Биологическое выветривание

Разрушение пород и минералов в значительной мере контролируется:

1. растениями,

2. бактериями и

3. животными.

Растения воздействуют на породы различными путями:

1. Давление растущими корнями.

2. Накопление микроэлементов растениями и их перевод и поверхностный слой почвы; в результате верхний слой продуктов выветривания обогащается органическим веществом, претерпевает биохимические преобразования и превращается в почву. Растения поглощают некоторые микроэлементы и после отмирания возвращают их в поверхностный слой почвы; таким образом, совершается определенный цикл в перемещении этих элементов. Биологическое извлечение минеральных компонентов, вероятно, представляет собой промышленность будущего; однако еще не вполне известны детали этих процессов и их количественные характеристики.

3. Кислород возник на Земле благодаря растениям путем фотосинтеза (при наличии света и хлорофилла):

6 СО₂ + 6 Н₂О = С₆Н₁₂О₆ +6О₂ + 674 ккал

С₆Н₁₂О₆ - углевод (глюкоза) – основной продукт фотосинтеза, а кислород – побочный. Углеводы =

С_m(Н₂О)_n

углерод вода

идут на строительство тела растения.

4. Сохранение влаги и посредством этого воздействие на выветривание. Эти процессы частично обусловлены влагоудерживающей способностью корневых систем и гумуса и частично затененностью под покровом растений. В затененных участках испарение может уменьшиться.

5. Влияние на температуру грунта путем затенения поверхности; путем тепла, образуемого в процессе ферментации; путем перемещения материала к поверхности или на глубину, т.е. в участки с разной температурой.

6. Влияние на рН поверхностей. Эти воздействия обусловлены, в основном, дыханием растений, а также непосредственными химическими реакциями, реакциями обмена при поглощении растениями растворенных веществ. Растения поглощают СО₂ в дневное время и не поглощают его ночью, обуславливая тем самым суточные колебания рН.

Бактерии вызывают и химические и механические разрушения, но воздействие, в основном, химическое.

1. На выветрелой поверхности пород находится до 1 млн. бактерий в расчете на 1 г породы, а также сотни тысяч грибов и водорослей. Почвенные водоросли – это нитевидные или одноклеточные растения с хлорофиллом. Они появляются одними из первых на обнаженной поверхности, используют в своей жизнедеятельности СО₂ , N₂ и малые количества питательных веществ из минералов. Р.Дорн и Т. Оберлендер установили с помощью сканирующего электронного микроскопа, что пленки пустынного загара, состоящие из оксидов марганца, имеют по существу микробиологическое происхождение. Лишайники – это симбиозы водорослей и грибов, причем первые поставляют углеводы, синтезируемые в процессе фотосинтеза. Они могут расти на обнаженной поверхности пород, удерживая пленку воды и извлекая питательные вещества из минералов за счет ионного обмена:

M[AlSiO] + H⁺  M⁺ + H[AlSiO]

алюмосиликат водород катион глинистый

металла минерал

3. Восстановление минералов. В процессе своей жизнедеятельности бактерии потребляют кислород, в случае нехватки или отсутствия кислорода они забирают кислород из минералов, восстанавливая их по схеме:

Fe₂O₃  FeO

4. Почвенные бактерии разделяются на:

• гетеротрофные, которые получают энергию из органических источников и

• автотрофные (или автотропные) двух видов – = = =фотосинтезирующие, которые получают энергию от солнечных лучей и

= хемотрофные, которые получают энергию за счет окисления (в процессе своего метаболизма окисляют минеральные компоненты, такие как S, Fe, Mn, P; хемотрофные бактерии одни из самых важных в процессе выветривания; они проявляют наибольшую деятельность в восстановительных условиях, для которых характерно образование сульфидов).

Животные, их воздействие оказывается в следующем:

1. Простое дробление частиц, как при употреблении в пищу животными или сверлении, или в результате давления, вызываемого крупными животными ( крабы могут расширять трещины, некоторые рыбы поедают кораллы и живущий риф разбивается на куски).

2. Перенос или перемешивание осадков, в основном, животными, перемещающими минералы в участки с иными условиями выветривания (многие животные заглатывают и перерабатывают мелкозернистые осадки).

3. Простое химическое воздействие (обогащение раствора СО2 , образующего при дыхании; экскрименты птиц служат источником органического вещества и играют определенную роль при зарождении процессов почвообразования и выветривания; гуано летучих мышей растворяют известняки в пещерах).

4. Комплексное химическое воздействие, например, образование хелатов и органо-минеральных комплексов. Хелатизация (или комплексообразование) – это образование вокруг какого-либо комплексирующего иона, обычно металла кольцевой постройки органического вещества. Растения используют хелатирующие агенты для извлечения ионов (питательных веществ) из минералов, тем самым разрушая их. Гумус богат хелатирующими агентами, которые способствуют подготовке ионов для поглощения их живыми растениями.

5. Коме того крупные животные, во-первых, уплотняют почву, во-вторых, разрушают или сокращают растительный покров, что приводит к увеличению поверхностного стока и эрозии почвы. Эрозия повышает интенсивность удаления выветрелых продуктов.

Подводное выветривание (гальмиролиз)

(от греч. гальмирос – соленый, лизисис – растворяет)

Так называют совокупность процессов механического, химического и органического преобразования и новообразования горных пород и минералов на поверхности дна водоемов. Сведения о механическом разрушении горных пород при подводном выветривании пока недостаточны. Встречающиеся на дне океана угловатые обломки массивных пород обычно представляют собой продукты тектонического дробления и подводной денудации, хотя местами грубообломочный материал залегает на поверхности подводных обнажений в виде своеобразного “элювия” (?), например, в рифтовых ущельях Индийского океана.

О химическом и биологическом выветривании известно больше. При гальмиролизе происходит, например, преобразование вулканических продуктов с образованием таких минералов, как цеолиты, монтмориллонит, гетит. Так, все крупные месторождения ценных бентонитовых глин, состоящих из монтмориллонита, образованы путем подводного разложения вулканических пеплов и туфов. Гальмиролиз происходит под:

• воздействием кислорода, находящегося в воздухе, растворенного в воде,

• органической жизни, в частности, бактериальной,

• высокого давления на дне морей и океанов, способствующее растворению минералов и их замещению новыми минералами,

• и, конечно, самой морской воды.

Под воздействием морской воды магнетит переходит в гетит:

Fe3O4  Fe (OH)3,

А гиббсит в каолинит:

Al (OH) ₃  Al₄ (OH) ₈ [Si₄O₁₀]

На глубинах, превышающих 4,5 км, в океанах происходит массовое растворение извести и широко проявляется окисление – образование красных глин (глубоко окисленных безкарбонатных глинистых, цеолито-глинистых и цеолитовых осадков с содержанием железа более 5% и марганца в среднем более 0,5%, к которым приурочены наиболее крупные скопления железо-марганцевых конкреций).

Биохимическое разрушение горных пород производят некоторые камнеточцы, сине-зеленые водоросли выделяют углекислоту и разрушают известняки. Подводному выветриванию подвергаются и массивные изверженные породы; так, в Новобританском и Марианском желобах Тихого океана с глубин 7300-8130 м от шаровых лав были оторваны обломки базальта, выветрелые с поверхности (замещение стекла хлоритом, ожелезнение). Правда, часть геологов считает этот процесс не выветриванием, а диагенезом.