Виды выветривания и их классификация. Процессы выветривания, типы выветривания
Термин «выветривание» не отражает существа процесса и прямого отношения к деятельности ветра не имеет.
Выветривание (weathering, degradation) -процесс разрушения и изменения горных пород и минералов в приповерхностных условиях под воздействием физико-химических факторов атмосферы, гидросферы и биосферы.
Факторами выветривания являются:
1. Колебание температур (суточное, сезонное)
2. Химические агенты: O2, H2O, CO2
3. Органические кислоты (ульминовая, гуминовая)
4. Жизнедеятельность организмов
В зависимости от факторов, вызывающих выветривание различают несколько видов:
Таблица 1
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 грубозернистых пород 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.
Кристаллизация солей – образование и рост кристаллов в пустотах и трещинах – способствует разрушению пород, подобно действию ледяных клиньев.
Продукты физического выветривания. В результате физического выветривания на поверхности образуются угловатые обломки, которые в зависимости от своего размера подразделяются на: глыбы – (> 20 см); щебень – (20 – 1 см); дресва – (1 – 0.2 см); песок – (2 – 0.1 мм); алеврит – (0.1 – 0.01 мм); пелит – (< 0.01 мм). Скопление этих продуктов приводит к формированию рыхлых осадочных горных пород.
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.
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. Окисляется не только Fe, но и другие металлы.
В условиях недостатка кислорода протекает процесс восстановления , при котором металлы с высокой валентностью переходят в соединения с более низкой валентностью. Подобный процесс наиболее ярко протекает в зонах окисления сульфидных месторождений.
Рис. 2. Зона окисления и восстановления сульфидных руд
→ окисление → Сульфаты → восстановление → Вторичные сульфиды Ме
Гидратация – это химическое присоединение воды к минералам горных пород с образованием новых минералов (гидросиликатов и гидроокислов) с другими свойствами.
Fe2O3 + nH2O ® Fe2O3 ´ nH2O
гематит лимонит
CaSO4 + 2H2O ® CaSO4 ´ 2H2O
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.). Менее растворимы сульфаты, карбонаты.
Гидролиз – наиболее важный процесс химического выветривания, т.к. путем гидролиза разрушаются силикаты и алюмосиликаты, которые слагают половину объема внешней части континентальной коры.
Гидролиз – это обменное разложение вещества под влиянием гидролитической диссоциации воды, сопровождающееся разрушением одних и образованием других минералов. Наиболее характерен пример гидролиза полевых шпатов:
K + nH2O + CO2 ® K2CO3 + Al4(OH)8 + SiO2 ´ nH2O
ортоклаз в раствор каолинит опал
Дальнейший гидролиз каолинита приводит к его разложению и образованию латерита:
Al4(OH)8 ® H2Al2O4 + SiO2 ´nH2O Латерит
Интенсивность процесса гидролиза, которому сопутствуют растворение и гидратация, зависит от климатических условий: — в умеренном климате гидролиз протекает до стадии образования гидрослюд; — во влажном теплом климате – до стадии образования каолинита; — в субтропическом климате – до стадии образования латерита. Таким образом при гидролизе разрушаются силикаты, алюмосиликаты; на их месте накапливаются глинистые минералы, а за счет вытеснения катионов образуются свободные окислы и гидроокислы алюминия, железа, кремния, марганца.
Латериты являются ценными рудами на алюминий. При перемыве латеритной коры выветривания и переотложении гидроокислов алюминия формируются месторождения бокситов.
Стадии химического выветривания
В соответствии с приведенной последовательностью выделяются 4 стадии химического выветривания;
1. Обломочная, при которой породы превращаются в рыхлые продукты физического выветривания;
2. Обизвесткованного элювия (сиаллитная), когда начинается разложение силикатов, сопровождаемое удалением хлора, серы и обогащение пород карбонатами;
3. Глин (кислая сиаллитная стадия), когда продолжается разложение силикатов и происходит отщепление и вынос оснований (Ca, Mg, Na,K), а также образование каолиновых глин на кислых породах и нонтронитовых – на основных;
4. Латеритов (аллитная), завершающая стадия химического выветривание, на которой идет дальнейшее разложение минералов (отщепляются и выносятся окислы и гидроокислы алюминия и железа – гетит, гидрогетит и гиббсит, гидраргиллит).
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.
Элювий и кора выветривания
Элювий – это продукты выветривания, оставшиеся на месте своего образования. Все продукты выветривания, которые смещены с места образования вниз по склонам без участия линейного смыва, Ю.А. Билибин предложил назвать делювием, а коллювием Ю.А. Билибин назвал разновидность делювия, достигшую подножия склона и прекратившую движение.
Пример строения современного элювия можно представить в следующем виде (рис. 4).
При нормальных условиях верхние слои элювия измельчены значительно сильнее, чем лежащие ниже. С глубиной продукты выветривания становятся все более и более грубыми. Самый нижний слой состоит из кусков, хотя и отделенных от породы, но залегает на месте образования. Глубже массивные породы разбиты лишь трещинами, количество которых уменьшается с глубиной.
Элювий остается и сохраняется на уплощенных водораздельных поверхностях, а на склонах он начинает двигаться под тяжестью собственного веса и становится уже делювием.
Рис. 4. Строение элювия:
1 — Почвенно-растительный слой; 2 — Латеритный горизонт; 3 — Каолиновый горизонт; 4 — Гидрослюдистый горизонт; 5 — Обломочный горизонт
Под корой выветриванияпонимается вся совокупность продуктов выветривания, залегающая на месте образования или перемещенных на небольшое расстояние и занимающие значительные площади. Нередко термин кора выветривания используют, когда выветривание прошло до стадии каолиновых глин или латеритов.
Термины «элювий» и «кора выветривания» почти синонимы. Различают современную кору выветривания и древнюю (ископаемую или погребенную), перекрытую молодыми породами.
Состав и тип коры выветривания определяется составом коренных пород, климатом и стадией выветривания: 1 – Обломочная; 2 – Гидрослюдистая; 3 – Монтмориллонитовая (нонтронитовая); 4 – Каолиновая; 5 – Латеритная.
Геологическая роль выветривания
1. Выветривание – составная (основная) часть глобального процесса – денудации. И денудация и выветривание протекают селективно, т.е. избирательно. Различные горные породы и минералы в разных климатических условиях выветриваются с разной скоростью, что можно рассмотреть на примере простого строения участка земной коры (рис.6).
Рис. 6. Селективность денудации и выветривания
В условиях влажного климата известняки будут подвергаться интенсивному растворению и выщелачиванию, и на их месте будут понижения в рельефе, а в местах выхода гранитов – возвышенности.
В сухом жарком климате граниты будут разрушаться быстрее, чем известняки и на поверхности будут формироваться понижения в рельефе.
2. выветривание – это начало формирования осадочных горных пород. На поверхности формируются различные обломочные породы: щебень, дресва, песок. Где-то накапливаются каолиновые глины, обогащенные Al в море происходит отложение хемогенных осадков Fe и Mn, Ca, Mg, которые поверхностными и подземными водами вынесены с суши, а соли Na и K находятся в растворимом состоянии.
Таким образом, первоначально сложенные по своему составу коренные породы в процессе выветривания дифференцируются на составные части, состав которых постепенно упрощается вплоть до элементного.
3. При выветривании образуются разнообразные полезные ископаемые: сульфидные руды, каолиновые глины, латериты, строительные материалы и др.
Билет 8. Выветривание горных пород. Условия и виды проявления. Основные типы кор выветривания
Выветривание – совокупность процессов разрушения и химического изменения горных пород в условиях земной поверхности или вблизи нее под воздействием атмосферы, воды и организмов.
Эти процессы подготавливают материал для дальнейшей денудации и аккумуляции. Источники энергии для процессов выветривания – энергия Солнца и физико-химическое воздействие атмосферы (кислород, азот и углекислый газ) и гидросферы. Климат определяет избирательное развитие основных генетических типов выветривания и влияет на скорость их течения. С ним связано формирование почв и полезных ископаемых.
Гипергенез – разрушение верхней части породы.
Условия проявления:
1. Солнечная радиация (от широты места)
2. Кислород, азот и углекислый газ
Выветривание, его виды
4. Органический мир
Свойства самой природы:
1. Минералогический состав
2. Плотность
3. Особенности поверхности (шероховатая или гладкая)
4. Теплоёмкость и теплопроводность пород
5. Увлажнение (увеличивает теплоёмкость и теплопроводность)
Виды выветривания :
Физическим выветриванием называется дезинтеграция горной породы, не сопровождающаяся химическими изменениями ее состава. Два вида:
1. Температурное – происходит без участия внешнего механического воздействия и вызывается изменением температуры. Большое значение имеют амплитуда и скорость изменения температуры. Поэтому суточные колебания температуры при выветривании играют большую роль, чем сезонные.
2. Механическое – происходит под воздействием таких факторов, как замерзание воды в трещинах и порах горных пород, кристаллизации солей . Оно тесно связано с температурным выветриванием. Особенно сильных и быстрый механический разрушитель горных пород – вода. При ее замерзании возникает огромное давление →порода распадается на обломки. Это явление называют морозным выветриванием . Интенсивность его определяется не амплитудой, а частотой колебания температуры около точки замерзания, т.е. около 0º. Протекает преимущественно в полярных странах.
Действие кристаллизирующихся солей происходит в условиях жаркого, сухого климата, где днем при сильном нагревании влага подтягивается к поверхности и соли, которые содержаться в ней, кристаллизируются (минерализованная влага => кристаллизация солей => нарастание кристаллов => солевое выветривание). В результате физ. выветривания компактные породы распадаются на остроугольные обломки разных форм и размеров, т.е. образуется материал, из которого формируются осадочные обломочные породы – глыбы, щебень, дресва, песок.
Проявления:
Десквамация – вид физического выветривания, которому подвергаются породы под действием температуры, и происходит путём отслаивания породы (например, некоторые базальты, валуны, конгломераты).
Химическое выветривание результат взаимодействия горных пород внешней части литосферы с химически активными элементами атмосферы, гидросферы и биосферы.
Наибольшей химической активностью обладают кислород, углекислый газ, вода, органические кислоты. С воздействием этих веществ на горные породы и связано хим. выветривание (коренное изменение минералов и горных пород и образование новых минералов и пород). Изменение исходных минералов и горных пород, их разрушение и разрыхление происходят в результате:
— растворения
— окисления
— гидратации
— гидролиза
В результате хим. выветривания образуются растворимые и тонкодисперсные продукты выветривания.
Кора выветривания – совокупность остаточных (несмещенных) продуктов выветривания. Существует целый ряд классификаций кор выветривания, большинство авторов выделяют следующие типы:
1.Обломочная – состоящая из хим. неизмененных или мало измененных обломков исходной породы; в суровых условиях севера и высокогорьях, а также в каменистых пустынях.
2.Гидрослюдистая – слабые хим. изменения, но содержащая глинистые материалы – гидрослюды, которые образуются за счет изменения полевых шпатов и слюд. Характерны для холодных и умеренных областей с вечной мерзлотой.
3. Монтмориллонитовая – глубокие хим. изменения; главный глинистый минерал – монтмориллонит. В степных и полупустынных областях.
4. Каолинитовая .
5. Красноземная.
6. Латеритная.
Последние два типа коры – это результат длительного и интенсивного выветривания с полным изменением первичного состава исходных пород.
Каждый тип кор выветривания имеет зональный характер . Первые три написаны в классификации; каолинитовая и красноземная характерны для субтропиков, латеритная формируется в условиях жаркого и влажного экваториального климата.
Биологическое (органогенное) выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т.д.).
Однако выделять органогенное выветривание в самостоятельный тип нет необходимости, так как воз-действие организмов на горные породы всегда можно свести к про-цессам механического разрушения или химического выветривания.
Похожая информация:
Поиск на сайте:
Выветривание — процесс разрушения и изменения горных пород в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов.
По характеру среды, в которой происходит выветривание, различают атмосферное и подводное.
По роду воздействия выветривание на горные породы различают:
- физическое выветривание, ведущее только к механическому распаду породы на обломки;
- химическое выветривание, при котором изменяется химический состав горной породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности;
- органическое (биологическое) выветривание, сводящееся к механическому раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельности организмов.
- своеобразным типом выветривание является почвообразование, при котором особенно активную роль играют биологические факторы.
Выветривание горных пород совершается под влиянием воды (атмосферные осадки и грунтовые воды), углекислоты и кислорода, водяных паров, атмосферного и грунтового воздуха, сезонных и суточных колебаний температуры, жизнедеятельности макро- и микроорганизмов и продуктов их разложения.
На скорость и степень выветривания, мощность продуктов выветривания и на их состав, кроме перечисленных агентов, влияют также рельеф и геологическое строение местности, состав и структура материнских пород. Подавляющая масса физических и химических процессов выветривания (окисление, сорбция, гидратация, коагуляция) происходит с выделением энергии. Обычно виды В. действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает.
Физическое В. происходит главным образом в условиях сухого и жаркого климата и связано с резкими колебаниями температуры горных пород при нагревании солнечными лучами (инсоляция) и последующем ночном охлаждении; быстрое изменение объёма поверхностных частей пород ведёт при этом к их растрескиванию. В областях с частыми колебаниями температуры около 0°С механическое разрушение пород происходит под влиянием морозного В.; при замерзании воды, проникшей в трещины, объём ее увеличивается и порода разрывается.
Виды выветривания
Химические и органические В. свойственны главным образом пластам с влажным климатом. Основные факторы химического В. - воздух и особенно вода, содержащая соли, кислоты и щелочи. Водные растворы, циркулирующие в толще пород, помимо простого растворения, способны производить также сложные химические изменения
Выветривание горных пород — сложный процесс , в котором выделяется несколько форм его проявления :
- 1-я форма — механическое дробление горных пород и минералов без существенного изменения их химических свойств — называется механическим или физическим выветриванием.
- 2-я форма — химическое изменение вещества, приводящее к превращению исходных минералов в новые — называется химическим выветриванием.
- 3-я форма — органическое (биологохимическое) выветривание: минералы и горные породы физически и главным образом химически изменяются под воздействием жизнедеятельности организмов и органического вещества, образующегося при их разложении.
Меры защиты от выветривания камня в конструкциях:
Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатационной среды, химико-минералогического состава и структуры материала. Однако даже самые прочные породы, из которых выполнен материал, под непрерывным механическим и химическим воздействием атмосферных факторов и различных микроорганизмов разрушаются.
Основные причины выветривания природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутреннее напряжение; частое изменение температуры и влажности, вызывающее появление микротрещин; растворяющее действие воды и понижение прочности при водонасыщении; химическая коррозия под действием газов (О2, СО2 и др.), содержащихся в атмосфере, и веществ, растворенных в грунтовой или морской воде. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайники), поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.
Стойкость материалов против выветривания тем выше, чем меньше их пористость и растворимость. Поэтому все мероприятия по защите каменных материалов от выветривания направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение поверхностной плотности. Эти меры могут быть конструктивными и химическими.
Конструктивно защиту конструкций от увлажнения осуществляют путем устройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, не задерживается и не проникает внутрь материала.
К химическим мероприятиям относят создание на лицевой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя или ее гидрофобизацию.
Одним из способов повышения поверхностной плотности является флюатирование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты (флюатами), например флюатами магния. В результате происходящей реакции:
2СаСО3 + MgSiF, = 2CaF2 + MgF2 + SiOa + 2CO2
в поверхностных порах камня выделяются практически нерастворимые в воде фториды кальция и магния и кремнезем, уменьшая пористость и водопоглощение поверхностного слоя и несколько препятствуя загрязнению облицовки пылью.
Некарбонатные пористые породы предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например хлористым кальцием, а после просушки - содой, затем флюатом.
Гидрофобизация, т. е. пропитка пористого каменного материала гидрофобными (водоотталкивающими) составами, препятствующими проникновению влаги в материал, также повышает их стойкость против выветривания. Хорошие результаты дает пропитка кремнийорганическими жидкостями и другими полимерными материалами, а также, растворами парафина, стеарина или металлических мыл (алюминиевого, цинкового и др.) в легкоиспаряющихся органических растворителях (бензине, лаковом керосине и т.д.).
Долговечность пористого камня значительно увеличивает пропитка его поверхностного слоя раствором мономера с последующей полимеризацией мономера в порах камня при термокаталитической или радиационной обработке.
Дата публикования: 2014-12-10; Прочитано: 2307 | Нарушение авторского права страницы
Виды выветривания
1.1. Температурное выветривание
Механизм температурного выветривания определяется: суточными и сезонными колебаниями температур; разными коэффициентами теплового расширения, сжатия и теплопроводности минералов;
Это приводит к возникновению напряжений между минералами и нарушению сил сцепления. Минеральные зерна в разной степени температурного выветривания сжимаются и расширяются, а потому возникают сжимающие и расширяющиеся усилия.
Особенно ярко этот процесс температурного выветривания проявляется среди полиминеральных горных пород, и в частности, среди гранитов, сиенитов, габбро, гнейсах и кристаллических сланцев.
У кварца и кальцита температурный коэффициент линейного расширения в направлении, перпендикулярном тройной оси, в два раза превышает тот же коэффициент в направлении, параллельном ей. Возникающие местные напряжения приводит к разрушению минеральных зерен.
Вследствие этого даже мономинеральные горные породы, такие как кварцевые песчаники, кварциты, известняки, известковые песчаники, мрамора и другие, быстро разрушаются из-за температурных колебаний.
На интенсивность температурного выветривания влияют :
цвет горных пород: темноцветные минералы нагреваются и остывают быстрее и больше, чем бесцветные. Поэтому темноокрашенные горные породы быстрее разрушаются.
размеры слагающих ее минеральных зерен. Чем крупнее зерна, тем быстрее они разрушаются.
Процесс температурного выветривания наиболее интенсивно протекает в областях с резкими контрастами температур, сухостью воздуха и слабым развитием или полным отсутствием растительности.
Из-за температурного фактора и при наличии влаги поверхность горных пород начинает шелушиться.
От поверхности отслаиваются чешуи или различной толщины пластины. Этот процесс особенно хорошо выражен на отдельных глыбах или валунах.
Температурное выветривание активно протекает на вершинах и склонах гор, не покрытых снегом или льдом. Здесь вследствие высокой инсоляции поверхность хорошо и активно прогревается, а в ночное время остывает до отрицательных температур.
Под действием замерзающей воды легко раскалываются трещиноватые и пористые породы.
В жарких районах механическое воздействие на горные породы и их дезинтеграция происходят в результате роста кристаллов солей в капиллярных трещинах и порах. В дневное время поверхность пород сильно прогревается, капиллярная вода притягивается к поверхности и испаряется, а соли, содержащиеся в ней, кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов трещины и поры расширяются.
Особенно сильным разрушающим фактором при механическом выветривании оказывает замерзающая вода.
Сильное механическое воздействие на толщи горных пород оказывают корневая система деревьев, трав, а также животные (муравьи, земляные черви, норные звери).
Дата публикования: 2014-11-19; Прочитано: 227 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…
Выве́тривание - совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием колебаний температуры, циклов замерзания и химического воздействия воды, атмосферных газов и организмов.
Выветривание происходит за счёт совокупного воздействия на верхнюю оболочку литосферы агентов (факторов) выветривания из гидросферы, атмосферы и биосферы. В результате образуются кора выветривания и продукты выветривания. Выветривание может проникать на глубину до 500 метров
Типы выветривания
Различают несколько типов выветривания, которые могут преобладать в разной степени:
- Физическое или механическое (трение, лёд, вода и ветер)
- Химическое
- Биологическое (органическое)
- Радиационное (ионизирующее)
Физическое или механическое
Чем больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Причиной механического выветривания также является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается в объёме на 1/10 своего объёма, что способствует ещё большему выветриванию породы. Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Селевые потоки, ветер, сила тяжести, землетрясения, извержения вулканов также содействуют физическому выветриванию горных пород.
Механическое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создаёт благоприятные условия для химического выветривания. В результате катаклизмов с поверхности могут осыпаться породы, образуя плутонические породы. Всё давление на них оказывают боковые породы, из-за чего плутонические породы начинают расширяться, что ведёт к рассыпанию верхнего слоя пород.
Химическое
Химическое выветривание - это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественное изменение их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода - энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород - гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды:
KAlSi3O8+H2O→HAlSi3O8+KOH
Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии углекислого газа KOH переходит в форму карбоната:
2KOH+CO2=K2CO3+H2O
Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации - присоединению частиц воды к частицам минералов. Например:
2Fe2O3+3H2O=2Fe2O3·3H2O
В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы, содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окислей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов.
2FeS2+7O2+H2O=2FeSO4+H2SO4;
12FeSO4+6H2O+3O2=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3;
2Fe2(SO4)3+9H2O=2Fe2O3·3H2O+6H2SO4
Биогенное
Биогенное выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения, лишайники). В процессе своей жизнедеятельности они воздействуют на горные породы механически (разрушение и дробление горных пород растущими корнями растений, при ходьбе, рытье нор животными). Особенно большая роль в биогенном выветривании принадлежит микроорганизмам.
Радиационное
Радиационным выветриванием называется разрушение пород под действием радиационного, или солнечного излучения.
Выветривание
Радиационное выветривание оказывает влияние на процессы химического, биологического и физического выветривания. Характерным примером породы, подверженной радиационному выветриванию, может служить реголит на Луне.
Продукты выветривания
В результате действия агентов выветривания формируются коры выветривания. Различают коры физического и химического выветривания.
Продуктом выветривания в ряде областей Земли на дневной поверхности являются курумы. Продуктами выветривания в определённых условиях становятся щебень, дресва, «шиферные» обломки, песчаные и глинистые фракции, включая каолин, лессы, отдельные обломки горных пород различных форм и размеров в зависимости от петрографического состава, времени и условий выветривания.
См. также
Примечания
- Выветривание // Геологический словарь. Т. 1. М.: Госгеолтехиздат, 1960. С. 141.
- Полынов Б. Б. Кора выветривания. М.: Изд-во АН СССР, 1934. 242 с.
Ссылки
«Гора смерти» около парка «Корниш» в Серово в Санкт-Петербурге
«Арка» в штате Юта (США), пример механического выветривания
Скалы у Колыванского озера, Алтайский край
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.
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 .
Первое, что приходит в голову, когда слышишь «выветривание» - ужасно сильный ветер, разрушающий все на своем пути. Думаю, что хоть это и не связано с ужасными ветрами, сила явления огромна, ведь она меняет облик нашей планеты до неузнаваемости. Что ж, попробую объяснить, что же это за сила.
Выветривание и его виды
Под этим термином подразумевается процесс, при котором под воздействием извне породы деградируют и разрушаются. Этот процесс не прекращается и приводит к глобальному изменению в очертаниях земной коры. Факторы, которые обуславливают это явление, достаточно разнообразны: от обычной воды до влияния атмосферы. Однако в большинстве случаев наблюдается совокупность ряда факторов, что в итоге приводит к истощению горной породы. Науке известны следующие разновидности выветривания:
- химическое;
- физическое;
- органическое.
Выветривание органическое
Причина - живые организмы. Например, корни способны дробить породу, а лишайники выделяют кислоты, тем самым, внося свою лепту. И крупные, и мелкие животные делают норы, например, некоторые птицы просто выдалбливают ниши для гнезд. Останки органики разлагаются, а это тоже сопровождается выделением кислот.
Химическое и физическое выветривание
При контакте с химическими элементами горные породы вступают в реакцию, что приводит к изменениям их структуры. Подобные процессы, в основном, характерны для экваториальных районов и тропических широт. Здесь сказывается воздействие дождевой воды, которая содержит химически активные вещества. Конечным результатом становится накопление в водоемах осадка, где формируются полезные ископаемые.
Что касается выветривания физического, то здесь главная роль отводится температуре, вернее, ее колебаниям. К примеру, нагревшись на солнце, скалы расширяются, хоть это и не видно невооруженным глазом, а с наступлением прохладной ночи происходит обратное.
В результате появляются практически неразличимые трещинки, в которые устремляется влага. В конце концов, она разрывает породу, как обычную бутылку с водой, оставленную на морозе.
Выветривание – это процесс разрушения и изменения состава пород вследствие колебаний температуры, замерзания и оттаивания воды, химического воздействия воды, растворенных в ней газов, кислот и щелочей, под действием ветра, растений и животных и др. Выветривание наиболее интенсивно протекает на поверхности земли, но распространяется и в глубину, особенно по зонам ослабления в породах – трещинам, разломам.
Различают выветривание физическое, химическое и биологическое или органическое. Физическое выветривание преобладает в условиях резко континентального или холодного климата и его значение состоит в раздроблении, дезинтеграции пород (см. обломочные ОГП). При химическом выветривании меняется минералогический состав пород. Активные реагенты при этом – вода, кислород, углекислота, органические кислоты. Наиболее общие процессы химического выветривания - растворение, гидратация, окисление, гидролиз; некоторые процессы называют по характеру образующихся при этом минералов: каолинизация, карбонизация, серпентинизация и др. Биологическое или органическое выветривание, связывая его с действием живых организмов; примеры биологического выветривания – действие корней растений, мхов и лишайников, животных - землероев, различных микроорганизмов.
В природе все виды выветривания протекают совместно, при определяющем влиянии того или другого, в зависимости от конкретных условий – климатических, геологических, гидрогеологических и др.
6.2. Кора выветривания и элювиальные отложения
В результате выветривания породы изменяются на некоторую глубину – обычно несколько метров, а в районах тропического климата до 100 метров. Эта зона сильно измененных пород вместе с почвой называется корой выветривания. Крупнообломочные и песчано-глинистые породы коры выветривания представляют собой элювиальные отложения или элювий. В общем случае кора выветривания имеет следующее строение (рис.6.1). Цифрами указаны:
1 – невыветрелая (материнская) порода; 2 – глыбовая зона, то есть выветрелая трещиноватая порода (вплоть до разборной скалы – рухляка); 3 – зона грубого дробления - крупнообломочный грунт (щебень, дресва с песчано-глинистым заполнителем); зона тонкого дробления: 4 – песок; 5 – глинистая порода; 6 – почва; 7 – уровень сноса пород (базис денудации а-а) или дно котлована; 8 – трещины выветривания; 9 – «острова» элювия среди разборной скалы.
Рис. 6.1. Кора выветривания:
1 – материнская порода; 2 – выветрилая скала; 3 – крупнообломочный грунт; 4 – песок; 5 – глинистая порода; 6 – почва; 7 – базис денудации;
8 – трещины выветривания; 9 – «острова» элювия среди скального грунта
Исходя из условий образования, элювиальные отложения представлены крупнообломочными, песчаными и глинистыми породами и характеризуются следующими свойствами:
Обломки имеют неокатанную, угловатую форму (щебень, дресва, хрящ); поверхность песчаных частиц шероховатая, что связано с отсутствием переноса материала;
Слоистость отсутствует, имеет место постепенный переход одной зоны в другую (рис.6.1);
Неоднородность механического состава;
Минералогический состав элювия связан с подстилающей материнской породой;
Наибольшее распространение и мощность элювия характерны для невысоких плоских водоразделов и отрицательных форм рельефа (понижений), где слабо проявляется денудация;
Нижняя граница элювия обычно неровная из-за разнообразия влияющих на выветривание факторов.
Возможность использования элювия в качестве основания сооружения зависит от мощности и вида грунта, его состава и состояния, а также от действующих нагрузок. Здания и сооружения с умеренными нагрузками успешно возводятся на элювиальных грунтах, особенно в районах широкого их распространения (Урал, Дальний восток). С другой стороны, для тяжелонагруженных особо ответственных сооружений (плотины, опоры мостов и др.) может потребоваться полное удаление выветрелых пород. Например, при возведении плотины Братской ГЭС снималось 1,5 метра верхней части слоя диабаза – основания плотины.
Особый характер имеет выветривание глинистых пород, происходящее в котлованах, откосах, подземных выработках. Увеличение влажности вызывает набухание породы с нарушением цементационных связей. Подсыхание приводит к усадке с появлением трещин. Аналогичные результаты может дать снятие части природной нагрузки (например, при отрывке котлована). Все такие изменения приводят к разупрочнению грунта и последующему разрушению. Это характерно и для таких полускальных пород, как аргиллиты, глинистые сланцы, мергели, опоки и др. Поэтому в строительных технологиях не допускаются длительные перерывы между разработкой котлована и бетонированием фундамента.
Выветривание – всеобщий процесс, действующий и на материалы искусственных сооружений, откосы выемок и насыпей и т.д. Защита от выветривания достигается нанесением на поверхности пород и материалов стойких покрытий или пропиткой их различными вяжущими.
