Вив е тріваніе
П роцесс руйнування і зміни гірських порід в умовах земної поверхні під впливом механічного і хімічного впливу атмосфери, грунтових і поверхневих вод та організмів. За характером середовища, в якій відбувається В., розрізняють атмосферний і підводне (див. гальміроліза). За родом впливу В. на гірські породи розрізняють: фізичне В., провідне тільки до механічного розпаду породи на уламки; хімічне В., при якому змінюється хімічний склад гірської породи з утворенням мінералів, більш стійких в умовах земної поверхні; органічне (біологічне) У ., яке зводиться до механічного подрібнення або хімічного зміни породи в результаті життєдіяльності організмів. Своєрідним типом В. є грунтоутворення, при якому особливо активну роль відіграють біологічні чинники. В. гірських порід відбувається під впливом води (атмосферні опади і грунтові води), вуглекислоти і кисню, водяної пари, атмосферного і грунтового повітря, сезонних і добових коливань температури, життєдіяльності макро-і мікроорганізмів і продуктів їх розкладу. На швидкість і ступінь В., потужність продуктів В. і на їх склад, крім перерахованих агентів, впливають також рельєф і геологічна будова місцевості, склад і структура материнських порід. Переважна маса фізичних і хімічних процесів В. (окислення, сорбція, гідратація, коагуляція) відбувається з виділенням енергії. Зазвичай види В. діють одночасно, але в залежності від клімату той чи інший з них переважає. Фізичне В. відбувається головним чином в умовах сухого і жаркого клімату і пов'язане з різкими коливаннями температури гірських порід при нагріванні сонячними променями (інсоляція) і наступному нічному охолодженні; швидка зміна обсягу поверхневих частин порід веде при цьому до їх розтріскування. В областях з частими коливаннями температури близько 0 ° С механічне руйнування порід відбувається під впливом морозного В.; при замерзанні води, що проникла в тріщини, обсяг її збільшується і порода розривається. Хімічні та органічні В. властиві головним чином пластів з вологим кліматом. Основні фактори хімічного В. - повітря і особливо вода, що містить солі, кислоти і луги. Водні розчини, циркулюючі в товщі порід, крім простого розчинення, здатні виробляти також складні хімічні зміни
В результаті окислення карбонатів накопичуються гідроксиди заліза, а оксиди кальцію та магнію піддаються суттєвого виносу, що призводить до збільшення вмісту мінералів-домішок, стійких у гіпергенних умовах. У зв'язку з цим свіжі карбонатити навіть при незначному змісті ніобію, танталу, рідкісних земель та фосфору при В. можуть дати промислові родовища цих елементів. При В. вугілля (фізичному) походять його розпушення до утворення вугільної сажі, втрата блиску, зміна потужності пластів; у складі вугілля при хімічному В. вміст вуглецю, водню зменшується, а кисню в органічній масі збільшується, крім того, збільшується вологість вугілля, знижується здатність його до спікання, зменшується теплопровідність.
У тих випадках, коли продукти В. не залишаються на місці свого утворення, а несуться з поверхні вивітрюються порід водою чи вітром, нерідко виникають своєрідні форми рельєфу, що залежать як від характеру В., так і від властивостей гірських порід, в яких процес як би виявляє і підкреслює особливості їх будови. Для вивержених порід (гранітів, діабазів та ін) характерні масивні округлені форми В.; для шаруватих осадових і метаморфічних - ступінчасті (карнизи, ніші тощо). Неоднорідність порід і неоднакова стійкість їх різних ділянок проти В. веде до утворення останців у вигляді ізольованих гір, стовпів, веж і т.п. У вологому кліматі на похилих поверхнях однорідних порівняно легко розчинних у воді порід, наприклад, вапняків, що стікають води роз'їдають неправильної форми поглиблення, розділені гострими виступами і гребенями, в результаті чого утворюється нерівна поверхня, відома під назвою каррі. У процесі переродження залишкових продуктів В. утворюється багато розчинних сполук, які зносяться грунтовою водою у водні басейни і входять до складу розчинених солей або випадають в осад. Процеси В. призводять до утворення різних осадових порід і багатьох корисних копалин: каолінів, охр, вогнетривких глин, пісків, руд заліза, алюмінію, марганцю, нікелю, кобальту, розсипів золота, платини і ін, зон окислення колчеданних родовищ з їх корисними копалинами та ін
Вивітрювання гірських порід - складний процес, в якому виділяється декілька форм його прояви. 1-а форма - механічне подрібнення гірських порід і мінералів без істотної зміни їх хімічних властивостей - називається механічним або фізичним вивітрюванням. 2-а форма - хімічна зміна речовини, що приводить до перетворення вихідних мінералів у нові - називається хімічним вивітрюванням. Третя форма - органічне (біологохіміческое) вивітрювання: мінерали і гірські породи фізично і головним чином хімічно змінюються під впливом життєдіяльності організмів та органічної речовини, що утворюється при їх розкладанні.
Механічне (фізична) вивітрювання
Породи розпадаються на уламки і перетворюються на брили, дресву і пісок. При цьому склад кінцевих продуктів руйнування цілком залежить від структури, текстури і мінерального складу гірських порід, які зазнали руйнації.
Найважливішим фактором механічного вивітрювання є інсоляція, тобто нагрівання поверхні гірських порід сонячними променями. Що виникає внаслідок поперемінного нагріву та охолодження періодична зміна обсягу породи викликає її розтріскування, порушення зв'язку між мінералами, а також і всередині мінералів. Освіта і зростання тріщин, що розколюють породу на шматки, йде тим інтенсивніше, чим більше добова амплітуда коливань температури, що досягає особливо великих величин (> 40 o C) у субтропічних пустелях і високогірних областях. Утворення тріщин у гірських породах в значній мірі залежить від їх властивостей - шаруватості, сланцеватості, наявності спайності у мінералів. Механічного руйнування сприяє і так звана первинна окремість магматичних порід, тобто система взаимопересекающихся тріщин, що виникають в породі задовго до початку її вивітрювання внаслідок зменшення об'єму при охолодженні магматичного тіла або за вплив тектонічних сил. Первинна окремість може бути виражена лише невидимими простим оком тріщинами, але при вивітрюванні ці тріщини легко розширюються і сприяю руйнування породи, обумовлюючи характерні форми утворюються уламків у вигляді стовпів, матраців і т.д.
Породи з масивною текстурою, прогріваючись і остигаючи за день лише на певну невелику глибину, починають розтріскуватися й відшаровуватися по кривих поверхнях, паралельним нерівним поверхням виходу гірських порід (луската окремість). Такий процес називається десквамацією або чешуеніем.
Породи з шаруватою або сланцеватой текстурою під впливом інсоляції розпадаються по площинах на плитки, розшаровуються, разлістовиваются. Шарувата товща осадових порід, наприклад, пісковиків, що мають різну ступінь цементації, вивітрюється неоднорідне. Одні верстви легко розпадаються на дрібний щебінь, дресву і пісок, інші довго зберігають свою монолітність. Щільні, важко вивітрюються породи зберігаються у вигляді виступів, легко вивітрюються обсипаються і на їх місці утворюються западини. У результаті виникає дуже характерна скульптура виходу порід, звана формами вивітрювання. Такими формами вивітрювання є різні виступи, карнизи, стовпи, останці химерної форми та ін
Інтенсивність і характер механічного вивітрювання залежать не тільки від температурного режиму та інших елементів клімату, але і від конкретного мінерального складання породи, від її теплоємності і теплопровідності. Швидше руйнуються темнофарбовані породи та мінерали, а також крупнокристаллической полімінеральні породи з великим відмінностями коефіцієнтів розширення складових їх мінералів.
Механічне руйнування гірських порід особливо інтенсивно в областях, де добова температура, негативна чи позитивна, коливається навколо нуля (високогір'я, приполярні області). Особливе значення одержує періодично замерзаюча вода, яка проникає в тріщини.
Як відомо, при замерзанні вода розширюється на 1 / 11 свого об'єму. Тому що утворився лід тисне на стінки тріщин з силою 890 кг / см 2, розриваючи навіть дуже тверді породи. Ця форма руйнування гірських порід називається морозним вивітрюванням.
Таким чином, фізичне вивітрювання переважає в умовах сухого континентального клімату (пустелі) з різкими добовими змінами температури, проявляючись у формі інсоляції та особливо широко розвинене у високогірних і субполярних областях у вигляді морозного вивітрювання.
В результаті фізичного вивітрювання утворюються особливі форми ландшафту. Якщо вивітрювання відбувається в гірських областях, де є плоскі горизонтальні поверхні, то продукти вивітрювання накопичуються на них у вигляді брил і дресвяного матеріалу. У результаті створюються елювіальні розсипи. Елювій (лат. "елюо" - вимивати) - це осад, що не піддався переносу, тобто що накопичується в результаті руйнування породи на місці.
Типові галузі фізичного вивітрювання - кам'янисті пустелі, або, як їх називають у Сахарі, гаммади. Це області горизонтально лежачих пластів, утворюють террасовідние поверхні з вертикальними уступами між ними. На краю уступів пласти розчленовуються на останці конусоподібної форми. Зниження між останцями покриті розсипами кам'яних брил і щебенем. Більш дрібний матеріал несеться вітром.
У процесі фізичного вивітрювання з масивних порід вивільняються багато стійкі мінерали, які є корисними копалинами (Au, Pt, каситерит, шеєліт, алмази) і утворюють розсипні родовища.
Хімічне вивітрювання
Найбільш активні агенти: О 2, СО 2 і вода, а при органічному вивітрюванні і органічні кислоти. Особливо велика в цьому отншеніі роль води, що несе в собі розчини солей і газів. Хімічне вивітрювання може бути виражено кількома типами, головні з яких: розчинення, окислення, відновлення, карбонатизація.
Розчинення відбувається під дією води, що стікає по поверхні виходу гірської породи або просочується через її тріщини і пори. При цьому вона вибірково виносить (витравлюють) з породи тільки деякі речовини. Найсильніше розчиняються хлориди (галіт, сильвін), далі сульфати (гіпс), карбонати (вапняки, доломіт). У залежності від величини часток, на які розпалося речовина гірської породи, розрізняють 2 типи розчинів: істинні (кристалоїдні) і колоїдні.
У першому типі розчину речовина розпадається до молекул і іонів. У такому розчині молекули або іони розчиненого речовини мають такий же рухливістю, що і молекули розчинника - води, що забезпечує рівномірний розподіл речовини у всій масі розчинника (дифузію). Особливістю даного типу розчинів є те, що при певному насиченні розчинена речовина випадає з них в осад у твердому кристалічному стані, тобто перетворюється в мінерал. У другому типі розчину (грец. "колл" - клей) речовина розпадається лише до частинок, що перевищують розміри молекул. Ці частинки являють собою поєднання багатьох молекул або дрібні уламки кристалічних граток мінералів розміром 0,001-0,2 мкм. Колоїди можуть бути рідкі, в'язкі і студнеобразной. Колоїди здатні згортатися (коагулювати) під впливом електролітів - водних кристалоїдних розчинів, що розпадаються на іони і здатних тому проводити електричний струм. Властивостями електролітів мають розчини NaCl, HCl, H 2 SO 4, HNO 3, KOH, NaOH, мідного і залізного купоросу, соди, поташу та ін
Під впливом електролітів частинки колоїду злипаються в пластівці й грудочки, які починають осідати, утворюючи гель - речовина, що має властивості твердого тіла. Освіта колоїдних розчинів залежить від складного поєднання фізико-хімічних факторів і підпорядковується іншим закономірностям, ніж звичайне розчинення. Саме у формі колоїдних розчинів виноситься величезна кількість продуктів хімічного вивітрювання, сприяючи тим самим розкладанню мінералів. З огляду на це можна сказати, що абсолютно нерозчинних речовин у природі взагалі немає і що процес розчинення в тій чи іншій формі бере участь у вивітрюванні будь-яких мінералів та гірських порід.
За активної участі розчинення йде гідроліз - розкладання мінералів з винесенням частини утворюються продуктів і супроводжується гідратацією.
Приклад розкладання польових шпатів:
Польові шпати проміжні мінерали каолініт
K, Na [AlSi 3 O 8] (гідрослюди, гідрохлоріти) Al 4 [Si 4 O 10] (OH) 8
Ca [Al 2 Si 2 O 8]
(Катіони K, Na, Ca при взаємодії з СО 2 перетворюються в карбонати і несуться або залишаються на місці; каркасна структура переходить у шарів; кремнезем частково виноситься в розчині, частково переходить в колоїд і випадає у вигляді гелю SiO 2 - опалу, частково залишається в каолініт)
При вивітрюванні в тропічних умовах іноді порушується зв'язок між Al і Si і утворюються мінерали бокситів Al 2 O 3. NH 2 O і опал.
Глини, які утворюються при вивітрюванні породи, одягають її шаром, що захищає від подальшого вивітрювання і представляє собою кору вивітрювання. Кора вивітрювання - сукупність залишкових продуктів вивітрювання - різних елювіальних утворень, розвинутих на материнських породах.
Характер кор вивітрювання і їх потужність пов'язані з кліматичними умовами, кількістю опадів, надходження органічної речовини. Важливе значення має рельєф та інтенсивність висхідних тектонічних рухів, а також склад гірської породи, що зазнала вивітрюванню. Найбільш сприятливими умовами для формування кор вивітрювання є вирівняний рельєф і поєднання високої температури, великій вологості та великої кількості органічних речовин. В умовах жаркого клімату виникає латеритних кора вивітрювання. Глибше розташований каолінітові горизонт, ще нижче - гідрослюдисто-монтмориллонитовій-бейделлітовий горизонт. У тайгово-підзолистого зоні помірного клімату потужність кори вивітрювання значно менше і відсутня латеритних горизонт. В області сухих степів потужність кори ще менше і відсутні латеритних і каолінітові горизонти.
Окислення і гідратація. Окислення схильні в першу чергу мінерали, що містять Fe, S, V, Mn, Ni, Co і ін Факторами окислення є кисень повітря і вода. У присутності вологи закису металів, що входять до складу мінералів, легко переходять в окису, сульфіди - в сульфати. У вологому кліматі утворюються багаті водою гідрати окислів заліза.
FeS 2 + nO 2 + mH 2 O FeSO 4 Fe 2 (SO 4) 3 Fe 2 O 3. NH 2 O
пірит лимоніт
Гідратація - поглинання мінералами води.
CaSO 4 + 2H 2 O = CaSO 4. 2H 2 O
ангідрит гіпс
Fe 2 O 3 + nH 2 O Fe 2 O 3. nH 2 O
гематит лимоніт
У жаркому кліматі в результаті інтенсивного прогрівання сонячними променями і випаровування вологи вода легко віднімається від оксидів Fe. При окисленні заліза, що міститься в гірській породі, тут утворюються бідні водою або позбавлені води мінерали групи гематиту (Fe 2 O 3), що мають червоне забарвлення. Тому грунту кори вивітрювання тропічної області характеризуються червоним забарвленням і здатні швидко тверднути при висиханні. Такі утворення називаються латеритом (лат. "Латер" - цегла). У латеритом присутні глинозем Al 2 O 3 та гідроксиди заліза.
Карбонатизація являє собою процес приєднання вуглекислоти до продуктів зміни гірських порід, що приводить до утворення карбонатів Ca, Fe, Mg та ін Переважна більшість карбонатів досить добре растовріми у воді і тому виносяться нею з формується кори вивітрювання в підстилають породи, де часто з них відкладається, утворюючи стяжения (конкреції). Багато карбонатів виноситься в грунтові води, зумовлюючи їх жорсткість, тобто нездатність змивати жири і давати піну в поєднанні з жиром.
Відновлення є процесом, зворотним окислювання і полягає у втраті речовиною частини або всього міститься в ньому хімічно зв'язаного кисню. В умовах поверхні суші вільний кисень, що міститься в атмосфері і водних розчинах, зазвичай призводить до окислення продуктів вивітрювання та відновлення при цьому не може проявлятися. Воно бере участь у вивітрюванні там, де немає вільного кисню. В умовах боліт всі пори порід і покриває їх пухкої кори вивітрювання заповнені водою, в яку за рахунок відмирання болотної рослинності надходить багато органічних речовин. Всі вони є сильними відновниками, тому що легко з'єднуються з киснем при своєму розкладанні. При цьому не тільки використовується весь розчинений у воді кисень, а й віднімається частина його, хімічно пов'язана в мінералах породи. У результаті цього окис заліза Fe 2 O 3 переходить на закис FeO, гідрати якої мають зеленуватий колір. Виникає сіро-зелена або сиза глиниста маса, подстилающая зазвичай торфовища і звана в грунтознавстві глеем. Процес його утворення називається оглеєння. Поряд з цим при вивітрюванні в відновлювальної середовищі може відбуватися і освіта ряду мінералів, бідних чи позбавлених О 2 і зазвичай відсутніх в корі вивітрювання (пірит і ін.)
У результаті хімічного вивітрювання утворюються такі цінні корисні копалини, як каолін, боксити, деякі залізні руди.
Органічне вивітрювання
Руйнування гірських порід організмами здійснюється фізичним або хімічним шляхом. Найпростіші рослини - лишайники - здатні селитися на будь-якій гірській породі і витягати з неї поживні речовини з допомогою виділених їм органічних кислот; це підтверджується дослідами посадки лишайників на гладке скло. Через деякий час на склі з'являлося помутніння, яке свідчить про часткове його розчиненні. Найпростіші рослини готують грунт для життя на поверхні гірських порід більш високоорганізованих рослин.
Деревна рослинність іноді з'являється і на поверхнсті гірських порід, що не має пухкого грунтового покриву. Коріння рослин використовують при цьому тріщини в породі, поступово їх розширюючи. Вони здатні розірвати навіть дуже щільну породу, так як тургор, або тиск, що розвивається в клітинах тканини коренів, досягає 60-100 атм. Значну роль у руйнуванні земної кори в її верхній частині грають земляні черв'яки, мурашки і терміти, проробляють численні підземні ходи, сприяючи проникненню всередину грунту повітря, що містить вологу і СО 2 - потужні чинники хімічного вивітрювання.
Грунтоутворення
Це складний процес перетворення гірської породи в грунт під впливом органічних речовин з відмираючих наземних рослин, що утворюються при участі мікроорганізмів (бактерії, гриби). Грунт майже суцільним покривом наділяє сушу. Рослинні речовини привносять в грунт такі елементи, як С, Н 2, О 2. Найбільш поширена в рослинній масі клітковина (С 6 Н 6 Про 5), а також азотисті сполуки, що містять азот, сірку, фосфор, залізо, жири, білки, органічні кислоти, спирти. Перетворення органічних речовин у грунті відбувається в залежності від доступу до нього кисню у формі тління (вільний доступ О 2 і повне згоряння органічної речовини). Гниття (без доступу О 2) і перегнивання (проміжний тип розкладання логаніческого речовини при недостатньому доступі О 2). Перегнивання веде до утворення перегною або гумусу (лат. "гумус" - земля). Гумус - складна речовина, що представляє собою суміш органічних сполук, серед яких переважають гумінові кислоти.
Гумус утворюється за участю мікроорганізмів і склад його кілька різний в залежності від кліматичних умов. Залежність ця полягає в наступному. Гумінові кислоти є хімічно активними речовинами, що грають головну роль в процесі хімічного вивітрювання мінералів грунту. При цьому утворюються їх з'єднання з відщеплюється від мінералів лужними і лужноземельними металами, залізом і ін, так звані гумату. У вигляді колоїдних розчинів вони разом із звичайними продуктами вивітрювання вилуговуються з верхньої частини грунту просочується через неї дощової та снігової водою і частина їх знову осідає в нижніх горизонтах грунту. У зв'язку з цим грунт можна розділити на 2 горизонти: верхній - елювіальний, або горизонт вимивання (А) і нижній - іллювіальний, або горизонт вмиванія (В).
У вологому кліматі, де через грунт просочується багато води, а що виникає гумус має особливо різко кислотні властивості, зазначений процес йде найбільш інтенсивно. У сухому кліматі, де води мало, а гумус менш кислий, процес протікає значно слабкіше. Звідси різна потужність, склад і будова грунтів.
Характер материнської породи також впливає на зовнішність грунту, але в набагато меншому ступені. Тому в одній і тій же кліматичній зоні грунту, розвинені навіть на таких різко різних породах, як, наприклад, граніт і суглинок, схожі один на одного. Навпаки, в різних кліматичних зонах грунту навіть на однакових породах різні.