Глава 12 выветривание и рельефообразование

Каждый рельефообразующий процесс — это прежде всего процесс динамики вещества, слагающего литосферу Земли. В от­личие от эндогенных агентов, способных перемещать целые блоки земной коры, экзогенные агенты чаще осуществляют этот процесс

при непременном условии дезинтеграции или химического изме­нения горных пород¹. Совокупность процессов разрушения и хими­ческого изменения горных пород в условиях земной поверхности или вблизи нее под воздействием атмосферы, воды и организмов называ­ется выветриванием². По существу, выветривание является на­чальным этапом любого экзогенного процесса.

В зависимости от факторов, воздействующих на горные породы, и результатов воздействия процессы выветривания подразделяются на два типа — физическое и химическое выветривание. Оба типа выветривания тесно связаны друг с другом, действуют совместно, и только интенсивность проявления каждого из них, определяе­мая рядом факторов (климатом, составом пород, рельефом и др.), в разных местах неодинакова.

Иногда выделяют еще один тип выветривания — органогенное, связанное с воздействием на горные породы растительных и жи­вотных организмов. Однако выделять органогенное выветривание в самостоятельный тип, по-видимому, нет необходимости, так как воздействие организмов на горные породы всегда можно свести к процессам физического или химического выветривания.

Физическое выветривание. Физическим выветриванием называет­ся дезинтеграция горной породы, не сопровождающаяся химическими изменениями ее состава. В зависимости от главного действующего фактора и характера разрушения горных пород физическое вы­ветривание делят на температурное и механическое.

Температурное выветривание происходит без участия внешнего механического воздействия и вызывается изменением температуры. Интенсивность температурного выветривания зависит от состава породы, ее строения (текстуры и структуры), а также от окраски, трещиноватое™ и других факторов. Большое значение при температурном выветривании имеют амплитуда и особенно скорость изменения температуры. Поэтому при выветривании ее суточные колебания играют большую роль, чем сезонные.

1 Дезинтеграция горных пород — распадение их на обломки разных размеров без изменения состава.

² Чтобы не путать термин "выветривание" с деятельностью ветра, А.А. Ферс­ман предложил процесс преобразования горных пород и минералов на или вбли­зи поверхности Земли называть "гипергенезом" (от греч. hyper — над, поверх и genesis — рождение, образование).

5. Рычагов Г.И.

Температурное выветривание наблюдается во всех климатиче­ских зонах, но наиболее интенсивно оно протекает в областях, характеризующихся резкими контрастами температур, сухостью воздуха, отсутствием или слабым развитием растительного покрова. Такими областями, прежде всего, являются тропические и вне-тропические пустыни. Интенсивно температурное выветривание протекает также на крутых склонах высоких гор, особенно на склонах южной экспозиции (рис. 41).

Механическое выветривание происходит под воз­действием таких факторов, как замерзание воды в трещинах и порах горных пород, кристаллизация солей при испарении воды, т.е. оно тесно связано с температурным выветриванием. Особенно сильный и быстрый механический разрушитель горных пород — вода. При ее замерзании в трещинах и порах горных пород возни­кает огромное давление, в результате которого порода распадается на обломки. Это явление часто называют морозным выветриванием. Предпосылками морозного выветривания служат трещиноватость горных пород, наличие воды и соответствующие температурные условия. Следует отметить, что интенсивность морозного выветри­вания определяется не амплитудой, а частотой колебания темпе­ратуры около точки замерзания воды, т.е. около 0°С. Вследствие этого наиболее интенсивно морозное выветривание протекает в полярных странах, а также в горных районах, преимущественно выше снеговой границы.

Раздробляющее действие кристаллизующихся солей ярче прояв­ляется в условиях жаркого, сухого климата, где днем при сильном нагревании солнцем влага, находящаяся в капиллярных трещинах, подтягивается к поверхности и соли, содержащиеся в ней, кристал­лизуются. Под давлением растущих кристаллов трещины расширя­ются. В конечном счете это приводит к нарушению монолитности

горных пород, к их разрушению. Разрушению горных пород спо­собствуют намокание и высыхание (этот фактор особенно важен для глин, суглинков, мергелей), а также физическое воздействие организмов (корней растений, землероев, камнеточцев).

В результате физического выветривания компактные породы распадаются на остроугольные обломки различной формы и раз­ных размеров, т. е. образуется материал, из которого формируются осадочные обломочные породы — глыбы, щебень, дресва, песок. По мере дробления горных пород интенсивность физического выветривания ослабевает, и создаются все более благоприятные условия для химического выветривания.

Химическое выветривание. Химическое выветривание — резуль­тат взаимодействия горных пород внешней части литосферы с хими­чески активными элементами атмосферы, гидросферы и биосферы. Наибольшей химической активностью обладают, как известно, кислород, углекислый газ, вода и органические кислоты. С воз­действием этих веществ на горные породы и связано в основном химическое выветривание, сущность которого заключается в ко­ренном изменении минералов и горных пород и образовании новых минералов и пород, отличающихся от первоначальных.

Изменение исходных минералов и горных пород, их разруше­ние и разрыхление (наблюдаемое, правда, не всегда) происходят в результате:

• растворения (связанного с водой, в которой всегда есть боль­шая группа ионов, в том числе "агрессивного" иона Н⁺),

• окисления (взаимодействия с кислородом): FeS₂ [пирит] + n0₂ + mH₂0 -> Fe₂0₃ • п2Н₂0 [лимонит],

• гидратации (процесс присоединения воды к минералам): CaS0₄ [ангидрит] + 2Н₂0 -> CaS0₄ • 2Н₂0 [гипс],

• гидролиза (сложный процесс, особенно затрагивающий ми­нералы из группы силикатов): K[AlSi₃0₈] [ортоклаз] + пС0₂ + + mH₂0 -> Al₄(OH)₈[Si₄O₁₀] [каолинит] + Si0₂* nH₂0 [опал] + К₂С0₃ [поташ] -> составная часть боксита А1₂0₃ • пН₂0 + растворимые соли карбонатов; при выветривании железо-магнезиальных силикатов образуется еще и лимонит — Fe₂0₃ • nH₂0.

Как видно из вышесказанного, в результате химического вы­ветривания минералы, образовавшиеся внутри Земли в условиях недостатка воды и кислорода (сульфиды, оксиды, силикаты), попа­дая в область гипергенеза, превращаются в сульфаты, карбонаты, гидрооксиды, т.е. в минералы, устойчивые в этих новых условиях.

Химическое выветривание наблюдается повсеместно. Однако наиболее интенсивно оно протекает в областях с влажным кли­матом и хорошо развитым растительным покровом. Интенсив­ность процесса резко возрастает с повышением температуры, так как при этом усиливается диссоциация воды на ионы Н⁺ и ОН". Поэтому химическое выветривание достигает максимальной ин­тенсивности в зоне влажных тропических лесов, где кроме высо­кой температуры этому процессу способствуют еще органические кислоты, образующиеся при разложении богатого растительного опада.

Химическое выветривание резко замедляется в полярных об­ластях, где среднегодовая температура ниже 0°С. Оно ослаблено в аридных тропических и субтропических областях из-за малого количества осадков.

Выветривание (физическое и химическое) ведет к образованию своеобразного генетического типа отложений — элювия (от лат. eluo — вымываю). Формируется элювий на горизонтальных по­верхностях или на пологих склонах, где слабо протекают процессы денудации.

Коры выветривания. Сохранившуюся от древних эпох совокуп­ность остаточных (несмещенных) продуктов выветривания (элювия) называют корой выветривания. Существует несколько классифика­ций кор выветривания. Большинство авторов выделяют следующие типы кор: 1) обломочная, состоящая из химически неизмененных или слабо измененных обломков исходной породы; 2) гидрослюди­стая кора, характеризующаяся слабыми химическими изменения­ми коренной породы, но уже содержащая глинистые минералы — гидрослюды, образующиеся за счет изменения полевых шпатов и слюд; 3) монтмориллонитовая кора, отличающаяся глубокими хими­ческими изменениями первичных минералов; главный глинистый минерал в ней монтмориллонит; 4) каолинитовая кора; 5) красно­земная, 6) латеритная. Последние два типа коры представляют собой результат длительного и интенсивного выветривания с пол­ным изменением первичного состава исходных пород.

Каждый из выделенных типов кор выветривания формируется в определенной природной обстановке, т.е. имеет зональный ха­рактер. Обломочные коры преобладают в полярных и высокогор­ных областях, а также в каменистых пустынях низких широт. Гидрослюдистые коры характерны для холодных и умеренных об­ластей с вечной мерзлотой. Монтмориллонитовая кора образуется в степных и полупустынных областях, каолинитовая и краснозем­ная наиболее характерны для субтропиков и, наконец, латеритная кора формируется при наиболее активном химическом выветри­вании в условиях жаркого и влажного экваториального климата. Это "свойство" кор выветривания широко используется при па­леогеографических реконструкциях. Характер кор выветривания зависит также от состава горных пород, на которых они образу­ются, от возраста кор выветривания и стадии их развития.

Выветривание само по себе не образует каких-либо специфи­ческих форм рельефа, но в результате взаимодействия с другими экзогенными процессами возникают своеобразные формы релье­фа, зависящие как от характера процессов выветривания, так и от состава и свойств горных пород, подвергающихся выветриванию. Например, базальты при выветривании приобретают столбчатую отдельность, граниты — плитообразную, диабазы — шаровую и т.д. (рис. 42). Неоднородность пород и различная их устойчивость по отношению к различным видам выветривания ведет к образованию разнообразных, порой весьма причудливых, форм рельефа (рис. 43).

Однако главная роль выветривания заключается в том, что, бу­дучи самым постоянным и мощным фактором дезинтеграции и хи­мического изменения горных пород, оно готовит материал, который становится доступным для перемещения другими экзогенными аген­тами. Продукты разрушения перемещаются на более низкие гип­сометрические уровни под влиянием различных геоморфологи­ческих агентов. Именно в этом аспекте роль выветривания как фактора рельефообразования огромна.

В некоторых случаях в процессе выветривания происходит не разрыхление, а цементация рыхлых пород. Так, в условиях жар­кого и сухого климата наблюдается цементация рыхлых поверх­ностных образований углекислой известью или гипсом. В об­ластях с несколько большим количеством осадков преобладает известковый цемент, с увеличением аридности климата углекис­лая известь заменяется гипсом. Мощность известково-гипсовых кор достигает 2 м.

Еще более мощные коры образуются в условиях тропического климата с четко выраженными сухим и влажным сезонами года. Здесь коры образуются за счет цементации оксидами железа, реже — алюминия. Подобные коры выполняют роль бронирую­щего пласта (кирасы), предохраняющего нижележащие рыхлые образования от эрозии и дефляции. В некоторых случаях наличие мощных железистых кор способствует образованию плосковер­шинных (столовых) возвышенностей или инверсионных форм рельефа (рис. 44).

Неперемещенные, остаточные коры выветривания могут "фик­сировать" ранее сформированные выровненные денудационные поверхности. Изучение этих кор позволяет восстанавливать палео­географическую обстановку их формирования, определять время "фиксации" денудационного рельефа, широко использовать гео-

морфологические методы для поиска ряда ценных полезных ис­копаемых (бокситов, железных, никелевых и кобальтовых руд, россыпей цветных металлов и др.), связанных с корами выветри­вания.