Органічне вивітрювання

Органічне вивітрювання пов’язане з життєдіяльністю рослин і мікроорганізмів. Вперше роль організмів у геологічних процесах в усій її повноті була висвітлена в праці академіка В. І. Вернадського “Біосфера” ще в 1926 році. Подальший розвиток ідей про геологічну роль організмів можна знайти в працях академіка Б.Б.Полинова і його численних послідовників. При житті рослин відбувається складний процес руйнування гірських порід завдяки відбиранню рослинністю необхідних поживних речовин: К, Са, Sі, Мg, Na, Р, S, Аl, Fe та інших. Разом з тим в процесі життєдіяльності рослин відбувається виділення кислот і кисню, які в свою чергу активно впливають на зміну в гірських породах. При відмиранні рослин відбувається розкладання органічної маси і утворення значної кількості органічних (так званих гумінових) кислот і СО₂, які значно посилюють процеси розчинення і гідролізу мінералів. Але основна роль в цьому виді вивітрювання належить мікроорганізмам, які є всюди і діють дуже активно. Їх діяльність полягає у поглинанні із порід хімічних елементів і сполук та залишанні їх уже в інших сполуках, але в концентрованому стані після свого відмирання. Тобто, при життєдіяльності мікроорганізмів відбувається перехід мінеральних речовин в органічні, а потім навпаки – органічних у мінеральні, зумовлюючи безперервний кругообіг речовин. Саме цей процес є сутністю грунтоутворення, бо верхній шар продуктів вивітрювання збагачується органічною речовиною, зазнає змін під впливом біохімічних процесів і перетворюється у грунтовий покрив.

Кора вивітрювання і корисні копалини в ній

Утворення кори вивітрювання починається з утворення елювію (від лат. eluvio – змивання, вимивання) – порід, які зазнали процесів фізичного, хімічного і біологічного вивітрювання, і які знаходяться на місці свого утворення. Звичайно, у верхній частині розрізу вони подрібнені і змінені хімічно більше, ніж у нижній. Якщо елювій почав формуватись на міцних (скелястих) породах – то вниз розрізу спостерігається поява все більших уламків порід, які поступово переходять у тріщинуваті породи. Та частина елювію, яка зазнала біологічного вивітрювання і збагачена залишками органіки, тобто гумусом, (від лат. humus – грунт) перетворюється у грунтовий покрив. В елювії не спостерігається шаруватості, а межу нерідко важко знайти внаслідок поступового переходу його до корінних порід.

Проходять ще сотні тисяч і мільйони років і процес хімічного вивітрювання під впливом води проникає на значну глибину, формуючи уже значне геологічне тіло – кору вивітрювання. Згідно геологічного словника – це комплекс гірських порід, які виникли у верхній частині літосфери в результаті перетворення в континентальних умовах магматичних і осадочних порід під впливом факторів вивітрювання. Кора формується в зоні просочування поверхневих вод, охоплюючи зону аерації (глибину від поверхні до дзеркала підземних вод) і насичення підземними водами, яке може сягати великих глибин по зонах дроблення чи по контактах між гірськими породами різного складу.

Виділяють первинну і вторинну кори вивітрювання. В первинній (автоморфній) корі зберігаються всі особливості елювіальних утворень. У вторинній (гідроморфній) – зосереджені ті елементи, які були винесені грунтовими водами у вигляді розчинів з первинної кори. Вони осідають у понижених місцях і з них формуються нові мінеральні комплекси, що утворюють товщу вторинної кори.

Крім того, існує поділ кір вивітрювання, які утворились, за перевагою фізичного руйнування гірських порід або хімічних і біологічних процесів.

Вивченням кір вивітрювання займається багато вчених і геологів-виробничників з різних континентів. Родоначальником вчення про кори вивітрювання був Б.Б.Полинов, який опублікував у 1934 році монографію “Кора вивітрювання”. Це вчення успішно розвивав П.І.Гінсбург, В.П.Петров, С.С.Смірнов, Л.Б.Рухін, П.Ф.Лі, Н.А.Шило, В.А.Ковда, В.В.Добровольський.

В результаті досліджень в польових умовах і узагальнення одержаних матеріалів вчені прийшли до висновку, що, виходячи з характеру і ступеня змін початкових порід, можна виділити ряд типів кір вивітрювання, які в свою чергу поділяються на окремі види (в залежності від мінерального складу кінцевих продуктів руйнування). Так Л.Б.Рухін (1961) виділив головні кліматичні типи кір, взявши за основу склад глинистих мінералів.

1. Уламкова, яка виникла в результаті фізичного вивітрювання – характерна для арктичних і високогірних областей.

2. Гідрослюдиста, що властива для холодних і помірних областей з відносно слабким хімічним вивітрюванням, в яких розкладання польових шпатів не йде масово далі, ніж до утворення гідрослюд.

3. Монтморілонітова, яка виникає в степових чи напівпустинних областях в умовах жаркого клімату при слабкому зволоженні.

4. Каолінітова, що утворюється у теплих і вологих районах при активному хімічному вивітрюванні, в результаті якого відбувається нагромадження значної кількості каолініту. Розвивається вона переважно на гранітах і має потужність 50-80 метрів (наприклад, на Глухівецькому родовищі каолінів у Вінницькій обл.).

5. Латеритна ( від лат. later – цегла), яка утворюється при найбільш енергійному хімічному вивітрюванні в умовах жаркого і вологого клімату. Цей тип кори характеризується нагромадженням вільних окислів алюмінію і заліза, що по І.І.Гінсбургу найчастіше відбувається під екваторіальними лісами з їх постійним зволоженням, або рідше в зоні мусонних лісів.

Л.В.Рухін допускає можливим виділення як самостійних червоноземельної (галлуазитової) і вохристої (нонтронітової) кір вивітрювання. Перша властива для областей засушливих субтропіків і тропіків (зокрема для саван), а друга – для жаркого і вологого клімату і характеризується інтенсивним нагромадженням гідроокислів заліза у верхньому горизонті. Нонтронітова добре вивчена, зокрема, на Уралі, де вона утворилась переважно на ультраосновних породах і складається з воскоподібної породи та вміщує гідроксиди нікелю. Потужність її в цьому районі досягає 45 метрів.

Утворення кір вивітрювання можливе тільки в умовах спокійного геотектонічного режиму, тобто при відсутності енергійних піднять і опускань. Інакше буде відбуватись знесення продуктів вивітрювання (при піднятті території) і кора не встигне сформуватись, або ж швидке захоронення продуктів руйнування порід при опусканні і кора теж не оформиться.

Вивчення умов утворення кір вивітрювання пішло настільки вперед, що можна розшифрувати кліматичні умови далеких геологічних епох під час їх утворення: середньорічні температури, індекс сухості, радіаційний баланс, сумарну кількість річних опадів та ін. Такі висновки опублікував у 1976 році відомий кліматолог М.І.Будико.

Щодо інших класифікацій кір вивітрювання, які опубліковані в численних наукових працях, то відзначимо, що вони грунтуються також на геохімічному, фаціальному і морфологічному принципах. Потреба в цьому виникла у зв’язку з вимогами практики пошуків корисних копалин. Так, наприклад, в сіалітному типі (від переваги Si і Al) І.І.Гінсбург (1963 р.) виділив підтипи: каолінітові, галлазитові, галуазитові, алофанові, монтморилонітові, бейделітові, нонтронітові, гідрослюдисті, гідрохлоритові, гідросилікат-магнезіальні, шамозитові. Серед латеритних кір виділяють алітну (гібситову і бемітову) і вохристу (гетит-гідрогетит-гематитову). Вони утворюються при вивітрювання ультраосновних, основних, менше кислих магматичних порід, а також на кристалічних сланцях, вапняках, аркозових пісковиках тощо.

За фаціальними умовами утворення виділяють кори на розчленованих пенепленах (від анг. peneplaine – майже рівнина) жарких вологих поясах (формуються боксити і залізні руди), на заболочених рівнинах (утворюються каоліни), на рівнинах в жаркому аридному кліматі (нагромаджується гіпс і кальцит) тощо.

При геологічній зйомці територій і пошукових роботах вважається доцільним поділяти кори вивітрювання на морфологічні типи.

1. Площинний тип – характерний для більшої частини кір вивітрювання, які покривають плащем материнські породи різного петрографічного складу і віку. Для неї характерна нормальна зональність розрізу. Потужність кори досягає 40-60м.

2. Лінійний тип кір – вивітрювання утворюється вздовж широких зон густої тріщинуватості, великих тектонічних розломів і контактів різних порід. У цього типу майже відсутня вертикальна зональність і велика потужність – в більшості випадків до 100 м і більше, а іноді і до 700-1500 м (як, наприклад, на Курській магнітній аномалії).

3. Карстовий тип кір формується вздовж контактів різних порід з карбонатами. На контактах утворюються лінійні форми кори, а в карстових западинах – елювіальні продукти.

4. Комбінований тип кір вивітрювання характеризується різким поєднанням площинного, лінійного і карстового типів кір: тріщинно-площинний, контактово-площинний, карстово-лінійний та інші.

Залежно від складу і різноманітності материнських порід кори можуть бути однорідними (простими) і неоднорідними (складними), а від ступеня еродованості – повними (нерідко вони ще і тверді) і розмитими.

За положенням в геологічному розрізі кори бувають відкритими, похованими (закритими) і повторно відкритими.

Вік кір вивітрювання може бути дуже різним. Утворення їх почалось ще в докембрію і продовжується в наш час (утворення грунтового покриву) в різних кліматичних поясах і природних зонах і з різною інтенсивністю. Навіть короткочасна (в геологічному розумінні часу) перерва в осадконагромадженні приводить до фізичного і хімічного вивітрювання, а значить і до утворення кори вивітрювання. Цікаві в цьому відношенні дані, що їх привів у своїй праці П.Ф.Лі (1967 р.): тільки з кінця пермського періоду і до кінця міоцену в Заураллі було 14 етапів короутворення. В інших районах їх могло бути менше або навіть більше, що залежить від геотектонічного режиму і геоморфологічних умов. Причому на кожному етапі може утворюватись різний тип кори. Про глобальні періоди короутворення можна говорити тільки тоді, коли мова йде про великі континентальні перерви, наприклад, в інтервалі від пізнього силуру до раннього девону, в пізній пермі – ранньому тріасі, в пізньому тріасі – ранній юрі (див. геохронологічну шкалу).

Корисні копалини в корах вивітрювання різноманітні і поділяються на рудні і нерудні. Вони накопичуються на місці зруйнованих і перетворених різних магматичних, метаморфічних і осадочних порід.

Якщо говорити, наприклад, про металічні корисні копалини – то відзначимо, що на певних породах формуються і певні руди. Наприклад, в корі, що утворилась на ультраосновних породах, накопичуються руди силікатного нікелю і кобальту. З елювієм порід кислого складу пов’язані високоякісні первинні каоліни (вторинними називають перевідкладені поверхневими водами) – керамічна і вогнетривка сировини, а з елювієм порід основного складу – родовища бокситів – алюмінієвих руд. В корах вивітрювання нерідко знаходяться розсипні родовища каситериту (олов’яної руди), золота, платини, алмазів та інших цінних мінералів, які стійкі до фізичного і хімічного вивітрювання. Саме завдяки цьому збереглись алмази у великих елювіальних родовищах Південної Африки після вивітрювання кімберлітів. Тут кора має синій або жовтий колір. Це м’яка жирна на дотик маса, в якій є піроп (різновидність гранату), олівін, флогопіт (різновидність слюди), ільменіт та інші мінерали. І тільки на великих глибинах (до 600 м) кімберліт уже зберігається в первозданному вигляді.

Коли хімічних змін зазнають сірчані сполуки заліза, які зустрічаються у переважній більшості сульфідних родовищ, утворюються, як уже відзначалось, родовища заліза – так звані “залізні шляпи”.