6.Химическое выветривание. Окисление, гидратация, гидролиз.

Химическое выветривание — это процессы химического изменения и разрушения горных пород и составляющих их минералов с образованием новых минералов и соединений. Наиболее энергично химическому выветриванию подвергаются магматические породы, сформировавшиеся в условиях высоких температур и давления при недостатке газообразного кислорода и воды. На земной поверхности эти породы попадают в совершенно иные условия: низкие температуры и давление, большие количества кислорода и воды в жидкой форме, что делает породы химически неустойчивыми. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода служит энергичным растворителем горных пород и минералов. Разложение минералов водой усиливается с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом; последний придает воде кислую реакцию, что увеличивает разрушающее действие на минералы. На ход химического разложения минералов влияет также температура. Повышение температуры на каждые 10° ускоряет течение химических реакций в 2—2,5 раза. Этим следует объяснить интенсивное

химическое выветривание в экваториальных областях и замедленное в полярных.

Большую роль в процессах химического выветривания играет кислород, который, проникая в горные породы на значительную глубину, обусловливает процессы окисления. При химическом выветривании различают

ряд процессов, среди которых наиболее важными являются растворение, гидролиз, гидратация и окисление.

Процессы растворения горных пород водой и особенно водой, содержащей

С02 и другие соединения, широко распространены в природе. Так, растворимость кальцита при 25° составляет 0,0145 г в 1 л воды, а при содержании в воде С02 растворимость его резко повышается

вследствие перехода СаС03 в более растворимую форму — бикарбонат: СаСОз + С02 + Н20 =J* Ca (НС03)2.

Повышается растворимость минералов в воде, содержащей соли, особенно хлористые.

Основной химической реакцией при взаимодействии воды с минералами магматических пород является гидролиз. Реакция гидролиза приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных металлов

кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул воды. Схематически эту реакцию для ортоклаза можно выразить так: K2Al2Si6016+2H20->H2Al2Si6016-f2KOH.

Образующийся КОН обусловливает щелочную реакцию раствора, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решетки с отщеплением части кремнезема и образованием каолинита. Например, H2Al2Si6016 + nH20-^H2Al2Si208H20 + 4Si02nH20.

КОН при наличии С02 переходит в форму карбоната: 2К0Н + С02 = КгСОз + Н20.

При присутствии большого количества воды и С02 в сочетании с высокой температурой, что наблюдается в условиях тропического и субтропического климатов, возможен дальнейший гидролиз каолинита с образованием свободных гидратов окиси алюминия и кремнезема:

H2Al2Si2OsH20->Al203nH20 -f- Si02nH20.

В результате гидролиза силикатов получаются новые продукты, химически более стойкие в термодинамических условиях поверхностного выветривания. С деятельностью воды связана также г и д р а т а ц и я , то есть химический процесс присоединения частиц воды к частицам минералов.

Например, 2Fe203+3H20=2Fe2033H20.гематит лимонит

Гидратация наблюдается и в более сложных по составу минералах— силикатах и алюмосиликатах. Она приводит к разрыхлению поверхности минералов, что обеспечивает в дальнейшем их взаимодействие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами выветривания. Окисление — реакция, широко распространенная в зоне выветривания. Окислению подвергаются многочисленные минералы — содержащие закисное железо или другие способные к окислению элементы. Характерным примером окислительных реакций при выветривании может служить взаимодействие сульфидов с молекулярным кислородом в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов:

2FeS2 + 702 + 2Н20 = 2FeS04 + 2H2S04,

12FeS04 + 6Н20 + 302 = 4Fe2(S04)3-f 4Fe(OH)a,

2Fe2(S04)3 + 9H20 = 2Fe203 • 3H20 + 6H2S04.

В процессе окисления изменяется первоначальная окраска горных пород, появляются желтые, бурые, красные тона. Сильно окисленные породы обычно приобретают землистое пористое строение (например,

красноцветная кора выветривания), В результате химического выветривания происходит изменение физического состояния и разрушение кристаллической решетки минералов. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает такие свойства, как связность, влагоемкость, поглотительная способность и др.