Виды выветривания. Гипергенные процессы. Выветривание

О, выветривание... С ним связана одна из страшных (на самом деле, не очень) ошибок моего детства. Перед поступлением в первый класс я считала, что кукушка "кукукает", а где-то в средней школе не только путала ямб с хореем, но и думала, что выветривание - это только про ветер. Открывать учебник надо было почаще, увы мне.

Выветривание – что это такое

Горы и камни кажутся чем-то вечным, но время не щадит и их. Различные природные процессы постепенно разрушают даже горные породы. Это и есть выветривание.

Здесь важно добавить, что разрушение – это не уничтожение. Минералы не исчезают в никуда, они лишь принимают другую форму. В процессе выветривания образуются кора и продукты выветривания.

Кора выветривания – это рыхлый верхний слой литосферы, сложенный из различных продуктов выветривания, которые также называют элювием или элювиальными отложениями.

Интересные результаты выветривания – кигиляхи (скалы причудливых форм) и курумы (россыпи камней).

Механизмы выветривания

Выделяют два основных типа: химическое и механическое.

Три кита, на которых стоит химическое выветривание:

• вода;
• кислород;
• углекислый газ.

Эти вещества очень активны и легко вступают в реакции. Гидролиз, гидратация, окисление... Одни соединения разрушаются, но образуются другие. Такой вот круговорот элементов в природе.

Вода участвует и в механическом выветривании. Она воздействует на горные породы изнутри (проникая в самые маленькие трещинки) и снаружи (силой волн).

К механическому (физическому) выветриванию относится также воздействие ветра (наконец-то!) и перепадов температур.

Механическое выветривание, в отличие от химического, не изменяет состав вещества. Породы лишь дробятся: от появления маленьких трещин до превращения в пыль.

Особым видом механического выветривания считается то, которое происходит в результате деятельности живых организмов: микроорганизмов, растений и животных.

К выветриванию приводит и воздействие радиации, в том числе, солнечной. Хотя даже внутри самих горных пород встречаются радиоактивные элементы.

Вопрос 1. Что такое горные породы и минералы?

Горными породами называют тела, состоящие из нескольких минералов. По происхождению выделяют магматические, осадочные и метаморфические горные породы. Минералы - это тела, имеющие однородный состав.

Вопрос 2. Чем отличаются горные породы и минералы?

Горные породы - состоят из минералов более или менее постоянного состава. Минералы, как правило, – однородные кристаллические вещества с упорядоченной внутренней структурой и определенным составом, который может быть выражен соответствующей химической формулой.

Вопрос 3. Какие бывают виды горных пород и минералов?

По происхождению горные породы делятся на три группы: Магматические, Осадочные, Метаморфические.

Вопрос 4. Всегда ли горные породы и минералы разрушаются только под воздействием природных сил?

Нет, их так же разрушает человек, когда добывает полезные ископаемые.

Вопрос 5. Что такое выветривание?

Выветривание - процесс разрушения горных пород и минералов под влиянием физических, химических и биологических факторов. Соответственно различают физическое, химическое и биогенное выветривание.

Вопрос 6. Какие существуют виды выветривания?

Различают физическое, химическое и биогенное выветривание.

Вопрос 7. Что является главными причинами физического выветривания?

Физическое выветривание связано с действием движущейся воды, ветра, а также температурного расширения и сжатия горных пород. В результате физического выветривания образуются обломочные горные породы.

Вопрос 8. Что такое биогенное выветривание?

Биогенное выветривание - разрушение горных пород и минералов, связанное с деятельностью растений и животных.

Вопрос 9. Что такое техногенное выветривание?

Хозяйственная деятельность человека приводит в техногенному (или антропогенному) разрушению горных пород.

Вопрос 10. Почему силы выветривания называют внешними силами?

Силы выветривания называют внешними, чтобы отличать их от внутренних сил, связанных с процессами, происходящими в недрах земного шара.

Вопрос 11. Что является основной причиной возникновения химического выветривания?

Химическое выветривание - растворение горных пород и минералов. Этот вид выветривания связан с тем, что вода способна растворять многие вещества и горные породы. К таким породам относится известняк, гипс и многие соли.

Вопрос 12. Как в процессе физического выветривания образуются обломочные горные породы?

В результате физического выветривания при температурном расширении и сжатии горных пород они разрушаются и образуются обломочные горные породы.

Вопрос 13. Приведите примеры техногенных процессов, формирующих рельеф Земли.

Примером может быть разработка песчаных, каменных и прочих карьеров, угольных шахт.

Вопрос 14. Приведите примеры взаимосвязи техногенных и природных процессов разрушения горных пород.

В результате добычи песка изменяется водный баланс территории, стенки карьеров начинают размываться ручьями, в результате возникают обвалы породы и затопление нижних горизонтов карьера.

Вопрос 15. На основе текста параграфа составьте схему «Выветривание горных пород».

Выветривание - процесс разрушения и изменения горных пород и минералов в приповерхностных условиях под воздействием физико-химических факторов атмосферы, гидросферы и биосферы.

Таким образом, факторами выветривания являются:

Колебание температур (суточное, сезонное);

Химические агенты - O2, H2O, CO2;

Органические кислоты: ульминовая и гуминовая;

Жизнедеятельность организмов.

Физическое выветривание

Физическое выветривание пород происходит без изменения их химического состава. Порода просто дробится на обломки с постепенным уменьшением их размера вплоть до песка. Примером такого физического разрушения может служить температурное выветривание.

Температурное выветривание . Температурное выветривание происходит в результате резких колебаний температур, вызывающих неравномерное изменение объема горных пород и слагающих их минералов. Периодическое нагревание и охлаждение пород при суточных и сезонных колебаниях температур приводит к образованию трещин и к распадению их на глыбы, которые в свою очередь подвергаются дальнейшему измельчению. Чем резче колебания температур, тем интенсивнее проявляется физическое выветривание и, наоборот, в условиях «мягкого» климата механическое разрушение пород происходит крайне замедленно. Наиболее активно температурное выветривание проявляется в пустынях, полупустынях и высокогорных областях, где горные породы очень сильно нагреваются и расширяются днем, охлаждаются и сжимаются ночью. Интенсивность и результаты выветривания определяются также составом, структурой и цветом породы: полиминеральные породы будут разрушаться быстрее, чем мономинеральные. Этому значительно способствует анизотропия и неодинаковые коэффициенты расширения главнейших породообразующих минералов.

Например, коэффициент объемного расширения кварца в два раза больше, чем у ортоклаза.

Глубина температурного выветривания при суточных колебаниях температур составляет не более 50 см, а при сезонных колебаниях – несколько метров.

Частными случаями температурного выветривания являются процессы десквамации (шелушения), сфероидального выветривания и дезинтеграции зерен.

Десквамация – это отделение от гладкой поверхности скал чешуек или толстых пластин параллельно поверхности породы при ее нагревании и охлаждении независимо от текстуры, структуры и состава породы.

При сфероидальном выветривании первоначально угловатые, разбитые трещинами блоки пород в результате выветривания приобретают округлую форму.

Дезинтеграция зерен – ослабление и отделение зерен в грубозернистых породах, в результате чего порода рассыпается, при этом образуется дресва или песок, состоящий из несвязанных между собой зерен различных минералов. Дезинтеграция зерен происходит всюду, где обнажаются крупнозернистые породы.

Другим видом физического выветривания является морозное выветривание, при котором породы разрушаются под действием замерзающей воды, проникающей в поры и трещины. При замерзании воды объем льда увеличивается на 9%, что создает значительное давление в горных породах. Таким образом, легко дробятся породы с высокой пористостью, например, песчаники, а также сильно трещиноватые породы, в которых трещины распираются ледяными клиньями. Наиболее интенсивно морозное выветривание протекает в зонах, где среднегодовая температура близка к нулю. Это зона тундры, а также в горных районах на уровне снеговой линии.

Химическое выветривание

При химическом выветривании разрушение горных пород происходит с изменением их химического состава главным образом под воздействием кислорода, углекислого газа и воды, а также активных органических веществ содержащихся в атмосфере и гидросфере.

Главными реакциями, обуславливающими химическое выветривание, являются окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление – это переход элементов с низкой валентностью в высоковалентное за счет присоединения кислорода. Особенно быстро окислению подвергаются сульфиды, некоторые слюды и другие темноцветные минералы.

Например: лимонит – это самая устойчивая форма существования железа в поверхностных условиях. Все ржавые пленки и ржаво-бурая окраска пород обусловлена присутствием гидроокислов железа. Так как железо постоянно входит в химический состав многих породообразующих минералов – значит при химическом выветривании этих минералов Fe++ перейдет в Fe+++, т.е. лимонит.

Гидратация – это химическое присоединение воды к минералам горных пород с образованием новых минералов (гидросиликатов и гидроокислов) с другими свойствами.

Fe 2 O 3 + nH 2 O → Fe 2 O 3 ´ nH 2 O

гематит лимонит

CaSO 4 + 2H 2 O → CaSO 4 ´ 2H 2 O

ангидрит гипс

превращение ангидрита в гипс всегда сопровождается значительным увеличением объема породы, что приводит к механическому разрушению всей гипс-ангидритовой толщи.

Растворение – способность молекул одного вещества распространяться вследствие диффузии в другом веществе. Оно происходит с различной скоростью для разных пород и минералов. Наибольшей растворимостью обладают хлориды (галит NaCl, сильвин KCl и др.). Сульфаты и карбонаты растворяются хуже.

Гидролиз – наиболее важный процесс химического выветривания, т.к. путем гидролиза разрушаются силикаты и алюмосиликаты, которые слагают половину объема внешней части континентальной коры.

Органическое выветривание

Воздействие органического мира на горные породы сводится или к физическому (механическому) разрушению их, или к химическому разложению. Важным результатом органического выветривания (в совокупности с физическим и химическим) является образование почвы, отличительным свойством которой является ее плодородие.

Выветривание минералов представляет собой сложный и длительный по времени процесс, в ходе которого разрушается их поверхность. На выветривание влияет множество факторов, и, в зависимости от этого, различают три его типа: механическое, органическое и химическое выветривание горных пород.

Виды выветривания

По сути, выветривание – это разрушение или полное изменение структуры минералов под влиянием углекислого газа, кислорода, воды, температурных колебаний, представителей флоры и фауны.

Исходя из того, какой из этих факторов оказывает большее влияние на тот или иной участок горной породы, различают три типа выветривания:

• физическое (механическое);
• химическое ;
• биологическое (органическое).

Все эти типы связаны друг с другом самым тесным образом, и зачастую действуют одновременно, а на преобладание какого-то конкретного вида выветривания влияют лишь природные условия.

Как правило, данные процессы происходят на суше, гораздо реже - на дне водоемов.

В областях, где преобладают аридные, полярные или высокогорные почвы, характеризующиеся скудным запасом воды, преобладает физическое выветривание. В то время как в субтропиках и трупиках - химический его тип.

Рис. 1. Аридные почвы

Особенности химического выветривания

Химическое выветривание - это разрушение минералов и принципиальное изменение их состава, что приводит к образованию совершенно новых соединений.

Данный процесс наиболее активно идет в карбонатных породах, для которых характерна раздробленность и повышенная водопроницаемость. Особенно большое влияние на протекание разрушительного процесса оказывает вода.

Рис. 2. Карбонатные горные породы

Скорость химического выветривания многократно увеличивается, если в водном растворе есть органические кислоты, углекислота и кислород. Эти вещества обладают высокой активностью, которую способны передавать и воде.

Выделяют 4 основные реакции химического выветривания:

• Окисление - присоединение молекул кислорода, за счет чего происходит образование новых соединений. К примерам химического выветривания горных пород под воздействием кислорода можно отнести переход сидерита и пирита в гематит.
• Гидратация - присоединение воды, то есть прикрепление молекул воды к поверхности кристаллической решетки минерала. Типичный пример гидратации - переход ангидрида в гипс.

Рис. 3. Гипс

• Растворение - растворение молекул одного вещества в другом веществе без качественного изменения его состава. Почти все минералы, так или иначе, растворяются, но больше всего этому процессу подвержены осадочные горные породы.
• Гидролиз - сложный, поэтапный химический процесс, при котором под воздействием воды и растворенных в ней ионов происходит полное изменение структуры минералов. Каолинит - пример горной породы, которая появляется за счет выветривания под влиянием гидролиза.

Одной из самых распространенных проблем в содержании сельскохозяйственных угодий является Она имеет место в засушливых регионах на открытой местности. Чаще всего к этому приводит естественное выветривание, с которым борются разными способами, как правило, базирующимися на регулировании гидротехнических показателей земельного покрова. Но есть и более широкое понимание выветривания, которое затрагивает не только почвенный слой, но и горные породы. В данном случае уместно ставить вопрос о том, что такое выветривание минералов? Это тоже естественный процесс разрушения, который, впрочем, может возникать не только по причине чрезмерной засушливости.

Общие сведения о выветривании

Под выветриванием понимается процесс внешнего воздействия на горную породу, при котором происходит разрушение или разложение ее материальной основы. Факторы, обуславливающие такие явления, могут иметь разный характер - от химических водных до атмосферных реакций. В большинстве случаев на минералы действует совокупность разных факторов, в итоге приводящих к обеднению горной породы. Причем в вопросе относительно того, что такое выветривание, нельзя опираться на классическое понимание деятельности непосредственно ветра или другого Даже привычные химические и физические процессы не полностью отражают полноту этого явления. Например, в разрушении могут участвовать и реакции газового действия. В частности, углекислота и кислород обеспечивают активное биохимическое влияние. Другое дело, что предпосылки для них могут быть связаны с результатом человеческой деятельности - к примеру, в рамках содержания того же сельского хозяйства.

Виды выветривания

Обычно выделяют химические и физические процессы выветривания, которые чаще всего взаимосвязаны и дополняют друг друга. Разве что интенсивность их может отличаться в зависимости от условий среды. Но также в некоторых регионах распространены процессы биогенного и радиационного влияния. Более того, именно такие явления зачастую носят наиболее выраженный характер разрушения. Химические и физические процессы все же более естественны и, можно сказать, происходят в постоянном режиме, только с разной степенью влияния на структуру природных материалов. Биогенные виды выветривания также могут быть следствием уже интенсивного химического разложения.

Активность того или иного фактора выветривания зависит не только от внешнего воздействия, но и от характеристик горной породы. Чаще всего специалисты рассматривают совокупность явлений. Так, в качестве первостепенных факторов, которые обуславливают те или иные процессы выветривания, выделяют климат, особенности рельефа, тектонические характеристики, состав и структуру породы.

Процесс физического выветривания

Среди основных причин возникновения данного рода выветриваний специалисты называют резкие и регулярные перепады температур. Если в дневное время поверхность минерала нагревается и расширяется, то ночью на фоне похолодания происходит обратный процесс сокращения структуры. В итоге имеет место растрескивание и дробление породы на мелкие частицы. Это своего рода деформирование, которое, опять же, носит постоянный характер, хоть и малозаметный. Особенно выражено физическое выветривание в холодных регионах, где часто бывают и заморозки. Дело в том, что скапливающаяся в структуре минерала влага в такие периоды твердеет и кристаллизуется, что повышает напряжение и закономерно приводит к более интенсивному растрескиванию. Способствуют разрушающей активности и вибрации рельефного покрова, которые часто проявляются в нестабильных с точки зрения тектонического устройства регионах.

Процесс химического выветривания

Явления такого характера также могут быть связаны с обширной группой факторов, причем не всегда способствующих именно разрушению. В зависимости от химической реакции, влияющей на структуру горной породы, могут наблюдаться и процессы деформации, и образование новых минералов. В обоих случаях будет происходить качественное изменение состава и структуры объекта. В списке непосредственных факторов, которые активизируют химическое выветривание, выделяют воду, кислород и углекислый газ. Например, водные ресурсы естественно выступают своего рода растворителем горной породы. Интенсивность взаимодействия воды и минерала зависит от химического состава жидкости. При этом и сами реакции могут быть разными. Так, на минералы магматических пород вода оказывает влияние посредством реакции гидролиза. Ее итогом может быть замена щелочных элементов на ионы водорода.

Биогенное или органическое выветривание

Как уже отмечалось, не меньшее воздействие на минералы могут оказывать и биологические факторы. К таким можно отнести деятельность растений, мелких грызунов и особенно микроорганизмов с грибками и бактериями. В комплексе эти факторы могут обеспечить и более серьезный разрушающий процесс, чем физические или химические факторы. Но это также зависит от конкретных условий местности, в которой залегает горная порода. Что такое выветривание биогенного характера на практике? Это может быть, например, активность живых организмов, дробящих минерал в слое почвы. Таким образом действует корневая система деревьев. А некоторые могут выступать также источником химической реакции, выделяя кислоты, которые в дальнейшем разлагают отдельные компоненты горного конгломерата.

Особенности радиационного выветривания

Одним из самых опасных является процесс радиационного воздействия. Он характеризуется высокой интенсивностью и длительностью, причем во многих случаях остановить его просто невозможно. Но тут же стоит выделить естественное солнечное излучение, которое входит в группу радиационных факторов, и техногенные процессы. Во втором случае выветривание пород происходит в результате человеческой деятельности. Классическим примером является работа полигонов, на которых хранятся токсически опасные отходы. Соответственно, ближайшие массивы с горными породами будут подвергаться и разрушающему воздействию, и активным факторам разложения.

Что такое кора выветривания

Разберемся и с этим вопросом. Процессы выветривания могут происходить постоянно или периодами. Но в обоих случаях поверхность, на которую действуют те или иные факторы качественной деформации, обретает характерный облик. Это и будет кора выветривания, которой свойственна рыхлость и обедненный химический состав.

Как правило, верхние слои таких пластов менее разложены и отличаются наличием металлических компонентов. Это могут быть, к примеру, гидроксиды кремния или же алюминия. Далее следует зона, в которой будут присутствовать гидроксиды железа, на образование которых оказывало влияние химическое выветривание с меньшей интенсивностью. В нижних пластах коры обычно залегают известняковые и гипсовые стяжения.

Продукты выветривания

Обычно в процессе выветривания остаются каменные обломки, частицы песка, щебень, глинистые фракции и каолин. При этом отсоединившиеся от основной породы элементы могут иметь различные размеры и формы - это уже зависит от конкретных условий и факторов выветривания. В некоторых случаях возможно и образование курума. Это массивные глыбы и валуны, сформированные из свежеобломанных вышеупомянутых фракций. Стандартные размеры курумов варьируются от 1 до 2 м, хотя бывают и экземпляры, значительно выходящие за эти рамки. Чаще всего образование таких глыб обеспечивает физическое выветривание, результатом которого может стать и создание каменного панциря с курумовым настилом.

Заключение

Выветривание происходит не только с разной степенью интенсивности, но и отличается стадиями реализации. Простейшим примером может быть физический процесс разрушения из-за температурного воздействия. Далее может подключиться и химическая реакция, в которой будет участвовать жидкость с активными элементами. Теперь стоит обратиться к вопросу о том, что такое выветривание органического характера. Отчасти это процесс биологического разрушения, который может закономерно повлечь и формирование новых пород. Соответственно, выветривание нельзя рассматривать только как разрушение существующего минерала. Даже если деформация завершится на этапе физического отделения некоторого массива частиц, это изменение может способствовать образованию новых минералов или конгломератов, что подтверждают своим существованием курумы.