Частина і

ОСНОВИ ТЕОРІЇ УТВОРЕННЯ І ГЕОГРАФІЇ ГРУНТІВ

Розділ 1

ГРУНТОУТВОРЮЮЧі ПОРОДИ І МІНЕРАЛЬНА ЧАСТИНА ГРУНТУ

1.1. Вивітрювання гірських порід

Вивітрювання (гіпергенез) — процес руйнування гірських порід і мінералів під впливом деяких природних факторів (повітря, води, коливання температури, живих організмів). При цьому утворюються інші породи і синтезуються нові мінерали. Вивітрювання — це сукупність складних і різноманітних процесів, кількісних і якісних змін гірських порід. Горизонти гірських порід, де відбувається процес вивітрювання, називають корою вивітрю- вання. Потужність її буває від кількох сантиметрів до 2—10 м.

Вивітрювання — єдиний процес, але для зручності його розу- міння виділяють три його форми: фізичну, хімічну, біологічну.

Фізичне вивітрювання — механічне подрібнення гірських порід і мінералів без зміни їх хімічного складу. Ця форма вивітрюван- ня відбувається під впливом таких фізико-механічних факторів: зменшення тиску після виходу породи на поверхню; бічний тиск на уламок породи, зумовлений адсорбованою водою, льодом, ко- рінням рослин і кристалами солей; коливання температури і різ- ниця коефіцієнтів лінійного розширення мінералів, які входять до складу даної породи; руйнівна діяльність водних потоків, льо- довиків, що рухаються, зсувів, вітру.

Внаслідок фізичного вивітрювання гірська порода набуває но- вих властивостей. Вона пропускає крізь себе повітря, воду і здат- на затримувати певну їх кількість. Значно збільшується загальна поверхня уламків одиниці об’єму даної породи, що сприяє інтен- сифікації хімічних процесів. Хімічний склад породи не змінюється.

Хімічне вивітрювання — процес хімічного руйнування гірських порід і мінералів, який супроводжується утворенням нових мінера- лів. Найважливішими факторами цього процесу є: розчинення у воді мінеральних сполук, їх гідроліз; окислення — відновлення; карбонатизація; коагуляція тощо.

Вода — універсальний розчинник на планеті. Розчинення міне- ралів водою прискорюється з підвищенням температури і насичен- ням її вуглекислим газом, який підкислює середовище. За таких умов хімічне вивітрювання відбувається значно швидше. Цим

пояснюється наявність різноманітних кір вивітрювання в різних широтах земної кулі. Руйнування гірських порід в субтропічному і тропічному поясах йде в кілька разів швидше, ніж в помірному і полярному.

У нроцесах хімічного вивітрювання велике значення має гід- роліз — хімічна реакція води з мінералами. Наприклад, гідроліз ортоклазу відбувається за такою схемою:

KАlSі₃О₈ + Н₂О HАlSi₃O₈ + KОН.

Отже, водень заміщує калій, а останній з іоном ОН^– утворює луг, який, в свою чергу, посилює руйнування мінералу.

Гідратація, як правило, відбувається при вивітрюванні осадо- вих порід, які містять ангідрид. У процесі гідратації ангідридів об’єм породи збільшується на 50—60%, а їх розчинність значно зростає. CaS0₄ + 2H₂0 CaS0₄ – 2H₂0.

Постійна наявність в розчинах вугільної кислоти зумовлює карбонатизацію — утворення карбонатів. Схему карбонатизації можна показати на таких прикладах:

Na₂SiO₃ + H₂CО₃ = Na₂CO₃ + H₂O + SiO₂; 2NaOH + H₂CO₃ = Na₂CO₃ + 2H₂O.

Навіть неповний перелік хімічних реакцій на поверхні улам- ків гірських порід і мінералів показує, що в результаті хімічного вивітрювання змінюється хімічний склад мінералів і руйнується їх кристалічна решітка.

Порода збагачується вторинними мінералами і набуває таких властивостей, як в’язкість, пластичність, вологоємкість, вбирна здатність та інші.

Біологічне вивітрювання — механічне руйнування і зміна хі- мічного складу гірських порід під впливом живих організмів та продуктів їх життєдіяльності. Ця форма вивітрювання відбуваєть- ся під впливом таких факторів: засвоєння рослинами і мікроорга- нізмами елементів мінерального живлення; хімічних сполук, що утворилися при житті і після смерті організмів (кислоти, гумус, мінеральні солі тощо); реакцій окислення і відновлення з участю мікроорганізмів.

Процеси біологічного вивітрювання здійснюють представники багатьох груп живих організмів у всій товщі кори вивітрювання. В природі практично немає чисто абіотичних (безжиттєвих) проце- сів механічного і хімічного вивітрювання.

Одним з процесів біологічного руйнування є процес засвоєння кореневими волосками мінеральних елементів, які входять до кристалічної решітки мінералів. Водень, який рослини виділяють

Рис. 4. Схема засвоєння елементів живлення коренями рос- лин (за В. Д. Келлі і А. Ф. Фредеріксоном, 1952): 1 — іони водню; 2 — іони металів.

у навколишнє середовище, входить до кристалічної решітки міне- ралу і руйнує її (рис. 4).

Крім того, корені рослин і мікроорганізми виділяють у навко- лишнє середовище вуглекислий газ і різноманітні кислоти (щавле- ву, оцтову, яблучну та інші), які руйнують мінерали.

Грунти і гірські породи населяють певні групи мікроорганізмів, які утворюють мінеральні кислоти: бактерії нітрифікатори — азотну кислоту, сіркобактерії — сірчану. Як і органічні, ці кислоти розчиняють мінерали і посилюють вивітрювання.

Тварини механічно подрібнюють гірські породи і своїми виді- леннями хімічно руйнують їх.

Характер руйнування гірських порід і, як правило, склад про- дуктів вивітрювання залежать від умов навколишнього середо- вища та від мінералогічного складу самої породи. Геохімічними дослідженнями доведено, що при вивітрюванні кислих порід фор- муються піски і супіски, середніх — суглинки і основних — важкі суглинки і глини. Всі названі пухкі відклади мають певні фізичні і фізико-механічні властивості, які дають змогу для перебігу про- цесів грунтоутворення. Цим вони відрізняються від невивітрених скельних порід.

Отже, основними грунтоутворюючими породами є продукти ви- вітрювання гірських порід.