5. «Выветривание»

Выветривание (weathering, degradation) -процесс разрушения и изменения горных пород и минералов в приповерхностных условиях под воздействием физико-химических факторов атмосферы, гидросферы и биосферы.

процесс выветривания разделяют на три вида выветривания – физическое, химическое и биологическое. В основу выделения каждого выветривания положены, какие-либо одни факторы выветривания, которые являются определяющими. Несмотря на это все три вида выветривания всегда действуют совместно и одновременно.

1. Физическое выветривание выражается преимущественно в механическом дроблении минеральных тел (горных пород, строительных материалов и т.д.) без существенного изменения их минерального состава. Большую роль в этом «дробящем» разрушении играют колебания температуры. Так, например, в пустынях суточные колебания температур весьма значительны, в дневное время до +80^оС, а ночью всего +20^оС. Разрушение пород и строительных конструкций усиливается, когда в микротрещины проникает вода. При замерзании вода увеличивается в объёме на 9-11%, развивается большое боковое давление и порода разрушается. Это явление обычно называют «морозным выветриванием». Многие породы, особенно глинистые, распадаются на куски при переменном намокании и высушивании. Физическое выветривание преобладает в районах пустынь и в районах с холодным климатом (арктические, высокогорные районы и т.п.).

2. Химическое выветривание выражается в разрушении горных пород, строительных материалов и строительных конструкций вплоть до полного распада, т.е. до уровня анионов и катионов, с одновременным образованием новых минеральных образований. Основными факторами этого выветривания являются вода, кислород, углекислота, органические кислоты и др. С этими факторами связаны сложные химические процессы – растворение, окисление, гидратация, карбонитизация, гидролиз.

Интенсивность химического выветривания зависит от площади воздействия воды, её температуры, длительности процессов. Наиболее подвержены этому выветриванию карбонаты, сульфаты и др. Наибольшую разрушительную силу химическое выветривание имеет в условиях теплого и влажного климата.

3. Биологическое выветривание иногда называют органическим. Оно проявляется в виде механического и химического воздействия живых и растительных организмов на земную поверхность.

Механическое разрушение производят растения корневой системой. Корни деревьев способны разрушать даже прочные скальные породы и бетонные плиты. Кроме механической силы разрушения корни растений обладают способностью разрушать горные породы и строительные материалы органическими кислотами, которые они выделяют как в период своего роста, так и после отмирания при процессах разложения. Существенно нарушают целостность горных пород различные землерои.

Биологическое выветривание проявляет себя практически повсеместно, особенно, в районах с влажным климатом, который способствует росту и развитию растений.

В определённой степени к биологическому виду выветривания следует отнести техногенную деятельность человека, в частности, строительство зданий и сооружений. Хотя следует отметить, что эта деятельность разрушает поверхность земной коры по всем видам процесса выветривания.

Борьба с процессом выветривания.

Горные породы, строительные материалы, сооружения под действием процесса выветривания со временем утрачивают свои качества и постепенно, но неизбежно разрушаются. Всё дело в оценке того, какова скорость процесса разрушения и что ему можно противопоставить. Существует много способов и приёмов борьбы с выветриванием, но полностью исключить его воздействие практически невозможно. Однако снижать до минимума разрушительную силу процесса выветривания можно и нужно, так как это существенно продлевает время нормальной эксплуатации сооружений.

При строительстве и эксплуатации сооружений рекомендуются следующие мероприятия по борьбе с процессом выветривания:

1) использовать в строительстве наиболее качественные по свойствам и по стойкости к выветриванию природные строительные материалы,

2) своевременно осуществлять и поддерживать в хорошем состоянии планировку поверхности земли и систему отвода поверхностных вод на территориях,

3) при необходимости в борьбе с подземными водами строить дренажные сооружения,

4) в выемках скальных пород цементировать трещины,

5) проводить посадку деревьев и посев трав на откосах земляного полотна.

Одним из важных условий в борьбе с процессом выветривания является высокое качество строительных работ и постоянный контроль состояния сооружений.

Уже в процессе выветривания горные породы приобретают ряд свойств, существенных для формирующихся из них почв. В процессе почвообразования эти свойства получают дальнейшее развитие. Рухляк выветривания (элювий горной породы) служит благоприятным субстратом для поселения низших и высших растений и связанной с ними фауны и, соответственно, для интенсивного развития почвообразования.

В процессе почвообразования каждая почва проходит ряд последовательных стадий, направление, длительность и интенсивность которых определяются конкретным комплексом факторов почвообразования и их эволюцией в каждой точке земной поверхности.

Стадия начального почвообразования носит название первичного почвообразования, обычно длительна по времени и охватывает почвообразованием небольшую по мощности зону субстрата. При этом процесс роста плодородия замедлен, а профиль в слабой степени дифференцирован на генетические горизонты.

Стадия развития почвы протекает с нарастающей интенсивностью, охватывая все большую толщу почвообразующей породы вплоть до формирования зрелой почвы с характерным для нее профилем и комплексом свойств. К концу этой стадии процесс постепенно замедляется, вернее, приходит к некоторому равновесному состоянию, определяемому комплексом и стабильностью во времени факторов почвообразования. Наступает стадия равновесия — климаксное состояние), длящееся неопределенно долго. В этом состоянии поддерживается более или менее постоянное динамическое равновесие со средой, т.е. с существующим комплексом факторов почвообразования.

На каком-то этапе в результате саморазвития экосистемы климаксная стадия сменяется эволюцией почвы. Почва входит в экосистему либо в качестве одного из компонентов, либо в результате изменения одного или нескольких факторов почвообразования — климата, растительности, характера грунтового увлажнения (изменение рельефа, распашка, орошение или осушение) и т. д. Стадию эволюции почвы можно сопоставить со стадией развития, которая ведет к какому-то новому климаксному состоянию. При этом образуется новая почва с новым профилем и новым комплексом свойств, например формирование луговых почв из болотных при обсыхании территории или, наоборот, при затоплении каштановых и черноземов при остепнении; переход солончака в солонец при рассолении; оподзоливание буроземов; заболачивание автоморфных почв и т. д. В данном случае новая почва образуется не из почвообразующей породы, а из ранее сформированной почвы.

Таких циклов почвообразования на одном и том же субстрате может быть несколько. В профиле полигенетических (полициклических) почв обычно обнаруживаются унаследованные реликтовые черты и признаки, не связанные с современным этапом почвообразования.

Эволюция почвы может идти в разных направлениях: по пути нарастания мощности почвы и/или по пути ее уменьшения, по пути засоления почвы или ее рассоления, деградации почвенного плодородия или его нарастания. Пути эволюции определяются конкретными природными ситуациями.

15. Большой геологический круговорот (БГК).Определяется различными циклами (геохимическими, биогеохимическими, технобио-геохимическими, миграционно-трансформационными) в глобальной циркуляции веществ в истории развития Земли. Эти глобальные циклы складываются из комплекса элементарных циклов и включают следующие:

• появление изверженных пород на земной поверхности;

• выветривание, почвообразование, эрозия и денудация;

• накопление континентальных и океанических осадков, метаморфизм осадков;

• выход на поверхность осадочных пород с новым циклом выветривания, почвообразования;

• денудация и осадконакопление либо опускание веществ в геосинклинальных областях в мантию и переплавка, после чего опять выход на поверхность в новом цикле вулканизма.

• Малый биологический круговорот (МБК). В большом геологическом круговороте важную роль играет МБК. Попадая в малый биологический круговорот, элементы на продолжительный срок выключаются из глобального геохимического потока, многократно участвуя в бесконечных преобразованиях вещества земной поверхности. Например, суть малого биологического круговорота зольных элементов сводится к потреблению растениями элементов из почвы, их участию в биохимических процессах и возвращению в почву после отмирания растений. Более сложны циклы углерода и азота, затрагивающие и атмосферу.

Взаимодействие большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности проявляется через серию противоположно направленных процессов и противоречивых явлений, из которых складывается почвообразование. Многие из этих противоположных процессов носят циклический характер, связанный с общей цикличностью природных явлений. Выделяют суточные, сезонные, годовые, многолетние, вековые циклы почвообразования.