют огромное количество нор, рогатый скот вытаптывает растительность; даже черви и муравьи разрушают поверхностный слой почвы.

Выделяющиеся при разложении органических остатков углекислый газ и гуминовые кислоты попадают в воду, которая в результате этого резко увеличивает свою разрушающую способность. Растительный покров способствует накоплению влаги и органических веществ в почве, благодаря чему увеличивается время воздействия химического выветривания. Под покровом почвы выветривание происходит интенсивнее, т.к. горную породу растворяют также и органические кислоты, содержащиеся в почве. Бактерии, которые распространены повсеместно, образуют такие вещества как азотная кислота, углекислый газ, аммиак и другие, способствующие скорейшему растворению минералов, содержащихся в горных породах. [2,стр.83-91]

4. Продукты выветривания

 Таким образом, процессы  физического, химического, биогенного  выветривания идут постоянно  и повсеместно. Под их влиянием  медленно, но неотвратимо разрушаются  даже самые прочные горные  породы, постепенно превращаясь  в дресву, песок и глину, которые  водными потоками переносятся  на огромные расстояния и, в  конце концов, вновь отлагаются  в озёрах, океанах и морях.

В процессе выветривания возникают две группы продуктов выветривания: подвижные, которые уносятся на то или иное расстояние, и остаточные, которые остаются на месте своего образования. Остаточные, несмещенные продукты выветривания представляют собой один из важнейших генетических типов континентальных образований и называются элювий.

2. Эллювий и условия его образования

Элювий — рыхлые отложения, возникающие при выветривании исходных (материнских) горных пород на месте их залегания. Элювий слагает коры выветривания и почвы.

Различают ортоэлювий кристаллических (магматических и метаморфических) горных пород, метаэлювий уплотнённых осадочных пород и неоэлювий молодых рыхлых отложении (в двух последних исходные породы в значительной мере состоят из переотложенных и слабо изменённых продуктов выветривания). Наиболее типичен ортоэлювии, состав которого изменяется от щебнисто-глыбового в холодном климате до глинистого во влажном и жарком.

По степени разложения различают:

грубый сиаллитный эллювий, в котором сохраняются первичные алюмосиликаты;

кислый сиаллитный эллювий, сложенный главным образом из новообразованных водных алюмосиликатов группы глинистых минералов;

аллитный, или ферраллитный эллювий, в котором значительная часть силикатов разложена и представлена свободными гидроокислами алюминия и железа.

Совокупность продуктов выветривания различных по составу элювиальных образований верхней части литосферы называется корой выветривания. Формирование коры выветривания, состав слагающих её образований и мощность изменяются в зависимости от климатических условий – сочетания температуры и влажности, поступления органического вещества, а также от рельефа. Наиболее благоприятным для формирования мощных кор выветривания является относительно выровненный рельеф и сочетание высокой температуры, большой влажности и обилие органических веществ.

Элювий может состоять из крупных обломков и из мелких, образующихся при дальнейшем разрушении, в котором главную роль играют химические агенты. Под действием воды, содержащей кислород и углекислый газ, все породы, в конце концов, превращаются в песок, или в супесь, или в суглинок, или в глину; в зависимости от своего состава кварцит превратится в чистый песок, белый или желтоватый, песчаник даст глинистый песок, гранит – сначала дресву из отдельных зёрен, а затем суглинок, глинистый сланец – глину. Известняк, обычно нечистый, теряет известь, которую растворяет и уносит вода, оставляя примеси в виде глины, чистой или песчаной. Эти конечные продукты выветривания в элювии смешаны с большим или меньшим количеством щебня и обломков, находящихся в разных стадиях своего изменения.

С элювием связаны месторождения бокситов, из которых получают алюминий, каолинов, бурого железняка и других полезных ископаемых. При разрушении коренных горных пород высвобождаются содержащиеся в них стойкие минералы. Они могут образовывать ценные минеральные скопления – россыпи. Например, элювиальные россыпи алмазов над кимберлитовыми трубками, россыпи золота над золотоносными жилами.

У подножия разрушающихся утёсов, отвалившиеся от них обломки накапливаются, образуя на склонах обширные осыпи, часто легко подвижные и трудно проходимые, состоящие из крупных глыб или из щебня, ползущего под ногами вниз. На плоской поверхности горных вершин выходы твёрдых пород распадаются при выветривании на отдельные части, превращаясь в сплошную россыпь глыб, торчащих в разные стороны. Эти россыпи особенно часты в Сибири и Арктике, где они образуются при совместной работе сильных морозов и влаги туманов, дождей и тающего снега. Но и в тёплом климате вершины гор, поднимающиеся над линией постоянного снега, где климат почти арктический, разрушаются быстро и дают обильные осыпи и россыпи.

"Так, потихоньку, из-за  дня в день, из года в год, из века в век, работают незаметные  силы над разрушением горных  пород, над их выветриванием. Как  они работают, мы не замечаем, но плоды их трудов видны  везде: сплошная твердая скала, которая  первоначально была рассечена  только тонкими трещинами, оказывается, благодаря выветриванию, более или  менее сильно разрушенной; первые  трещины расширены, появились новые  в еще большем числе; от всех  углов и краев отвалились мелкие  и крупные куски и лежат  тут же кучками у подножия  скалы или скатились вниз по  склону, образуя осыпи. Гладкая поверхность  скалы стала шероховатой, изъеденной; на ней местами видны лишаи, местами выбоины и щели, местами  черные или ржавые подтеки".

Собственно выветривание не создает форм рельефа, оно только подготавливает материал к переносу. Поэтому широко распространенное название «формы выветривания» применительно к причудливым скалам, встречающимся в горах, не совсем правильно. Характер выветривания различен, он зависит от пород, которыми сложены эти скалы, от их трещиноватости; но сама форма скал создается только вследствие того, что частицы, отделившиеся в результате выветривания от основного массива, падают, выдуваются ветром, смываются водой, словом, смещаются, а это уже в процесс выветривания не входит.

3. Аллювий и его состав.

Аллювий представляет собой намывной материал, отлагаемый текучими водами (реками или овражными водотоками).

По характеру осадков и месту их накопления речные аллювиальные отложения подразделяются на дельтовые (песчаноглинистые осадки в дельтах), русловые, пойменные и старичные. Пойменный аллювий (суглинки, супеси, глины, мелкозернистые пески и органический материал) откладывается в период паводка. Старичный аллювий сложен илистыми песками (старицы – изолированные старые русла рек), русловый аллювий в долинах крупных рек, сложенный крупными обломками и песком, служит хорошим основанием для тяжелых сооружений. В случаях, когда аллювий перекрывается пойменными и старичными отложениями, используют свайные фундаменты.