Вопрос 1

Химическое выветривание. Это разрушение горных пород при взаимодействии их с химически активными элементами (кислородом, углекислым газом, органическими кислотами). Этот тип выветривания особенно заметен в породах, содержащих железо, — они покрываются бурой коркой. Главными районами земного шара, где происходит подобный процесс, являются экваториальные и тропические широты. Здесь горные породы разрушаются дождевой водой с растворенными в ней химически активными элементами. Для этого типа выветривания характерно накопление в озерах и болотах полезных ископаемых: бокситов, фосфоритов, никеля, кобальта, осадочного железа.  Химическое выветривание приводит к образованию новых соединений и минералов, отличающихся по химическому составу от первичных минералов. Оно осуществляется под воздействием воды с растворенными в ней солями и диоксидом углерода, а также кислорода воздуха. Химическое выветривание включает следующие процессы: растворение, гидролиз, гидратацию, окисление. Растворяющее действие воды усиливается с повышением температуры. При повышении ее на каждые 10 °С скорость химических реакций увеличивается в 2,0...2,5 раза. Если в воде содержится диоксид углерода, то в кислой среде минералы разрушаются быстрее.

Так, растворимость известняка резко усиливается вследствие перехода СаСО3 в более растворимый гидрокарбонат:

СаСO3 + СO2 + Н2O = Са(НСO3)2.

Гидролиз — основная химическая реакция минералов магматических пород с водой. При этом катионы калия, натрия, кальция и магния в кристаллической решетке алюмосиликатов замещаются водородными катионами воды.

Гидратация — процесс присоединения молекул воды к минералам.

При гидратации происходит разрыхление поверхности минералов, благодаря чему усиливается воздействие на них водных растворов и газов.

Окисление — процесс, связанный с действием атмосферного кислорода на минералы, содержащие оксид железа (II) или другие элементы, способные к окислению, например:

4FeCO3 + ЗН2O + O2 = 2Fe2O3 ЗН2O + 4СO2.

В результате выветривания магматических пород образуются оксиды, переотложенные осадки и растворимые соли.

На земной поверхности горные породы находятся в условиях тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой и под их воздействием начинают разрушаться и преобразовываться. Этими внешними, или гипергенными, процессами создается почвенный покров, который несплошным чехлом перекрывает коренные породы. Во многих местах коренные породы обнажаются на дневной поверхности. Оказавшись в поверхностной части земной коры, они попадают в совершенно иные физико-химические условия, отличные от условий их формирования, и под влиянием внешних факторов начинают разрушаться. Этот процесс называется выветриванием (или гипергенезом).

Выветривание – это изменение горных пород любого состава и структуры, которое происходит в поверхностных условиях под совокупным действием физических, химических и биохимических процессов.

В процессе выветривания возникают своеобразные образования, которые называются корой выветривания. Процессы выветривания являются основными в образовании осадочного материала и предшествуют возникновению осадочных горных пород.

Под действием различного сочетания природных факторов возникает физическое, химическое и биохимическое выветривание.

выветривание происходит под совместным воздействием температуры и агрессивной воды, в которой находятся в растворенном состоянии различные элементы и химические соединения.

Химическое выветривание включает процессы растворения, гидролиза, гидратации и окисления. В результате химического выветривания образуются вторичные минералы, т. е. новые соединения, отличающиеся по химическому составу от первичных минералов.

Растворение. Вода – самый активный фактор химического выветривания. Горные породы растворяются водами, содержащими углекислоту или органические кислоты. Растворяющее действие воды усиливается в 2–2,5 раза при повышении температуры на каждые 10 °С. Под действием воды, стекающей по трещиноватой поверхности горных пород, просачивающейся сквозь трещины и поры, процесс растворения распространяется на глубину. Особенно интенсивно он проявляется в осадочных горных породах, представленных хлоридами, сульфатами и карбонатами.

Наибольшей растворимостью обладают хлориды – соли натрия (галит) и калия (сильвин). Далее по степени растворимости следуют сульфаты – ангидрит, гипс, затем карбонаты – известняки и доломиты. В процессе растворения среди монолитных толщ осадочных пород возникают различные полости.

Гидролиз – это химическое взаимодействие горных пород и минералов с водой. При гидролизе происходят разложение минералов, вынос отдельных химических элементов и соединений и присоединение к оставшимся соединения гидроксильных ионов и гидратации. При этом существенным образом нарушается структура кристаллов, которая заменяется совершенно новой. Особенно хорошо этот процесс проявляется при выветривании силикатов и алюмосиликатов.

В результате гидролиза катионы калия, натрия, кальция и магния в кристаллической решетке алюмосиликатов замещаются на катионы водорода, что приводит к образованию глинистых и других вторичных минералов.

Например, в процессе гидролиза твердый минерал ортоклаз (полевой шпат) преобразуется в мягкий глинистый минерал – каолинит:

K₂Al₂Si₆O₁₆ + 2Н₂О + СО₂ = H₂Al₂Si₂O₈ · Н₂О + К₂СО₃ + 4SiO₂.

ортоклаз каолинит поташ кварц

Гидратация – процесс присоединения молекул воды к минералам.

Например, гематит в результате присоединения воды превращается в бурый железняк (лимонит):

2Fe₂O₃ + 3Н₂О = 2Fe₂O₃ · 3Н₂О.

гематит лимонит

При гидратации поверхность минералов разрыхляется, усиливается воздействие на них водных растворов.

Окисление – процесс взаимодействия минералов с кислородом воздуха, приводящий к образованию новых минералов. Этот процесс наиболее интенсивно протекает в горных породах, содержащих минералы, состоящие из соединений железa (III), марганца. Так, под влиянием кислорода воздуха магнетит превращается в более устойчивую форму – гематит (красный железняк), или двухвалентная форма железа переходит в трехвалентную:

4Fe₃O₄ + О₂ = 6Fe₂O₃.

Возникшие минералы более устойчивы в поверхностных условиях. Сульфиды в кислой среде становятся неустойчивыми и постепенно замещаются сульфатами, оксидами и гидроксидами. Например, преобразование пирита, который последовательно при окислении вначале превращается в сульфат железа, затем в сульфат оксида железа и, наконец, в лимонит или бурый железняк:

FeS₂ + nO₂ + nH₂O  Fe₃O₄  Fe₂(SO₄)₂  Fe₂O₃∙ nН₂О.

пирит магнетит бурый железняк лимонит

В результате процесса преобразования железосодержащих минералов и их перехода в лимонит многие горные породы, в частности пески, песчаники, глины, мергели, окрашиваются в бурый или охристый цвет, что свидетельствует об окислении включений, содержащих железистые минералы.

Билет 13