6.1. Физическое выветривание
Физическое выветривание вызывается разнообразными причинами, однако решающая роль принадлежит факторам, обуславливающим механическое движение частиц породы. Это приводит к нарушению взаимного сцепления составных частей горных пород. В зависимости от природы воздействующего фактора, характер процесса разрушения горных пород при физическом выветривании будет каждый раз особым. В одних случаях движение происходит внутри самой горной породы без участия внешнего механически действующего фактора. Сюда относится изменение объема составных частей породы, вызываемое изменением температуры. В других случаях расчленение горных пород происходит под механическим воздействием посторонних факторов – раскалывающее действие замерзающей воды, растущих кристаллов, корневой системы деревьев и т.д. Такое явление может быть названо механическим выветриванием.
К физическому выветриванию относятся температурное и механическое выветривание.
Температурное выветривание наиболее распространено и происходит под воздействием колебания температур, вызывающих неравномерный нагрев и охлаждение горных пород. Минеральные зерна, слагающие горные породы, при этом попеременно испытывают то расширение, то сжатие. Расширения породы, возникающие в результате нагревания, более интенсивно сказываются в поверхностных частях, чем во внутренних. То же самое происходит и при охлаждении. Сжатие горных пород, вызванное очным охлаждением, распространяясь от поверхности в глубину, встречается с осадочным расширением их от дневного нагревания, что еще больше способствует разрушению породы. В результате этого часто наблюдается появление трещин, параллельных поверхности глыб, и отслаивание от них верхних частей в виде чешуек.
Физическое выветиривание основных магматических пород, в виде шаровой отдельности, мы наблюдали в д. Заварзино (рис. 11, Приложение 4).
Рисунок 11 - Шаровая отдельность даек эссексит-диабаза, д. Заварзино
(фото Сумароков А.О., июль 2017 г.)
Механическое выветривание представляет собой процесс, при котором разрушение горных пород происходит под механическим воздействием посторонних факторов – замерзающей воды, корней растений, роющих животных, кристаллизации солей и тому подобное. Особенно велика разрушающая роль замерзающей воды, когда вода попадает в поры и трещины горных пород, а потом замерзает, она увеличивается в объеме примерно на 10 %, производя при этом огромное давление на стенки трещин (до нескольких сотен кг на 1 см2). Такая сила легко преодолевает сопротивление горных пород на разрыве, и они раскалываются на отдельные обломки. Это явление часто называют «морозное выветривание».
Процессы физического и химического выветривания можно хорошо наблюдать на примере обнажения – мыс «Боец» в Лагерном саду (осадочные и метаморфические породы, образованные под влиянием высоких температур, давления и других факторов, сложенные реликтами древних и современной коры выветривания).
6.2. Химическое выветривание
Химическое выветривание представляет собой результат взаимодействие горных пород наружной части литосферы с химически активными элементами атмосферы, гидросферы и биосферы. К химическому выветриванию относят: растворение, окисление, карбонатизация, восстановление. Крайняя стадия химического выветривания - это формирование каолиновых кор выветривания.
С конца палеозоя и почти весь мезозой на территории Томска существовали постепенно разрушающиеся горы, что повсеместно привело к формированию мощных каолиновых кор выветривания в меловое и палеогеновое время (рис. 12).
Рисунок 12 - Мел-палеогеновая кора выветривания глинистых сланцев,
сложенная белыми каолиновыми глинами на правом берегу р. Томь,
район Лагерного сада, мыс «Боец» (фото Шептухина А.В., июль 2017 г)
Растворение происходит под действием воды, стекающей по поверхности выхода горных пород или просачивающейся через ее трещины и поры. При этом она избирательно выносит из породы только некоторые вещества.
Окисление и гидратация. Окислению подвержены в первую очередь минералы, содержащие железо, серу, ванадий, марганец, никель, кобальт и другие легко соединяющиеся с кислородом элементы. Факторами окисления являются кислород воздуха и вода. В присутствии влаги закиси металлов, входящие в состав горных пород и минералов, легко переходят в окиси, сульфиды – в сульфаты и т.д.
Карбонатизация представляет собой процесс присоединения углекислоты к продуктам изменения горных пород, приводящий к образованию карбонатов кальция, железа, магния и других металлов. Подавляющее большинство карбонатов довольно хорошо растворимо в воде и поэтому выносится ею из формирующейся коры выветривания в подстилающие породы, где часть из них переотлагается, образуя конкреции.
Восстановление является процессом, обратным окислению, и заключается в потере вещества части или всего содержащегося в нем химически связанного кислорода. В условиях болот все поры пород и покрывающей их рыхлой коры выветривания заполнены водой, в которую за счет отмирания болотной растительности поступает много органических веществ. Все они являются сильными восстановителями, так как легко соединяются с кислородом при своем разложении. В результате этого окись железа переходит в закись, гидраты которой имеют зеленый цвет. Возникает серо-зеленая или слизистая глинистая масса, подстилающая обычно торфяники и называемая глеем.
Томь-Колыванская складчатая зона, а также все восточное и юго-восточное обрамление Западно-Сибирской низменности служили областями сноса разнообразных, в том числе и рудных, компонентов. Химические элементы железных, марганцевых, фосфорных и др. руд переносились в основном поверхностными водами – ручьями и реками. За счет гниения растительности воды рек насыщались органическими кислотами, что усиливало процесс переноса вещества. Наиболее вероятной формой миграции железа и других компонентов были коллоидные растворы, стабилизированные гумусовыми веществами. Растворы транспортировались водотоками в мелководный морской бассейн, существовавший на месте Западно-Сибирской низменности.