Литература Бушинский Г.П., Теняков В.А. Выветривание - процессы, породы и руды// Литология и полезные ископаемые. 1977. N 5.

Кора выветривания. М., 1974. Вып. 14. 1976. Вып. 15.1978. Вып. 16.1983. Вып. 18.1985. Вып. 19.

Кора выветривания и гипергенное рудообразование. М., 1977.

Поверхности выравнивания и коры выветривания на территории СССР// Под ред. И.П. Герасимова и А.В. Сидоренко. М., 1974.

Среди экзогенных (внешних) процессов следует выделить

выветривание

, само по себе рельеф не изменяющее, но «подготавливающее» горные породы к участию во всех преобразованиях.

Оказавшись на поверхности планеты, где давление и температура значительно ниже, чем в недрах планеты, горные породы расслаиваются, в них появляются трещины. Постепенно порода разрушается. Такое разрушение горных пород на поверхности Земли (и вблизи нее) и называют

выветриванием

.

Под

выветриванием

понимается совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов в приповерхностной части земной коры.

Это преобразование зависит от многих факторов:



колебаний температуры;



химического воздействия воды и газов углекислоты и кислорода (находящихся в атмосфере и в растворенном состоянии в воде);



воздействия органических веществ, образующихся при жизни растений и животных и при их отмирании и разложении.

Часть земной коры, в которой происходит преобразование минерального вещества, называется

зоной выветривания

или

зоной гипергенеза

(от греч. "гипер" - над, сверху).

В зависимости от преобладания тех или иных факторов в едином и сложном процессе выветривания условно выделяются два взаимосвязанных типа: 1) физическое выветривание; 2) химическое выветривание.

Разные минералы реагируют на изменение температуры изменением объема по-разному. Если горная порода состоит из зерен различных минералов (как гранит, например), то суточные и сезонные колебания температуры приводят к появлению и расширению трещинок между зернами и разрушению породы. Эти процессы называют

физическим выветриванием.

Каменная река (курум) – результат физического выветривания

В этом типе наибольшее значение имеет

температурное выветривание ,

которое связано с суточными и сезонными колебаниями температуры, что вызывает то нагревание, то охлаждение поверхностной части горных пород.

Гранит Особенно ярко это выражено в

многоминеральных

магматических и метаморфических породах (гранитах, сиенитах, габбро, гнейсах, кристаллических сланцах и др.), образовавшихся в глубинах Земли в специфической термодинамической обстановке, в условиях высоких температур и давлений. При выходе на поверхность такие породы оказываются малоустойчивыми, так как коэффициент расширения разных породообразующих минералов неодинаков. Сиенит Габбро равномернозернистое Гнейс

Процесс температурного выветривания, вызывающего механическую дезинтеграцию горных пород, особенно характерен для

экстрааридных

и

нивальных

ландшафтов с континентальным климатом и непромывным типом режима увлажнения.

Хамада (каменистая пустыня) в окрестностях Таманрассета Особенно наглядно это проявляется в областях пустынь, где количество выпадающих атмосферных осадков находится в пределах 100-250 мм/год (при колоссальной испаряемости) и наблюдается резкая амплитуда суточных температур на незащищенной растительностью поверхности горных пород.

Температурное выветривание весьма активно протекает также на вершинах и склонах гор, не покрытых снегом и льдом, где воздух прозрачный и инсоляция больше, чем в прилежащих низменностях. Cклоны гор Койтендага. Туркменистан

Каменная пустыня. Полярный Урал Интенсивное физическое (механическое) выветривание происходит в районах с суровыми климатическими условиями (в полярных и субполярных странах) с наличием многолетней мерзлоты, обусловливаемой ее избыточным поверхностным увлажнением.

В этих условиях выветривание связано главным образом с расклинивающим действием замерзающей воды в трещинах и с другими физико-механическими процессами, связанными с льдообразованием. Хорошо известно, что вода при замерзании увеличивается в объеме более чем на 9% (П. А. Шумский, 1954).

Если замерзание происходит в замкнутом пространстве (например, в трещине), то на горную породу действует громадное давление, разрушающее ее. Это -

морозное выветривание

.

Скала Труба Дьявола в Великобритании — пример того, что обычно называют формами выветривания. Известняк подвергся воздействию морозного выветривания, и осталась часть, наименее затронутая выветриванием.

Чисто физическое выветривание приводит к раздроблению горных пород, к механическому разрушению без изменения их минералогического и химического состава.

ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ

Одновременно с физическим выветриванием в областях с промывным типом режима увлажнения происходят и процессы химического изменения с образованием новых минералов.

При механической дезинтеграции плотных горных пород образуются макротрещины, что способствует проникновению в них воды и газа и, кроме того, увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Это создает условия для активизации

химических

и

биогеохимических реакций .

Проникновение воды или степень увлажненности не только определяют преобразование горных пород, но и обусловливают

миграцию

наиболее подвижных химических компонентов.

К процессам химического выветривания относятся:

• • • •

окисление, гидратация, растворение, гидролиз.

Магнетит

Окисление

железо. особенно интенсивно протекает в минералах, содержащих В качестве примера можно привести окисление магнетита, который переходит в более устойчивую форму - гематит (Fe 2 0 4 Fе 2 0 3 ). Гематит

Гидратация

Ангидрит Под воздействием воды происходит гидратация минералов, т.е. закрепление молекул воды на поверхности отдельных участков кристаллической структуры минерала. Примером гидратации является переход ангидрита в гипс: ангидрит - CaSO 4 +2H 2 O CaSO 4 .

2H 2 0 - гипс. Гипс

Растворение

Растворение происходит под действием воды, стекающей по поверхности горных пород и просачивающейся через трещины и поры в глубину. Ускорению процессов растворения способствуют высокая концентрация водородных ионов и содержание в воде О 2 , СО 2 и органических кислот.

Образец ангидритовой породы со следами растворения.

Побережье Камского водохранилища. Из химических соединений наилучшей растворимостью обладают хлориды - галит (поваренная соль), сильвин и др. На втором месте - сульфаты ангидрит и гипс. На третьем месте карбонаты известняки и доломиты.

Галит Коралловый известняк Сильвин Доломит Гипс

“Карр” – поверхностная форма карста В процессе растворения указанных пород в ряде мест происходит образование различных

карстовых форм

на поверхности и в глубине.

Карстовые пещеры Аггтелек. Венгрия

Гидролиз

При выветривании силикатов и алюмосиликатов важное значение имеет гидролиз, при котором структура кристаллических минералов разрушается благодаря действию воды и растворенных в ней ионов и заменяется новой существенно отличной от первоначальной и присущей вновь образованным гипергенным минералам.

Микроорганизмы (которых в выветрелой горной породе содержится до миллиона на каждый грамм), корни деревьев, ходы земляных червей, лишайники – взаимодействуют с горной породой, дробя и растворяя ее. Эти процессы называют

биологическим выветриванием

.

На фотографии очень хорошо заметно, как волны подтачивают нижнюю часть скалы. Но можно заметить и деревья, разрушающие корнями горные породы, т.е. биологическое выветривание.

КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ

Литература

• • • • • • • •

Полынов Б. Б., Кора выветривания, ч. 1, Л., 1934; Лукашев К. И., Основы литологии и геохимии коры выветривания, Минск, 1958; Гинзбург И. И., Типы древних кор выветривания, формы их проявления и классификация, в кн.: Кора выветривания, в. 6, М., 1963; Добровольский В. В., География и палеогеография коры выветривания СССР, М., 1969; Кашик С. А., Формирование минеральной зональности в коре выветривания, Новосибирск, 1989; Кора выветривания, в. 1—11, М., 1952—70; Петров В. П., Основы учения о древних корах выветривания, М., 1967; Геология и минералогия коры выветривания, М., 1970.

Изучение коры выветривания и процессов её образования начало проводиться в середине XIX века русским учёными В. В. Докучаевым, К. Д. Глинкой и др. Детальные исследования коры выветривания развернулись с 20-х годов XIX в. Докучаев Василий Васильевич (1846-1903) Глинка Константин Дмитриевич 23.6. (5.7) 1867— 2.11.1927

В самостоятельный раздел геологии учение о коре выветривания оформилось в первой половине XX в. Основоположниками его были Б. Б. Полынов (современная кора выветривания) и И. И. Гинзбург (древняя кора выветривания). За рубежом значительный вклад в учение о коре выветривания внесли шведский учёный О. Тамм, американский учёный З. Келлер, немецкий геолог Г. Гаррасовиц и др.

Академик Б.Б.Полынов (слева) и профессор В.А.Ковда за работой в Институте почвоведения, 1952 г.

В результате единого и сложного взаимосвязанного физического, химического и хемобиогенного процессов разрушения горных пород образуются различные продукты выветривания.

Псевдо-слоистый глинистый элювий Остаточные или несмещенные продукты выветривания, остающиеся на месте разрушения материнских (коренных) горных пород, представляют собой один из важных генетических типов континентальных образований и называют

элювием .

"Шелковые" глины алеврит-глинистый элювий

Кора выветривания объединяет всю совокупность различных элювиальных образований. Такая остаточная кора выветривания называется

автоморфной

(греч. "аутос" - сам).

• • • •

Значительная мощность и наиболее полный профиль коры выветривания формировался в тропической лесной области, где выделяются следующие зоны: дезинтегрированная гидрослюдисто-монтмориллонитово бейделлитовая каолинитовая гиббсит-гематит-гётитовая.

Схема полного профиля коры выветривания в тропической лесной области: 1- неизмененная порода,

зоны :

2- дезинтегрированная, 3- гидрослюдисто монтмориллонитово бейделитовая, 4 каолинитовая, 5- гиббсит-гематит гетитовая

Среди кор выветривания выделено два основных морфогенетических типа:

• •

площадной линейный

Площадные коры выветривания

развиваются в виде покрова или плаща, занимают местами обширные площади до десятков и сотен квадратных километров, представляющие различные выровненные тектонически спокойные поверхности рельефа.

Линейные коры выветривания

имеют линейное распространение в плане и приурочены к зонам повышенной трещиноватости, к разломам и контактам различных по составу и генезису горных пород. В этих условиях происходит более свободное проникновение воды и связанных с ней химически активных компонентов, что вызывает интенсивный процесс химического выветривания.

Древние коры выветривания формировались в различные этапы геологической истории, совпадающие с крупными перерывами в осадконакоплении, они изучены и изучаются в отложениях разного возраста, начиная с докембрия.

Схема строения древней коры выветривания на гранитах Урала (по В.П. Петрову): 1 - граниты, 2 - жилы пегматита, 3 - сланцы, 4 - тектонические разрывы, 5 - зона дресвы, 6 гидрослюдистая зона, 7 - каолинитовая зона

Изучение строения кор выветривания имеет большое теоретическое значение. Оно позволяет восстанавливать палеогеографическую обстановку времени их формирования. С корами выветривания различного возраста связано много разнообразных и ценных полезных ископаемых - бокситов, железных руд, марганца, руд никеля, кобальта и др.

ПОЧВЫ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ

Значительные пространства поверхности суши в настоящее время покрыты разнообразными по составу и строению почвами, образующими в совокупности тонкую, но энергетически и геохимически очень активную оболочку, называемую

педосферой .

Знание свойств и происхождения почв является основой науки

почвоведения

ученый , находящейся на стыке геологических и биологических наук, основателем которой был великий русский

В.В. Докучаев

(1846-1903).

В формировании почв особенно велика роль органического мира, развитие которого тесным образом связано с климатом. Поэтому почвообразование и сложные биохимические процессы наиболее интенсивно протекают в зоне воздействия корневых систем растений, роющих животных, микроорганизмов и во всем круговороте веществ.

В условиях неполного разложения органических остатков образуется относительно устойчивый комплекс органических соединений, называемый

перегноем

или

гумусом

плодородия почв.

(лат. "гумус" - земля). Именно гумус является главным элементом

В нормальном почвенном профиле выделяется несколько горизонтов сверху вниз ПОЧВЕННЫЙ ПРОФИЛЬ дифференциируется на горизонты О, А, В, С и R . Горизонт О органики (например, подстилка из листьев или хвои в лесу или очес – отмершие части травянистых растений на лугу). В горизонте состоит из А происходит разложение органического вещества и формирование гумуса. Горизонт В , или «подпочва», также содержит некоторое количество органического вещества в дополнение к тонкозернистым минеральным частицам, вымытым вниз по профилю из горизонта А. Горизонт С в основном состоит из выветрелых фрагментов горной породы, называемой материнской породой почвы. Горизонт R представляет собой невыветрелые коренные породы.

В зависимости от климата и растительности выделяются следующие типы почв: 1 ) аркто-тундровые почвы (арктические тундры); 2 ) тундровые почвы (кустарниковые тундры); 3 ) подзолистые почвы (хвойные леса); 4 ) серые лесные почвы (широколиственные леса); 5 ) черноземные почвы (луговые степи); 6 ) каштановые и бурые почвы (сухие степи); 7 ) сероземные почвы (пустыни); 8 ) саванны, коричневые и красные ферритные почвы (влажные субтропические леса); 9 ) красно-желтые ферралитовые почвы (влажные тропические леса).

1 - тундровая глеевая, 2 – торфяно-болотная, 3 – подзолистая, 4 - дерново подзолистая; 5 – болотно-подзолистая, 6 - серая лесная, 7 - чернозем типичный, 8 – лугово-черноземная, 9 – каштановая, 10 – бурая пустынно-степная, 11 – солонец, 12 – солончак. 13 – серозем, 14 – желтозем, 15 – краснозем, 16 – аллювиально-дерновая.