Остаточные коры выветривания и коррелятивные им типы аккумулятивных отложений

В теплых и влажных областях Земли при слаборасчлененном рельефе химическое выветривание опережает физическое разруше­ние пород и снос рыхлого материала; в этих условиях поверхность горных пород одевается мощной глинистой корой выветривания.

Так, если во влажных субтропиках Аджарии проехать или еще лучше пройти пешком по шоссе от Чаквы до Зеленого мыса и далее до Батуми, то в местах, где дорога проходит в глубоких выемках, высокие 10—20 м вертикальные стенки имеют красный, оранжевый и охристый цвета. Если смотреть издали, кажется, что это массив­ные пестроокрашенные горные породы. Хорошо видна свойствен­ная массивным породам текстура (общее строение), отчетливо выс­тупают диаклазы — плоскости скольжения относительно друг друга блоков массивной породы при тектонических движениях. Но если подойти поближе, можно легко убедиться, что это не каменный, а глинистый материал. Хотя он и сохранил структуру исходной поро­ды, но, как масло, режется ножом или лопатой. Лишь в наиболее глубоких выемках и в береговых обрывах рек видно, как эта красно- цветная глина постепенно сменяется сначала сильно измененными, а затем плотными и свежими диабазовыми порфиритами — вулка­ническими породами, имеющими здесь широкое распространение. Время образования подобной мощной глинистой коры выветрива­ния очень велико и составляет сотни тысяч и миллионы лет, в тече­ние которых вода и растворенные в ней углекислота, кислород и органические кислоты — продукты жизни и разложения организ­мов — коренным образом изменяют минералогический, химичес­кий состав и физические свойства исходной породы.

Из коры выветривания в процессе распада первичных минералов и образования вторичных вымываются легкорастворимые продук­ты выветривания; в первую очередь выносятся различные простые соли — хлориды, сульфаты и карбонаты натрия, затем сульфаты и карбонаты кальция и магния, вслед за ними выносится и некоторая часть кремнезема. На месте остаются малоподвижные оксиды желе­за (кроваво-красный гематит, охристый лимонит и др.), оксиды алю­миния и в их числе наиболее широко известный боксит, а также часть кремнезема, связанного с алюминием во вторичный очень ус­тойчивый глинистый минерал — каолинит.

Коры выветривания, обогащенные оксидами железа и алюминия, называются ферраллитными, менее обогащенные алюминием — ферсиаллитными. Если рельеф расчленен слабо, а осадков выпадает много, просачивающиеся сверху в выветрелую толщу воды време­нами застаиваются, аэрация ухудшается и в нижней переувлажнен­ной части коры выветривания создается восстановительный режим: окисное железо переходит в закисное, красный цвет исчезает, появ­ляется сизовато-голубой; этот процесс и его внешнее проявление называется оглеением. Соединения закисного железа в отличие от окисного хорошо растворимы и поэтому с общим потоком воды выносятся из оглеенного горизонта; на месте остается белый као­линит. Подобные отбеленные горизонты достигают большой мощ­ности и лишь у поверхности, где аэрация улучшается, сменяются пестроокрашенной, а затем кирпично-красной, хорошо окислен­ной зоной.

Поток грунтовых вод, обогащенных закисным железом, прибли­жается в депрессиях рельефа и речных долинах к поверхности и попадает в условия более хорошей аэрации; при наличии кислорода закисное железо снова переходит в окисное, теряет подвижность и выпадает в осадок. Вблизи поверхности в почвах и в рыхлых нано­сах образуются ожелезненные прослои, часто состоящие из слив­шихся друг с другом плотных округлых железистых конкреций. Мощность таких ожелезненных прослоев достигает 1 — 1,5 м. Эти образования получили название латеритов (от лат. later — кирпич). Если в результате эрозии (смыва) верхних горизонтов почв подоб­ные латеритные прослои оказываются на поверхности и просыха­ют, то они превращаются в массивный непробиваемый железистый панцирь, предохраняющий поверхность от дальнейшего размыва. Поэтому часто латеритные панцири, бронирующие рельеф, оказы­ваются не в депрессиях (где они первоначально образовались), а на плоских вершинах останцов, уцелевших от размывающей деятель­ности вод. Латеритные панцири, так же как и ферраллитные коры выветривания с отбеленными каолинитовыми горизонтами, широ­ко распространены на древних пенепленизированных равнинах тро­пической Африки, Австралии, Юго-Восточной Азии и Южной Аме­рики.

Древние ферраллитные и ферсиаллитные коры можно встре­тить не только во влажных тропиках и субтропиках на древних элементах рельефа. Так, мощные древние коры выветривания рас­пространены вдоль всего восточного подножия Урала, на равни­нах Центрального Казахстана, в Забайкалье, на Дальнем Востоке и в других местах, где сохранились древние денудационные равни­ны, не покрывавшиеся в последние геологические эпохи морем и потому сохранившие на своей поверхности эти реликты влажного и жаркого климата, господствовавшего здесь в далекие геологи­ческие времена — около 180 млн лет назад, в конце триасового и начале юрского периодов.

Древние коры выветривания изучаются геологами и географа­ми, так как с ними связан ряд полезных ископаемых и главным образом месторождения бокситов — ценного сырья для алюминие­вой промышленности. Отбеленные древние коры выветривания, обогащенные каолинитом, служат сырьем для фарфоровой промыш­ленности; местами в Африке латеритные панцири разрабатываются как железные руды.

Наряду с корами выветривания, имеющими широкое плошад- ное распространение, встречаются так называемые линейные коры выветривания. Они тянутся вдоль тектонических разломов — нару­шений земной коры, по которым из глубин земли поднимаются горячие растворы, часто обогащенные тяжелыми металлами: медью, свинцом, никелем, кобальтом, цинком, железом и многими други­ми. При понижении температуры и давления сульфиды тяжелых металлов осаждаются — образуются гидротермальные месторожде­ния. Породы вдоль разломов не только раздроблены при тектони­ческих сдвигах, под воздействием термальных вод они изменены: первичные минералы, например полевые шпаты, замещаются вто­ричными — серицитом, гидрослюдами. Все это облегчает и ускоря­ет их дальнейшее выветривание и образование линейной коры.

Кроме того, если в пределах данного разлома имеются суль­фидные месторождения и они вследствие тектоники или эрозии оказываются в зоне, куда проникают кислород и атмосферная вла­га, начинается процесс окисления, сопровождающийся образова­нием серной кислоты. Особенно много ее образуется при окисле­нии пирита — сульфида железа.

Серная кислота — очень сильный реагент и производит исклю­чительное разрушающее действие на окружающие породы: идет сер­нокислое выветривание. Многие рудные металлы — железо, цинк, медь, кадмий и другие — хорошо растворяются в серной кислоте и вместе с потоком кислых вод «рассеиваются» в зоне окисления суль­фидных месторождений. Вокруг месторождения, находящегося час­то глубоко от поверхности (на 50—100 м и более), создается ореол рассеяния рудных металлов; в пределах ореола кора выветривания, почвы, воды и растения обогащены рудными элементами по срав­нению с обычным «фоновым» содержанием.

Геохимические поиски полезных ископаемых, широко приме­няющиеся в нашей стране и во всем мире, основаны на выявлении подобных геохимических аномалий.

Разработка методики геохимических поисков применительно к различным географическим и геологическим условиям и сами по­исковые работы проводятся при активном участии географов — спе­циалистов в области геохимии ландшафта.

Геохимия ландшафта — это отрасль географии, изучающая ис­торию и закономерности рассеяния и концентрации химических элементов в ландшафтах, различных географических зонах (в тунд­ре, тайге, степях, пустынях) и геоморфологических областях: моло­дые горы, древние горные сооружения, денудационные и аккумуля­тивные равнины.

При геохимических поисках на древних денудационных равни­нах с сохранившимися древними площадными и линейными корами выветривания особое значение приобретает анализ геохимической истории ландшафта — основы для выбора наиболее эффективных и экономически выгодных в данных условиях конкретных методов опоискования.

Ранее были рассмотрены особенности кор выветривания, обра­зующихся на древних элементах рельефа во влажных субтропиках и тропиках, а также в исключительной обстановке вблизи сульфид­ных месторождений.

Коры выветривания образуются и в других климатических об- становках, но их состав и мощность существенно иные.

Крупнейший российский ученый, основатель геохимии ландшаф­та академик Б.Б. Полынов теоретически обосновал и показал на ряде географических примеров стадийный характер развития коры выветривания, связанный с неравномерностью вымывания из нее растворимых продуктов выветривания. Он выделил четыре фазы раз­вития коры выветривания: обломочную, обызвесткованную, кислую сиаллитную и аллитную.

В обломочной коре выветривания еще сохраняются все химичес­кие элементы, присутствующие в исходной горной породе, вторич­ных минералов практически нет.

Из обызвесткованной коры выветривания вынесены освобождаю­щиеся при выветривании хлориды и сульфаты, но сохраняются кар­бонаты кальция. Для этого типа коры выветривания, широко рас­пространенного в степях и пустынях, уже характерно образование ряда глинистых минералов, гидрослюд, иллита, а главное — присут­ствие кальцита-карбоната кальция, скопления которого в виде белых мучнистых конкреций, прожилок, корочек на поверхности щебня — характерный признак обызвесткованной коры выветривания. Обыз- весткованные коры широко распространены в степях Забайкалья, в степях и пустынях Казахстана и Средней Азии, в Армении и многих других местах.

Кислая сиаллитная кора выветривания в отличие от обызвестко­ванной распространена во влажном климате умеренных широт и на молодых элементах рельефа во влажных субтропиках и тропи­ках, преимущественно в лесной зоне. Сиаллитная остаточная кора оглинена, обогащена гидроксидами железа, но содержит еще мно­го первичных минералов. Глинистые минералы представлены гид­рослюдами, смектитом, хлоритом. Все легкорастворимые соли и карбонаты кальция из нее вымыты, поэтому она обеднена по срав­нению с исходными породами не только хлором и натрием, но и кальцием.

Аллитная кора выветривания представляет наиболее зрелую ста­дию, в ней не сохранилось первичных минералов, они замещены каолинитом и гидроксидами железа и алюминия. До такой стадии выветривания породы доходят только во влажном климате субтро­пических и тропических поясов, где в тектонически спокойных об­ластях процессы выветривания обгоняют денудацию.

Однако процессы размыва, сноса и переотложения рыхлых про­дуктов выветривания действуют повсеместно, хотя и с различной скоростью. Верхние горизонты коры выветривания и сформиро­вавшихся на ней почв смываются, а в понижениях рельефа накапли­ваются различные континентальные отложения (делювий, аллювий и др.). В этих отложениях накапливается часть растворенных и вы­несенных из коры выветривания химических соединений.

Вещества, которые вымываются из коры выветривания данного типа, накапливаются в рыхлых отложениях. Поэтому между элюви­альными образованиями — корой выветривания — и аккумулятив­ными образованиями (рыхлыми отложениями) существует геохи­мическое сопряжение (рис. 6.4). Например, из обызвесткованной коры выносятся только хлориды и сульфаты, именно эти соли на­капливаются в наносах и почвах соседних депрессий рельефа и зам­кнутых водоемов.

Если из коры выветривания вымываются и хлориды, и карбона­ты, и кремнезем, то в процессе миграции и испарения растворов они разделяются: наименее растворимый кремнезем осаждается в первую очередь, затем следует карбонат кальция, а хлориды натрия, магния и кальция достигают бессточных впадин или выносятся ре­ками в моря и океаны.

Вынос больших количеств кремнезема и оснований из феррал- литных кор выветривания сопровождается образованием на акку­мулятивных равнинах монтмориллонитовых глин; синтез монтмо­риллонита идет из растворов, обогащенных SiO₂, кальцием и маг­нием. Особенно типичны подобные аккумуляции для жарких ^ПеРеменно-влажных областей, тропических редколесий и саванн.

Рис. 6.4. Типы сочетаний (а—в) остаточных и аккумулятивных кор выветривания (по Б.Б. Полынову): 1 — обызвесткованный ортоэлювий; 2 — сиаллитный ортоэлювий; 3 — аллитный ортоэлювий; 4 — хлоридно-сульфатный нанос; 5 — карбонатный нанос; 6 — сиаллитный нанос; 7 — первичная коренная порода

Изучение геохимических сопряжений, остаточных кор выветри­вания и коррелятивных им рыхлых отложений имеет большое прак­тическое значение, в частности при мелиоративном проектировании и прогнозе геохимического солевого баланса крупных территорий. Большое значение имеет изучение закономерностей распростране­ния и состава остаточных кор выветривания и коррелятивных им рыхлых отложений для почвоведения, так как именно эти образова­ния являются наиболее широко распространенными почвообразу- ющими породами.

Почвы, образовавшиеся на коре выветривания того или иного типа, в той или иной мере наследуют их минеральный состав. Од­нако в процессе почвообразования многие минералы почвообразу- ющих пород подвергаются дальнейшим изменениям. В почвах, об­ладающих по сравнению с корой выветривания более высоким энер­гетическим потенциалом, и процессы разрушения минералов, и процессы вторичного синтеза идут с большой скоростью; эти про­цессы объединяются понятием внутрипочвенного выветривания.