06

кори вивітрювання.

У залежності від інтенсивності і глибини хімічного вивітрювання материнських порід у різноманітних кліматичних областях можуть утворюватися кори вивітрювання, що мають різноманітний мінеральний склад.

Області арктичного й антарктичного клімату. У цих областях, у тому числі в районах високогірного зледеніння, в умовах відсутності рослинності всі хімічні процеси різко придушені, у зоні вивітрювання пануючи механічне подрібнення порід. У якості продуктів вивітрювання утвориться різноманітний уламковий матеріал від значних брил і валунів до дрібних мінеральних уламків і часток.

Рис.1.4.8 Головні типи кір вивітрювання: а- кора вивітрювання гранітів в зоні помірного вологого клімату (1- невивітрилий граніт; 2- крихкий, вивітрилий граніт; 3-зона жорстви); б- типовий розріз латеритної кори вивітрювання зони тропічного та субтропічного клімату (1- невивітрилий граніт; 2- крихкий, вивітрилий граніт; 3- структурна каолінітова глина; 4- латеритова кіраса; 5-грунтовий шар)

Області помірного вологого клімату. Тут у зоні середніх широт можна спостерігати розвиток кори вивітрювання, наприклад на гранітах, у складі котрої знизу нагору виділяється декілька горизонтів:

1.Свіжа, невивітрила материнська порода (граніт).

2.Роздрібнений, частково змінений вивітрилий граніт.

3.Горизонт жорстви, що складається зі скупчення зерен невивітрилих і частково вивітрилих мінералів, а також продуктів їхнього хімічного перетворення - головним чином каолініту, іноді монтморилоніту з домішкою каолініту (рис. 1.4.8 а).

За слабкого розвитку процесів ерозії і накопиченні продуктів вивітрювання сама верхня частина кори вивітрювання може виділятися в якості самостійного горизонту каолінітових або монтморилоніт-каолінітових елювіальних глин. Загальна потужність кір вивітрювання в країнах помірного клімату невелика, рідко перевищує перші метрів.

Області жаркого вологого клімату, Найбільшої інтенсивності і глибини процеси хімічного вивітрювання досягають у тропічних і субтропічних районах, де розвиваються латеритні кори вивітрювання. Для них характерно розвиток декількох обріїв, що відбивають різноманітну глибину хімічної переробки материнських порід. Знизу нагору звичайно виділяються (рис. 1.4.8 б):

1.Свіжий, невивітрений граніт.

2.Горизонт зміненого граніту, розбитого тріщинами на блоки, крихкого, слабо

вивітрилого, потужністю біля 3,0 м.

3.Горизонт структурних глин (літомарж), що зберігають структуру граніту, у яких знаходяться включення, що мають форму кристалів польових шпатів, але складаються з білого каолініту, а також реліктових зерен незміненого кварцу. У верхній частині горизонту каолінітові глини мають плямисте фарбування через присутність гідроокислів заліза. Потужність горизонту - біля 3,0 м.

4.Горизонт від цегляно-червоного до темно-бурого, іноді майже чорного кольору, що являє собою щільну каменеподібну, часто шлаковидну з поверхні, зцементовану масу, названу кірасою. Для латеритних кірас характерно практично повна відсутність катіонів

Na, К и Са, невисокий вміст каолініту і різке зростання вмісту А1(OH)3 і Fe(OH)3. Породи, що складають кіраси, являють собою латерити - продукт повного гідролізу силікатів і виносу всіх рухливих катіонів. Потужність кіраси - біля 4,0 м.

5.Сучасний коричнево-сірий грунт, збагачений каолінітом із великою кількістю гумусу, покритий прошарком гниючих рослинних залишків. У основі грунтового прошарку є маса кременисто-залізистих конкрецій. Потужність грунту - 1,5-1,7 м.

Кори вивітрювання такого типу широко поширені, наприклад, у країнах Тропічної Африки. Потужність латеритних кір вивітрювання може досягати декількох десятків метрів. На о. Мадагаскар відзначені кори вивітрювання потужністю до 120130 м. У останні роки замість термінів «латеритне вивітрювання», «латеритні кори» частіше використовуються терміни «фералітне вивітрювання», «фералітні кори».

Упроцесах фералітного вивітрювання всі силікати материнських порід цілком гідролізуются і навіть кварц частково розчиняється, утворюючи цукроподібні скупчення. Всі іони силікатів, особливо K, Na, Са і Mg, виносяться з зони вивітрювання рясно промиваючими її дощовими водами. Частковому виносу піддаються кремнезем і малорухомі катіони А1 і Fe.

Ускладі порід, що складають латеритний (фералітний) профіль, беруть участь три головних новоутворених у процесі гідролізу силікатів компоненти:

-оксиди заліза у формі гетиту або гематиту;

-оксиди алюмінію, звичайно у формі гібситу або рідше беміту. Оксиди алюмінію утворюються в найбільш дренованій зоні, тобто вище рівня грунтових вод.

-каолініт, що також формується при гарному дренажі, але частіше в умовах постійної вологості, тобто нижче рівня грунтових вод.

Горизонт цементації, або як його називають «кіраса», що виникає у фералітному профілі, - явище факультативне і не повсюдне. Проте для Суданської і Суахільскої зон Африки кіраси, що вінчають розтини в багатьох районах, - характерний елемент рельєфу. Існування латеритно-залізистих панцирів на поверхні плоских піднятих елементів рельєфу довгий час пояснювався капілярним підйомом з'єднань заліза знизу нагору і їхньою приповерхневою концентрацією під впливом випару води протягом сухого сезону. Останнім часом ряд дослідників приходили до висновку, що катіони заліза, що визволялися при гідролізі силікатів, були рухливими в зв'язку зі збагаченням води, що просочується, органікою і створенням відбудовних умов. Мігруючи вниз, катіони заліза досягали поверхні грунтових вод, рівень яких коливався усередині профілю вивітрювання в залежності від кількості води, що надходила. При зміні відбудовної обстановки на окисну, наприклад у результаті життєдіяльності бактерій, саме окислювання заліза призводило до його фіксації у вигляді окислів і гідроокислів.

У тому випадку, якщо горизонт цементації (кіраса) у результаті ерозії самого верхнього, грунтового прошарку (після зникнення лісу) ексгумувався на денну поверхню, кіраса ще більш твердішала, набувала забарвлення від темно-бурого до чорного кольору і

шлакоподібний вигляд.

Необхідно відзначити, що такі кіраси, втрачаючи поступово залізо як елемент більш рухливий, ніж алюміній, можуть збагачуватися останнім і перетворюватися в боксити, що являють собою важливі корисні копалини.

У покритих рясними лісами екваторіальних районах Землі слабо виражений короткий сухий сезон не впливає на положення рівня грунтових вод. Зона вивітрювання до самої поверхні є завжди вологою. Потужність кори вивітрювання при цьому може досягати від декількох десятків до 100150 м. За рахунок зміни насичених водою кислих материнських (граніти, гнейси), а також основних (базальти, долерити) порід утворюються каолініти. На великих територіях виникає товща жовтих або червоних екваторіальних каолінітових глин. Гибсит при цьому майже не утворюється. Відсутня або майже відсутня кіраса.

Області арідного клімату характеризуються деякими специфічними рисами хімічного вивітрювання материнських порід. Високі температури і їх різкі добові і сезонні зміни при різкому дефіциті води і рослинності призводять до переваження фізичного вивітрювання (раздробления) порід. Утворюється скупчення уламкового матеріалу, що характеризує типові форми пустельного ландшафту.

Крім фізико-хімічних умов вивітрювання (клімату) на утворення і зберігання профілю тієї або іншої кори вивітрювання вирішальний вплив має характер тектонічних процесів. При прогинаннях територія стає областю накопичення осадків, а не вивітрювання. Для того щоб утворився достатньо потужний профіль кори вивітрювання крім відповідного клімату необхідно повільне підняття або стабільне положення території, на якій формується кора вивітрювання.

При швидких підняттях території формується розчленований гірський рельєф. Різко посилюються процеси розмиву, тобто денудации. Механічна руйнація порід у гірських областях і видалення уламкових продуктів вивітрювання йде настільки інтенсивно, що не тільки не встигає сформуватися скільки-небудь значна кора вивітрювання, але і змінюється самий характер процесів вивітрювання. Навіть в умовах тропічного клімату в районах гірського рельєфу процеси хімічного розкладання материнських порід не встигають проявитися і домінує механічна руйнація гірських масивів. Величезні маси грубодисперсных уламкових продуктів выносятся з областей із гірським рельєфом у навколишні басейни седиментации. Змінюється весь характер процесів опадонакопичення в цих басейнах. Так, типова рівнинна ріка Об, що протікає по Західно-Сибирскій низині з водяним стоком 394 км3/рік, виносить у Північний Льодовитий океан 14 млн т/рік твердих продуктів вивітрювання, а одна з рік, що дренує гірські споруди Гімалаю - р. Меконг (водяний стік - 387 км3/рік) виносить у Південно-Китайское море 1000 млн т/рік, тобто в 70 разів більше твердих продуктів.

Продукти процесів вивітрювання

У цілому вивітрювання можна розглядати як глобальний процес дезинтеграції, роздрібнення речовини материнських порід, тобто процес підготувки речовини майбутніх осадових порід, що охоплює поверхню всіх континентів Землі.

Результатом процесів вивітрювання є формування осадової речовини, що дає початок утворенню осадків і осадових порід. Серед продуктів вивітрювання по. рівню дезинтегрованності можуть бути виділені три основні групи осадової речовини.

1.Продукти механічного дроблення материнських порід - уламки і частки материнських порід і мінералів різноманітних розмірів.

2.Продукти хімічного розкладання материнських порід - мінеральні новотвори, що мають субколоїдну і колоїдну природу. Це насамперед глинисті мінерали кори вивітрювання,

окисли і гидроокисли А1, Fe, Мn і ряду інших металів (Ti, V, Cr, Мo і т.д.).

3. Продукти хімічного розкладання материнських порід, що утворюють справжні, або іонні, розчини: катіони К, Na, Са, Mg, а також SiO2, розчинні аніони СО3, SO4, Cl, P2O5 і ін.

Продукти вивітрювання, що накопичуються в зоні вивітрювання, утворюють кори вивітрювання, що складаються з осадових порід, котрі деякі дослідники виділяють в

окрему групу залишкових, або елювіальних, порід.

Вивчення процесів вивітрювання має теоретичне і практичне значення, тому що в результаті дезинтегрованності і перетворення речовини материнських порід утворюються родовища багатьох важливих корисних копалин.

По-перше, це залишкові, або елювіальні, родовища діамантів, золота, хроміту, каситериту і деяких інших мінералів, що сформувалися в зоні вивітрювання за рахунок руйнації і виносу компонентів материнських порід.

По-друге, це скупчення в корах вивітрювання новоутворених мінералів, що є результатом хімічного вивітрювання. Такі родовища бокситів, каолінітових глин, нікелевих, марганцевих і інших руд, пов'язаних з корами вивітрювання.

По-третє, це поліметалічні родовища зони повторної цементації сульфідів. Вони утворюються в процесі хімічного розкладання при вивітрюванні сульфідних родовищ міді, свинцю, цинку й інших металів. При цьому утворюються ділянки різкого збагачення (повторної цементації) сульфідами кольорових металів, у першу чергу міді.

Питання і вправи

1.Перерахуйте основні причини механічного раздробления (фізичного вивітрювання) материнських порід.

2.На які три основні групи діляться катіони за розміром іонного потенціалу?

3.По діаграмі рН—Eh визначте, чи може при вивітрюванні магматичних порід, що містять олівін або піроксени, формуватися в якості продукту вивітрювання сидерит FeCO3, якщо рН середовища в зоні вивітрювання дорівнює 8,5, a Eh - 0,05 V

4.Яку роль грають гумусові з'єднання у виносі катіонів малорухомих металів із зони вивітрювання?

5.Які глинисті мінерали утворюються частіше усього при процесах хімічного розкладання материнських порід?

6, Чому при хімічному вивітрюванні силікатних порід гідрооксиди А1 і Fe накопичуються в корі вивітрювання, а кремнезем выносится з неї?

7.Розрахуйте запаси каолініту на родовищі, що може утворитися при вивітрюванні

масиву лужного граніту, що містить 65% калієвих польових шпатів і 35% кварцу, при повній переробці в каолініт верхніх 10 м граніту на площі 10 км2. Щільність ортоклаза - 2,56 г/см3. Атомні ваги: ДО=39,1; А1=27,0; Si=28,0; O=16,0; Н=1,0.

8.Якщо процес вивітрювання лужного граніту, що містить 65% калієвих польових шпатів і 35% кварцу, в умовах тропічного клімату завершується повним гідролізом, які будуть

запаси гідраргіліту (бокситу) на родовищі, що утвориться при переробці в прості гидрооксиди алюмінію верхніх 10 м граніту на площі 10 км2?

9.У чому подібність кір вивітрювання, що утворяться в умовах льодового арктичного й антарктичного клімату й в умовах жаркого пустельного клімату?

10.Приведіть приклади будови кір вивітрювання, що утворюються в областях помірного вологого і жаркого вологого клімату.

11.У чому виявляється різниця в характері латеритного вивітрювання в умовах Суданської і Суахільскої зон Африки і зони вологих тропічних лісів Землі?

12.Який вплив на процеси вивітрювання можуть робити тектонічні рухи?

13.Перерахуйте найхарактерні родовища корисних копалин, пов'язані з корами вивітрювання.

14.Які три основні групи продуктів, із погляду дисперсності речовини, утворюються при процесах вивітрювання материнських порід?