Оно относится к экзогенным (внешним) силам, влияющим на . Выветривание бывает разных видов:

Разновидностью физического является морозное выветривание, характерное для и субарктических климатических зон. Здесь вода замерзает не только в трещинах, но и в капиллярах, разрывая горную породу до рыхлого состояния.

Химическое выветривание . Это разрушение горных пород при взаимодействии их с химически активными элементами (кислородом, углекислым газом, органическими кислотами). Этот тип выветривания особенно заметен в породах, содержащих железо, - они покрываются бурой коркой. Главными районами земного шара, где происходит подобный процесс, являются и тропические широты. Здесь горные породы разрушаются дождевой водой с растворенными в ней химически активными элементами.

Для этого типа выветривания характерно накопление в озерах и : бокситов, фосфоритов, кобальта, осадочного железа.

Органическое выветивание . Оно протекает под действием живых организмов, которые дробят горные породы корнями растений и кислотой при разложении растительных и животных остатков. Животные, делая ходы и норы в , разрыхляют ее. Некоторые морские моллюски просверливают себе норы в прочных прибрежных скалах. Мхи и лишайники выделяют кислоты, растворяющие горные породы. Главный результат органического выветривания - образование почв.

Толща горных пород, которая подверглась разрушению, образует кору выветривания - рыхлый слой, создающийся в зоне просачивания воды. В жарком и , где условия наиболее благоприятны для его образования, кора выветривания достигает 100-200 м и более, хотя обычно толщина ее 30-60 м. В зависимости от различна не только мощность коры выветривания, но и ее состав.

Невидимые, неприметные силы выветривания, работающие изо дня в день, разрушают скалы, возле которых накапливаются крупные и мелкие обломки размером от глыб до песка. Они скатываются, сползают, скользят по склону, образуя осыпи. Обычно они имеют форму конуса, прислоненного к склону. Постепенно осыпь растет в ширину и высоту, стыкуется с соседними, образуя шлейф осыпей. Горы как бы «тонут» в грудах обломков. Осыпи образуются чаще весной, при таянии снега, или в тихую морозную .

В зоне гипергенеза , соответствующей приповерхностной биокостной части литосферы, выведенные на поверхность либо на дно морского бассейна горные породы стремятся прийти в равновесие с окружающей средой. Основными источниками энергии здесь являются солнечное тепло и в значительно меньшей степени внутренне тепло Земли. Важнейшую роль в гипергенных процессах играют органическое вещество и вода.

Верхней границей служит земная поверхность. Нижняя граница соответствует уровню затухания воздействия на горные породы фотосинтезирующей жизни, что сопровождается резким сокращением содержания кислорода и соответственно изменением химических условий среды (Eh, pH, угнетение процессов окисления, гидролиза, коллоидообразования). Обычная мощность зоны гипергенеза не превышает десятков метров, но иногда гипергенные процессы проявляются на глубинах в сотни и даже первые тысячи метров. Их проявление в глубинных зонах приурочено к зонам трещиноватости, карстовым полостям, поверхностям контактов пород, подземным горным выработкам, сохраняющим связь с земной поверхностью и служащим путями проникновения гипергенных агентов.

В зоне гипергенеза всегда присутствуют два принципиально различных комплекса минеральных образований: 1) материнские породы (субстрат) и 2) продукты гипергенеза.

В зависимости от условий процессы гипергенеза можно разделить на три группы:

поверхностный ( или наземный) гипергенез – комплекс явлений и процессов, происходящих непосредственно на поверхности суши или связанных с проникающими в толщи пород инфильтрационными водами;

глубинный ( или подземный) гипергенез - комплекс явлений и процессов, происходящих ниже земной поверхности и связанных с воздействием подземных вод, движущихся по водоносным горизонтам или восходящих по проницаемым зонам (заметим, что эти воды также имеют поверхностное происхождение);

подводный гипергенез ( или гальмиролиз) - комплекс явлений и процессов, происходящих на дне морей и океанов при взаимодействии морских вод с горными породами.

Формирование продуктов поверхностного гипергенеза связано с процессами выветривания .

Выветривание – это процесс изменения и разрушения минералов и горных пород на земной поверхности под воздействием физических, химических и органических факторов.

В зависимости от того, какие факторы обуславливают процессы преобразования пород, выветривание можно подразделить на физическое (или механическое) и на химическое. Биогенные процессы, очень широко проявленные в процессах выветривания, проявляются как в механическом, так и в химическом воздействии на минеральный субстрат. Механическое разрушение пород при биогенном выветривании осуществляется, например, корнями растений, расширяющими трещины, или роющими организмами (черви, муравьи, термины, суслики, кроты и др.). Биохимические процессы активно воздействуют на минеральное вещество как в процессе жизнедеятельности (например, лишайники извлекают минеральные вещества из минералов, что приводит к разрушению последних), так и поставляя химически активные соединения в процессе разложения (органические кислоты, возникающие при разложении опавшей листвы и пр.).

Взаимодействие минерального и органического вещества приводит к возникновению почвы.

Физическое выветривание

Физическое выветривание подразделяется на температурное и морозное.

Температурное выветривание – разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры. Известно, что при нагревании и охлаждении твёрдые тела изменяют свой объём. Не являются исключением горные породы и минералы. В результате суточных колебаний температуры в массиве горных пород возникают напряжения двух типов.

Напряжения первого типа (называемые объёмно-градиентными) связаны с неравномерным нагреванием поверхностной и более глубоких частей массива; различие температур (и, соответственно, различное расширение) в этих частях массива приводят к образованию трещин, направленных параллельно его поверхности. Вследствие этого происходит шелушение и отслаивание пород, называемое десквамацией .

Десквамация в слоистой карбонатной породе (плато Лаго-Наки, Большой Кавказ)

Десквамация вулканических пород (вулканический массив Карад-Даг, Крым)

Второй тип напряжений в пределах объёма породы и минерала связан с различием коэффициентов теплового расширения-сжатия минералов. Напряжения этого типа приводят к раскалыванию до уровня минеральных зёрен и далее, по трещинам спайности, до образования частиц размером до сотых долей мм. Быстрее разрушаются темноокрашенные минералы и породы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большими различиями коэффициентов расширения составляющих их минералов.

Так в процессе температурного выветривания массив пород разрушается с образованием обломочных пород различного размера – от щебня до алевритового материала. Суточные колебания температуры проявляются до глубины 1 м, что определяет максимальную мощность возникающих таким путём обломочных отложений.

Наиболее активно температурное выветривание протекает в пустынях и, в несколько меньшей степени, в нивальных областях и в высокогорных районах, не покрытых снегом. Этому способствует сочетание двух факторов: 1) резкие суточные колебания температуры, достигающие 50 о С и 2) обнажённость горных пород ввиду отсутствия растительного покрова и почвенного слоя.

Морозное выветривание – разрушение горных пород в результате периодического замерзания попадающей в трещины воды.

Попадая в трещины, в холодное время суток вода замерзает – превращается в лёд, объём которого, как известно, значительно выше, чем исходный объём воды. Кристаллизующийся лёд оказывает на стенки трещин весьма существенно давление, достигающее 1000 кг/см 3 и более, что значительно выше прочности большинства горных пород. Давление льда приводит к расширению трещин и раскалыванию пород на крупные обломки размером от десятков сантиметров до метров в диаметре. Отсутствие более мелкого материала обусловлено тем, что свободная вода не способна проникать в микротрещины.

Наиболее активно морозное выветривание протекает в холодных и умеренных областях с резкими суточными колебаниями температуры, а также в области развития вечной мерзлоты и в зоне деятельности ледников.

Образующиеся в ходе физического и химического выветривания продукты разрушения могут быть перемещены с места своего образования под действием водных потоков, ветра, движущихся ледников и других экзогенных факторов (процесс перемещения продуктов разрушения горных пород называется денудация ) или остаться на месте своего образования. Продукты выветривания, залегающие на месте своего образования, называются элювий . К элювию относят продукты выветривания, не смещённые за пределы площади развития материнских пород (субстата за счёт которого они образовались).

В результате физического выветривания образуются особые формы ландшафта. Если выветривание происходит в горной области, где имеются плоские, горизонтальные поверхности, то продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и более мелкого дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи и ландшафты беспорядочного нагромождения глыб, получившие название «каменных морей».

Характерным ландшафтом зон физического выветривания являются каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады. Гаммады представляют собой нагромождения глыб и щебня, образующиеся за счёт выветривания горизонтально лежащих платов горных пород и выноса ветром пылеватых и песчаных продуктов их разрушения. Краю пластов часто расчленены на останцы конусовидной формы, понижения между которыми заполнены россыпями каменных глыб и щебнем.

Говоря о физическом выветривании необходимо подчеркнуть, что оно приводит к механической дезинтеграции пород и минералов, но не приводит к их химическому преобразованию .

Химическое выветривание

Химическое выветривание представляет собой процесс химического преобразования минералов и горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа, органических кислот, а также вследствие биогеохимических процессов.

Преобразование происходит вследствие реакций окисления и гидратации (например, преобразование пирита по схеме FeS 2 + mH 2 O + nO 2 – FeSO 4 - Fe 2 SO 4 – Fe(OH) 3 – Fe 2 O 3 . nH 2 O), растворения и гидролиза. Особое место занимают реакции гидролиза - ионного обмена между веществами и водой, приводящие к разрушению даже весьма устойчивых структур силикатов, сопровождающемуся их гидратацией и выносом элементов из кристаллической решётки. Примером такой реакции, может служить разрушение каркасной структуры полевых шпатов (самых распространённых в земной коре минералов) с образованием глинистых минералов и, далее, гиббсита:

K + CO 2 + H 2 O – Al 4 (OH) 8 + K 2 CO 3 + SiO 2 – Al О (OH) 3 + SiO 2 .

Необходимо отметить ещё одну функцию воды, без которой невозможно химическое преобразование пород: вода обеспечивает «доставку» агентов химического выветривания и вынос продуктов реакций.

Транспортировка веществ происходит почвенно-грунтовыми водами в виде истинных и коллоидных растворов.

Важное значение в процессах химического выветривания имеют органические кислоты, активно способствующие разложению минералов. Процессы химического выветривания протекают ниже почвенного слоя, просачиваясь через который воды обогащаются органическими соединениями.

Необходимыми условиями глубоко химического выветривания являются:

• климат, при котором достигается сочетание высоких температур и влажности (гумидный тропический);
• обилие и характер растительности (при её разложении образуются органические кислоты, активно разрушающие минералы);
• выровненный рельеф, обеспечивающий неподвижность продуктов разрушения;
• продолжительность выветривания.

Важно подчеркнуть роль ландшафтных условий. В гумидных ландшафтах развита лесная растительность, обладающая огромной биомассой и разлагающаяся почве микроорганизмами с образованием органических кислот, поэтому почвенные воды гумидных ландшафтов обладают кислой реакцией и активно воздействует на минералы исходных горных пород; в таких условиях выветривание протекает под воздействием постоянного промывания горных пород кислыми растворами.

В аридных ландшафтах, отличающихся недостаточной увлажнённостью, распространена травянистая растительность. Её биомасса в десятки раз меньше биомассы лесов. Кроме того, почвенная микрофлора перерабатывает растительные остатки с образованием высокополимеризованных органических соединений, которые не обладают агрессивными свойствами по отношению к минералам. Почвенные воды имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, поэтому интенсивного промывания выветривающейся толщи агрессивными возами не происходит, и в ней постепенно сохраняются относительно легкорастворимые соединения.

Процессы химического разложения приводят к разрушению кристаллических решёток минералов, даже весьма устойчивых, высвобождению из них химических элементов. Так выветривание гранитов может завершиться формированием за сёт слагающих их минералов толщи глин, обогащённых водными окислами алюминия.

Коры выветривания

Геологические тела, сложенные элювием, то есть продуктами глубокого поверхностного физического, химического, биохимического преобразования горных пород, оставшихся на месте своего образования, объединяют понятием кора выветривания .

Кору выветривания магматических и метаморфических горных пород называют ортоэлювием . Эти породы формировались в условиях, резко отличных от земной поверхности, и поэтому они изменяются наиболее сильно. Соответственно, развивающиеся по ним коры выветривания резко отличаются от материнской породы.

Кора выветривания морских осадочных пород называется параэлювием . Изменение таких пород, по сравнению с магматическими и метаморфическими, часто менее значительно. Поэтому кора выветривания не всегда резко отличается от материнских пород (например, при выветривании глин).

Элювий континентальных отложений обозначается термином неоэлювий . Материнские породы, за счёт которых происходит формирование такого элювия, сами являются переотложенными продуктами выветривания, и в поверхностных условиях уже слабо изменяются; в силу этого неоэлювий часто выражен неотчётливо. Нередко выветривание захватывает только почвенную толщу и коры выветривания не образуется.

Типичным компонентами кор выветривания служат продукты дезинтеграции субстрата, глинистый элювий и латериты .

Продукты дезинтеграции представляют собой подвергшиеся физическому выветриванию (растрескиванию, дроблению) породы субстрата, практически не изменившие химического состава. Примером могут служить глыбовый и щебнистый элювий на гранитных породах в аридных и субаридных областях, доломитовая мука на доломитах и пр. Иногда, в условиях жаркого влажного климата, поверхностная дезинтеграция сопровождается начальным химическим выветриванием – гидролизом, частичным выщелачиванием наиболее подвижных компонентов (например, щебнистые элювиальные суглинки в Центральном Казахстане, образованные за счёт гранитов).

Глинистый элювий – глины, сохранившие реликтовую структуру материнских пород. Глинистый элювий обычно слагает основную массу коры выветривания и подразделяется по минеральному составу (гидрослюдистый, монтмориллонитовый, каолинитовый). Характерен для областей с гумидным климатом.

Латеритом (от лат. «later» - кирпич ) называют красноцветные железистые или железисто-глинозёмистые элювиальные образования, состоящие преимущественно из минералов гидроокислов и оксидов железа, алюминия и титана с примесью каолинита. они во влажных тропических и субтропических областях в условиях интенсивного выноса кремнезёма (SiO 2) и оснований CaО, Na 2 О, K 2 O, MgO и накоплением окислов алюминия (гиббсит - AlО(OH) 3), железа (гематит – Fe 2 O 3 , гётит - FeOOH) и титана в остаточных породах. Образуются латериты за счёт материнских пород, богатых алюминием (например, гранитов или сиенитов). Часто на поверхности латеритов формируется кираса – порода, состоящая из обломков латерита и конкреционных образований, сцементированных алюможелезистым цементом.

Разновидностью коры выветривания являются рудные шляпы , формирующиеся при химическом выветривании пород, богатых рудными минералами, обычно сульфидами или другими легкоокисляющимися соединениями. На поверхности рудные шляпы обычно сложены кавернозными железняками, образующими глыбовые и щебневые развалы, выделяющиеся темно- и светло-красной, охристой и буровато-красной окраской, связанной с окислами и гидроокислами железа (гётит, гидрогётит, гидрогематит и др.).

Формирование шляп связано с воздействием воды на рудные минералы: происходит вынос грунтовыми водами легкорастворимых соединений, а в остатке накапливается нерастворимая минеральная масса, образующая шляпу. Так при разложении железосодержащих сульфидных руд часть железа выносится в виде сульфатов, но большая его доля, пройдя через сульфатную стадию, окисляется до гидроксидов и накапливается близ выхода рудных тел на земную поверхность, формируя железную шляпу .

По составу конечных продуктов рудные шляпы подразделяются на оксидные и сульфатные. Первые характерны для жарких и умеренных гумидных областей; вторые – широко развиты в аридных и зонах и зоне вечной мерзлоты.

Оксидные шляпы характеризуются резким преобладанием среди новообразованных рудных минералов гидроокислов железа, а в глинистых фракциях галлуазит-каолинитовой ассоциации; они имеют относительно большую мощность, как правило, многие десятки метров. Сульфатные шляпы отличаются присутствием зоны сульфатов железа и обладают обычно небольшой мощностью (метры, до первых десятков метров).

Поверхностному выветриванию могут подвергаться и залежи нерудных полезных ископаемых. В частности, при поверхностном растворении соляных толщ возникает гипсовая шляпа, или кепрок, представляющая покрышку на залежах солей и состоящая из смеси гипса с глиной, песком и карбонатами. При разложении гипсов формируется шляпа, в состав которой входят вторичный гипс в смеси с песчано-глинистым материалом.

Глубина распространения рудных шляп ниже земной поверхности обычно ограничивается уровнем грунтовых вод и достигает десятков и сотен метров.

Процессы химического выветривания протекают стадийно, что наглядно демонстрируется приведённой выше последовательностью преобразования пирита и полевого шпата. Эта стадийность отчётливо проявляется в развитии и строении и развитии кор выветривания.

Б.Б. Полыновым были выделены стадии развития коры выветривания , наиболее проявленные в ортоэлювии.

Первая стадия – обломочная – характеризуется физическим выветриванием материнских пород, химических преобразований в пределах коры не происходит. Дезинтеграция горных пород, образование в них трещин обуславливает, с одной стороны, их хорошую водопроницаемость, а с другой – резко увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Это создаёт условия для активизации разнообразных физико-химических, химических и биогеохимических процессов, сопутствующих химическому выветриванию.

Вторая стадия – сиаллитная, или обызвесткованная знаменуемся началом процесса химического выветривания, сопровождающимся извлечением из кристаллохимических структур силикатов щелочных и щелочноземельных элементов (главным образом кальция и натрия). При этом за счёт осаждения выносимого кальция в выветривающейся породе образуются плёнки, налёты и конкреции кальцита («обызвесткованный элювий»). Силикаты на этой стадии начинают гидратироваться и подвергаться гидролизу, при этом гидролиз силикатов со сложной кристаллохимической структурой сопровождается не полным их разрушением, а распадом на отдельные «блоки», из которых затем возникают новые минералы – происходит трансформация в глинистые минералы (гидрослюды, монтмориллонит, бейделлит и др.). За пределы коры выветривания водами выносятся лишь наиболее подвижные элементы – хлор и частично сера.

Третья стадия – кислая сиаллитная – сопровождается дальнейшим, уже весьма значительным, преобразованием минералов - за счёт материнских пород образуется «сиаллитный элювий», получивший название по преобладающим химическим элементам Si и Al. Для этой стадии характерны богатые алюминием глины - каолинит, галлуазит, и железосодержащие оксиды и гидроксиды - лимонит и пр. Продукты выветривания лишаются оснований (CaО, Na 2 О, K 2 O, MgO), выносимых из коры фильтрующимися сквозь неё водами.

Четвёртая стадия – аллитная – проявлена в интенсивном вносе из продуктов выветривания не только щелочных и щелочноземельных элементов, но и кремнезёма силикатов, вследствие чего в пределах коры остаются наименее подвижные соединения - водные окислы алюминия и железа, образующие латериты . При наличии определённого состава исходных пород конечные продукты выветривания обогащаются оксидами алюминия (отсюда и название аллитной стадии). Так в условиях жаркого климата и высокой влажности преобразование полевых шпатов приводит не только до уровня каолинитовых глин, но и далее, приводя к формированию бокситов (от фр. «beauxite», по названию местности Beaux на юге Франции ) - алюминиевой руда, состоящая из гидроксидов алюминия (до 40-60%), оксидов железа и кремния.

Приведённая выше последовательность преобразования исходных пород является. Конечно, обобщённой идеальной схемой, иллюстрирующей общую направленность процесса выветривания.

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, воздымание территории, проводящее к эрозии коры выветривания, либо наоборот, опусканием 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.

Состав конечных продуктов химического выветривания определяется как степенью эволюции коры, так и составом материнских пород. Для кор, развивающихся по ультраосновным породам, характерно обогащение железом, содержащимся в большом количестве в материнских породах. Иногда такие коры используются в качестве железной руды (например, месторождения на о. Куба, где мощность коры достигает 25 м). Другим элементом, способным образовывать промышленные концентрации является никель, накапливающийся в нижних частях коры выветривания за счёт осаждения из фильтрующихся водных растров (обогащённых в верхних горизонтах коры довольно подвижным никелем).

При этом, вне зависимости от различий состава субстрата, существует определённая закономерность в подвижности элементов (следовательно, и последовательности их выноса из коры), позволившая выделить ряды миграции элементов в корах выветривания.

В строении развитых кор выветривания выделяются ряд горизонтов, состав которых соответствует разным последовательным стадиям выветривания субстата. В совокупности эти горизонты образуют профиль коры выветривания. Нижние горизонты, залегающие непосредственно на материнских породах, соответствуют обломочной стадии, вверх степень выветренности повышается.

Например, кора выветривания на гранитах имеет следующее строение профиля (снизу вверх):

1 - горизонт щебенчатой, или обломочной, коры выветривания, образованный дезинтегрированным в ходе физического выветривания гранитом;

2 - гидрослюдистый горизонт, в породах которого, представляющих собой слабосцементированную массу, прослеживается структура исходного граниты, но значительная часть щелочей и щелочноземельных элементов из минералов вынесена, и большая часть полевых шпатов замещена агрегатом тонкочешуйчатых гидрослюд;

3 - коалинитовый горизонт, представляющий собой светлую глинистую массу с отдельными участками рыхлого щебнистого материала и красно-бурые пятна от скопления гидрооксидов железа из этого горизонта полностью удалены все одно и двухвалентные катионы, гидрослюды здесь замещены коалинитом.

При выветривании горных пород иного состава горизонты профиля слагаются другими минералами. Каждый тип горных пород характеризуется своими особенностями состава и строения коры выветривания.

Происходит на протяжении всего . Осуществляется оно различными по направлению геологическими процессами.

Гора Монсеррат в Испании

Одни геологические процессы обусловлены воздействием:

1. атмосферы,
2. гидросферы,
3. биосферы;

Другие - связаны с недрами Земли.

Донецкий кряж

Рассмотреть, как время разрушает камень, можно на примере Донбасса. В процессе выветривания мощный Донец­кий кряж превратился в степь.

Проезжая по Донбассу, например от Константиновки на Гор­ловку - столицу старейшего каменноугольного бассей­на и дальше на Иловатскую, или другим маршрутом - от Лу­ганска на Шахты, - нигде нет особенных неровностей рельефа.

В результате бурных горообразовательных процессов толщи девонских и каменноугольных отложений были смяты в складки и разбиты трещинами, по которым происходили перемещения отдельных участков земной коры. Образовался могучий Донец­кий кряж, и современному овражно-степному ландшафту в то далекое время отвечал горный ландшафт с высокими вершинами отдельных гор, с глубокими, мрачными ущельями, бурными по­токами.

Сейчас от этих гор ничего не осталось. Процессы выветривания постепенно разрушали горные породы, слагавшие Донецкий кряж, вода и ветер сгружали с него продукты выветривания, и сейчас о древних горах можно судить только по тем складкам, которые лежат глубоко под, землей.

Зная направление и наклон пластов этих разрушенных под­земных складок, а геологи умеют точно их определять, можно мысленно восстановить на бумаге «воздушные складки» и по ним сделать правильные выводы о древнем рельефе Донбасса.

Внимательное изучение угленосной толщи Донбасса позво­лило выделить до двухсот прослоев и пластов различной мощ­ности. Это значит, что та территория, которую занимает Донбасс, испытала до двухсот поднятий и опусканий. Это значит, что двести раз последова­тельно вновь вырастала мощная растительность и снова скры­валась в пучинах древних морей.

Залежи угля встречаются:

1. в виде гнезд значительной ве­личины,
2. в виде пластов, покрывающих огромные площади.

Залежи первого типа форми­ровались в замкнутых водо­емах - в озерных котлови­нах, а второго типа, наобо­рот - в огромных водных бассейнах. Ко второму типу залежей относится Донбасс.

Виды выветривания

Под воздействием раз­личных видов выветривания:

постепенно и незаметно раз­рушались горы; точно также постепенно огромные участки суши заливались морем и, наоборот, морское дно в результате его поднятий ста­новилось сушей.

История Донбасса и обнажения реки Йеллоустон (на Северо-Западе США), с пятнадцатью горизонтами окаменевших деревьев, дают в этом убедительные подтверждения.

Морские осадки часто сми­нались в складки, образуя высокие горы.

Воздействие атмосферы на горные породы

Воздействие атмосферы на горные породы проявляется в изменении температурного режима и работе ветра .

Колебание температуры разрушает горные породы

В высокогорных районах и пустынях наблюдаются резкие колебания температуры в течение суток, особенно летом; в пол­день нестерпимо печет солнце, а ночью резко холодает. Камень днем сильно нагревается, а ночью остывает.

Эти различия не могут не отразиться на ослаблении связи меж­ду отдельными минеральными зернами, составляющими породу, при этом чем крупнее зерно и темнее окраска породы, тем силь­нее идет этот процесс.

Постепенно на поверхности камня обра­зуются трещины. В них проникает вода, напитывает породу и, замерзая в мороз, заметно увеличивает свой объем. Трещины становятся все глубже и шире, пока, наконец, камень не ото­рвется от утеса.

В тихую морозную ночь или весной, когда тает снег в горах, бывает отчетливо слышен треск отрыва породы, - и загремит потом глыба по каменному скату, или зашуршит, сползая по осыпи к ее краю. Бывает и так, что огромная глыба в результате сильного перегрева распадается на месте на отдельные куски, как очищен­ный апельсин на составляющие его дольки.

Камни различной стадии разрушения встречаются часто в гористой пустыне, например в Центральной Азии, в Восточной Сахаре, в Атласских горах (Северная Африка), в горах Кавказа и Крыма. Валуны и различной формы каменные обломки бывают настолько разбитые трещинами, что камень легко распадается при слабом на­жиме руки.

Матрацевидная отдельность

Встречаются трещины и другого рода. Они наблюдаются нередко на гранитах и называются трещинами отдельности так как отчетливо разбивают породу на отдельности в виде глыб блоков. Порода, разбитая трещинами отдельности, напоминает матраци, наваленные в беспорядке друг на друга. Отсюда и название - матрацевидная отдельность .

Происхождение этой отдельности объясняется тем, что при остывании расплавленной магмы в недрах земли на породе образовались горизонтальные и вертикальные трещины. Когда же порода оказалась на поверхности земли, эти трещины в результате воздействия процессов выветривания значительно расширились и отчетливо наметили разделение породы на отдельности.

Выветривание таких крупнозернистых пород , как некоторые виды гранитов, (подробнее: ), протекает иногда весьма своеобразно. Геологи называют его шелушением камня. И, действительно, с поверх­ности камня, словно шелуха, начинают постепенно отваливать­ся отдельными плитками куски породы.

Этот материал накап­ливается у подножия валуна или утеса, который постепенно принимает округлую форму.

Загар или лак пустыни

Особую форму выветривания , еще недостаточно изученную, представляет образование так называемого загара или ла­ка пустыни . Мрачным черным налетом он по­крывает утесы и отдель­ные камни особенно твердых и мелкозерни­стых пород. В пасмур­ную погоду эта мрачная окраска производит гнетущее впечатление, и только под лучами солнца оживает характерный облик пустыни.

Загар пустыни по­крывает тонкой плен­кой лишь освещаемые солнцем участки поро­ды. Та сторона камня, которой он лежит на земле, обычно не загорает. Скрывая истинный цвет камня и его строение, загар пустыни затрудняет без геологического молот­ка полевое определение пород, слагающих утесы, но стоит только ударить молотком - и под черным лаком налета обнаруживается хорошо знакомый гранит или другая порода.

Но представление о значении выветрива­ния в жизни Земли будет далеко не полным, если не ознакомиться с такими формами рельефа, которые позволяют судить о далеком прошлом той страны, в которой они сохранились.

В пустыне можно увидеть отдельные столообраз­ные возвышенности, сложенные параллельно лежащими пласта­ми пород. Хотя эти возвышенности и расположены далеко друг от друга, однако по слагающим породам нетрудно заключить что когда-то они представляли единое целое.

Теперь можно только догадываться об исчезнувших пластах: очевидно, они были сложены более мягкими породами, слабее сопротивляю­щимися процессам выветривания, их размывали воды, развева­ли ветры,- и только эти одинокие возвышенности остались молчаливыми свидетелями далекого прошлого. Их так и назы­вают каменными останцами .

Подобные формы рельефа часто носят названия столбов, башен, игол, столов, грибов и т. п., подтверждая тем самым внешнее сходство с теми предметами, которые они нам напоми­нают. Иногда в столбах наблюдаются черты сходства с фигурой или лицом человека, тогда их называют «дед», «старик и ста­руха», «братья», «каменные болваны» и т. п.

В пустыне Джунгарии, на берегу реки Дям, а также в Севе­ро-Восточном Китае, Синьцзяне наблюдается значительное раз­нообразие форм рельефа. Особенно их много в одном районе. По внешнему сходству они местами напоминают развалины города, от которого сохранились только отдельные башни, полу­разрушенные крепостные стены, дома, улицы.

В образовании этих причудливых форм рельефа большое участие принимал ветер, недаром геологи и назвали этот замечательный район Джунгарской пустыни «эоловым городом» (по верованиям древ­них греков, Эол - повелитель ветров).

Следы работы ветра в формировании рельефа особенно за­метны на высокогорных хребтах, где ветер достигает значительной силы, а также в пустынях, где есть ему разгуляться. В пу­стынях всегда дуют ветры. Недаром жители пустынь называют ветер «хозяином пустыни», который принимает участие в процессах выветривания.

Ослабление связи между отдельными минеральными зерна­ми, составляющими породу, приводит к тому, что камень посте­пенно начинает выкрашиваться. Ветер углубляет выветривание горных пород не только тем, что выдувает отдельные неустойчивые зернышки породы, но и дальше разрушает ее по­стоянными ударами мириадов песчинок.

Так постепенно даже в гранитах образуются углубления, или ниши выдувания , как их называют геологи. В мягких породах, как мергели, иначе глинистые известняки, и в песчаниках ниши достигают достигают иногда значительных размеров, например в окрестностях Бахчисарая (в Крыму) и Кисловодска, особенно по дороге на скалу Лермонтова.

Ниши в мягких породах встречаются не только значительных размеров и глубин, но даже иногда насквозь пробивают отдель­ные утесы, оказывающие препятствие движению ветра. Такова например, Кольцо-гора на левом берегу реки Подкумок - место постоянных экскурсий отдыхающих в кисловодских санаториях.

На отвесных обрывах в мягких породах можно наблюдать образование небольших неровностей, возникающих под воздействием продолжительной работы песка и ветра. По внешнему виду эти неровности могут иметь общее сходство и с кружевами и с пчелиными сотами, только значительно увеличенные, отсюда и название сотовое или ячеистое, выветривание . Оно часто встречается в местах выходов мергелистых, известняковых и других пород, например в окрестностях Бахчисарая и Кисловодска.

Местами камень непосредственно выходит на поверхность Земли или неглубоко залегает под слоем почвы. В горных странах на месте даже неглубоких выемок можно проследить, как почва постепенно переходит в ту породу, на которой она залегает. Значит, камень превратился в почву? Как же в этом можно убедиться?

Воздействие биосферы на процесс выветри­вания

Лишаи, мхи и другие растения, поселяющиеся непосредственно на голом камне и в трещинах скал, и особенно мельчайшие организмы - бактерии усиливают процесс выветри­вания . Каменная порода, разрушаясь, измельчаясь все больше и больше, постепенно превращается в почву, на которой затем поселяется различная растительность. Растительные и животные остатки обогащают почву перегноем.

Почва - продукт выветривания гор­ных пород

Рассматривая щепотку почвы , в ней можно увидеть мельчай­шие прозрачные песчинки, камешки, корешки. А если размешать в стакане воды немного почвы, то на дно стакана быстро осядет песок и медленно отложится глина.

Песок и глина - основа почвы. В зависимости от преобла­дания в почве песка или глины она так и называется глинистой, песчаной, суглинистой, супесчаной и т. д.

Почвы - одно из основных природных богатств Земли. В нашей стране плодородные, особенно богатейшие черно­земные почвы занимают огромные пространства.

Умелым вмешательством в жизнь почвы, в протекающие в ней сложнейшие процессы человек повышает плодородие поч­вы. Он не только возрождает истощенные почвы, но даже пре­вращает заведомо бесплодные в плодородные.

В крепостной России неуме­лое хозяйничанье привело к оскудению наиболее хлебородных губерний. Земля перестала плодоносить. Как возродить плодородие почвы, никто не знал, потому что тогда еще не понимали, что такое почва и как она образуется.

Вклад В. В. Докучаева в почвоведение

Строилось много догадок, пока талантли­вый русский ученый профессор В. В. Докучаев (1846-1903) бле­стяще не разрешил поставленную перед сельским хозяйством серьезную задачу. Наука о почве - почвоведение - зародилась в России. Почвоведение - основа мировой науки о почве.

На древних обомшелых стенах Староладожской крепости, заложенной новгородцами в 1116 г., Докучаев разгадал тайну образования почвы из камня.

Строители Староладожской крепости складывали ее стены из «дикого камня» - известняка, находившегося неподалеку в окрестности. Прошло много столетий, и старая крепость, пере­жив славу блестящей победы Александра Невского над швед­скими захватчиками (1240 г.), превратилась в исторический па­мятник, разрушаемый беспощадным временем.

Внимательно исследуя обветшалые стены, Докучаев обнару­жил на поверхности их землистое вещество, в котором прочно укоренилась различная растительность.

Откуда же появилась земля на стенах старой крепости? Не занес ли ее сюда ветер,

Задумался ученый. Нет! Землистое вещество было не только на камнях, но также и между камнями. В нем встречались, кроме того, крупинки и куски того самого камня, из которого были сложены стены крепости. Отдельные куски до того выветрились, что легко крошились в руке.

Что же произошло с камнем? Почему он стал таким податли­вым даже для пальцев? Камень разрушило время .

На протяжении сотен лет камень Староладожской крепости начал переходить в новое образование - почву.

В настоящее время идет реконструкция Староладожской крепости, которая к середине ХХ столетия превратилась практически в руины. Чему причиной стало время и выветривание горных пород.

Выветривание горных пород под воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительности, животных, особенно микроорганизмов, (подробнее: ), и человека приводит к образованию почвы.

Почва благоприятствует образованию, и обеспечивает , без которой невозможно существование животного мира. Вознаграждая труд человека, почва еще больше увеличивает значе­ние камня в жизни Земли.

Виды выветривания и их классификация

Магматические, метаморфические и другие породы при выходе на поверхность подвергаются разрушению. Они измель­чаются, превращаются в рыхлые породы, изменяются химиче­ски. Процесс механического разрушения и химического изме­нения горных пород и составляющих их минералов под воз­действием атмосферы, гидросферы и биосферы называется выветриванием. На горную породу совместно воздействуют живые организмы, атмосферная вода, газы и температура. Все эти факторы оказывают на нее разрушающее действие одновре­менно. В зависимости от преобладающего фактора различают три формы выветривания: физическое, химическое и биологиче­ское. Вместе с тем следует иметь в виду, что всякое изменение химического состава породы приводит к изменению ее физических свойств.

Физическое выветривание - это механическое разрушение горных пород на обломки различной величины без изменения химического состава образующих их минералов. Главный фактор физического выветривания - колебание су­точных и сезонных температур. При нагревании происходит расширение минералов, входящих в горную породу. А посколь­ку различные минералы имеют разные коэффициенты объемно­го и линейного расширения, возникают местные давления, раз­рушающие породу. Этот процесс происходит в местах контак­та различных минералов и пород. При чередовании нагрева­ния и охлаждения между кристаллами образуются трещины. Проникая в мелкие трещины, вода создает такое капиллярное давление, при котором даже самые твердые породы разруша­ются. При замерзании вода увеличивает эти трещины. В усло­виях жаркого климата в трещины попадает вода вместе с растворенными солями, кристаллы которых также разрушающе действуют на породу. Таким образом, в течение длительного времени образуется множество трещин, приводящих к ее пол­ному механическому разрушению. Разрушенные породы приоб­ретают способность пропускать и удерживать воду. В резуль­тате раздробления массивных пород сильно увеличивается общая поверхность, с которой соприкасаются вода и газы. А это обусловливает протекание химических процессов.

Химическое выветривание приводит к образованию новых соединений и минералов, отличающихся по химическому составу от минералов первичных. Факторы этого вида выветривания- вода с растворенными в ней солями и углекислым газом, а также кислород воздуха. Химическое выветривание включает следующие процессы: растворение, гидролиз, гидратация, окисление. Растворяющее действие воды усиливается повышением температуры. При повышении ее на каждые 10C скорость химических реакций увеличивается в 2-2,5 раза. Если в воде содержится углекислый газ, то в кислой среде минералы разрушаются быстрее.

Так, растворимость известняка резко усиливается вследствие перехода СаСО 3 в более растворимый бикарбонат:

СаСО 3 + СО 2 + H 2 O=Са(HСОз) 2

Гидролиз - основная химическая реакция минералов маг­ических пород с водой. При этом катионы калия, натрия, кальция и магния в кристаллической решетке алюмосиликатов замещаются водородными катионами воды.

В качестве примера приведем схему, гидролиза ортоклаза:

K 2 AI 2 Si 6 O 16 +2НОН= Н2АI2Si6О 16 + 2КОН.

Образовавшаяся алюмокремниевая кислота распадается на каолин и аморфную кремниевую кислоту:

H 2 AI 2 Si 6 O 16 ->H 2 AI 2 Si 2 O 8 *4SiO 2

H 2 AI 2 Si 2 O 8 +H 2 O=H 2 AI 2 Si 2 O 8 *H 2 O (каолин),

4SiO 2 +4nH 2 O=4SiO2*nH2O*Н 2 О (аморфная кремневая кислота).

Таким образом, в процессе химического выветривания из твердого магматического минерала образовались тонкодисперс­ные мягкие глинистые минералы.

Гидратация - процесс присоединения молекул воды к ми­нералам, например:

2Fe 2 O 3 +ЗН 2 О=2Fe 2 O 3 *ЗН 2 О.

При гидратации происходит разрыхление поверхности минера­лов, что усиливает воздействие на них водных растворов и газов.

Окисление - процесс, связанный с действием атмосферного кислорода на минералы, содержащие закисное железо или другие способные к окислению элементы, например:

4FeС0 3 + ЗН 2 О+О 2 = 2Fе 2 0 3 *ЗН 2 О + 4СО 2 .

В результате выветривания магматических пород получа­ются остаточные образования, переотложенные осадки и раст­воримые соли.

Б и о л о г и ч е с к о е выветривание - это механическое разрушение и химическое изменение горных пород под воз­действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. Этот вид выветривания связан с почвообразованием. Если при физическом и химическом выветривании происходит только превращение магматических горных пород в осадочные, то при биологическом выветривании образуется почва, и в ней накапливаются элементы питания растений и органическое вещество.

В почвообразовательном процессе участвуют бактерии, гри­бы, актиномицеты, зеленые растения, а также различные жи­вотные (дождевые черви, землеройные животные, насекомые и др.). Многочисленные микроорганизмы, особенно хемосинтезирующие, разлагают горные породы. Так, нитрифицирующие бактерии образуют сильную азотную кислоту, а серобактерии - серную кислоту, которые энергично разлагают алюмосиликаты и другие минералы. Силикатные бактерии, выделяя органиче­ские кислоты и углекислый газ, разрушают полевые шпаты, фосфориты и переводят калий и фосфор в доступную растени­ям форму.

Зеленые растения выделяют органические кислоты и другие биогенные вещества, которые взаимодействуют с минеральной частью, образуя сложные органоминеральные соединения. Корневые системы избирательно усваивают зольные элементы, а после отмирания растений происходит накопление в верхних почвенных горизонтах азота, фосфора, калия, кальция, серы и других биогенных элементов. Кроме того, корни растений, осо­бенно древесных, проникая в глубь горных пород по трещинам, оказывают давление на породы и разрушают их механически. Таким образом, под влиянием физического, химического и биологического выветривания горные породы, разрушаясь, обо­гащаются мелкоземом, глинистыми и коллоидными частицами, Приобретают влагоемкость, поглотительную способность, ста­новятся водо- и воздухопроницаемыми; в них накапливаются элементы питания растений и органическое вещество. Это приводит к возникновению существенного свойства почвы - плодородия, которого не имеют горные породы.

Процесс выветривания разделяют на три вида выветривания – физическое, химическое и биологическое. В основу выделения каждого выветривания положены, какие-либо одни факторы выветривания, которые являются определяющими. Несмотря на это все три вида выветривания всегда действуют совместно и одновременно.

1. Физическое выветривание выражается преимущественно в механическом дроблении минеральных тел (горных пород, строительных материалов и т.д.) без существенного изменения их минерального состава. Большую роль в этом «дробящем» разрушении играют колебания температуры. Так, например, в пустынях суточные колебания температур весьма значительны, в дневное время до +80 о С, а ночью всего +20 о С. Разрушение пород и строительных конструкций усиливается, когда в микротрещины проникает вода. При замерзании вода увеличивается в объёме на 9-11%, развивается большое боковое давление и порода разрушается. Это явление обычно называют «морозным выветриванием». Многие породы, особенно глинистые, распадаются на куски при переменном намокании и высушивании. Физическое выветривание преобладает в районах пустынь и в районах с холодным климатом (арктические, высокогорные районы и т.п.).

2. Химическое выветривание выражается в разрушении горных пород, строительных материалов и строительных конструкций вплоть до полного распада, т.е. до уровня анионов и катионов, с одновременным образованием новых минеральных образований. Основными факторами этого выветривания являются вода, кислород, углекислота, органические кислоты и др. С этими факторами связаны сложные химические процессы – растворение, окисление, гидратация, карбонитизация, гидролиз.

Интенсивность химического выветривания зависит от площади воздействия воды, её температуры, длительности процессов. Наиболее подвержены этому выветриванию карбонаты, сульфаты и др. Наибольшую разрушительную силу химическое выветривание имеет в условиях теплого и влажного климата.

3. Биологическое выветривание иногда называют органическим. Оно проявляется в виде механического и химического воздействия живых и растительных организмов на земную поверхность.

Механическое разрушение производят растения корневой системой. Корни деревьев способны разрушать даже прочные скальные породы и бетонные плиты. Кроме механической силы разрушения корни растений обладают способностью разрушать горные породы и строительные материалы органическими кислотами, которые они выделяют как в период своего роста, так и после отмирания при процессах разложения. Существенно нарушают целостность горных пород различные землерои.

Биологическое выветривание проявляет себя практически повсеместно, особенно, в районах с влажным климатом, который способствует росту и развитию растений.

В определённой степени к биологическому виду выветривания следует отнести техногенную деятельность человека, в частности, строительство зданий и сооружений. Хотя следует отметить, что эта деятельность разрушает поверхность земной коры по всем видам процесса выветривания.