Тема 4 Продукты выветривания, их перемещение и формы отложений (2 часа)

Цель занятия: Ознакомить студентов с процессами и стадийностью выветривания, с образованием различных видов продуктов выветривания, способами их перемещения и формами отложений.

Форма отчета: Студенты в тетради для практических занятий описывают осадочные горные породы, образующиеся в процессе выветривания, отчитываются перед преподавателем.

Процессы механического разрушения и химического разложения минералов и горных пород, вызванных действием колебаний температуры, воды, кислорода, углекислоты, жизнедеятельностью организмов - высших и низших растений, животных и человека называется выветриванием.

Результатом процессов выветривания является изменение лика Земли в течение многих миллионов лет за счёт сглаживания форм рельефа и создания скоплений рыхлых горных пород.

Основной их особенностью является то, что они служат основным материалом для образования различных видов почв. В результате процессов выветривания образуются следующие группы осадочных горных пород:

1) группа обломочных пород;

2) группа глинистых пород;

3) группа химико-органогенных пород.

Обломочный материал, оставшийся на месте разрушения горных пород, называется элювием.

Элювий состоит из плохо отсортированных смесей щебня, дресвы, песка и тонких пылевато-глинистых масс. В горных областях, где имеются плоские горизонтальные поверхности, продукты выветривания накапливаются в них в виде крупных обломков, камня, щебня, дресвы, песка и более мелкого дресвяного материала, которые носят название элювиальных россыпей.

Обломочный материал, полученный в результате разрушения коренных пород, переместившийся вниз по уклону под влиянием силы тяжести и отложенный у подножий склонов, называется коллювием.

Процесс разрушения горных пород и перемещение продуктов разрушения в пониженные участки называется денудацией.

При химическом выветривании окислению подвержены многие минералы и, прежде всего, сульфиды и органические вещества. Наиболее интенсивно процессы окисления протекают в отношении элементов, различной валентности (Fe²⁺ → Fe³⁺).

При окислении сульфидов образуются кислородные соединения (сульфаты, карбонаты, гидроокислы).

При гидратации происходит сочетание химического выветривания, приводящего к образованию новых, более устойчивых в поверхностной зоне минералов, и механического, связанного с увеличением объёма, вошедших в реакцию масс.

Fe₂O₃ + nH₂O (гематит) = Fe₂O₃ * nH₂O (лимонит – во влажном климате)

В жарком климате, благодаря интенсивному прогреванию солнцем и испарению влаги, вода легко отнимается от окислов железа и они легко переходят в минералы, лишённые воды – процесс дегидратации. Продукты коры выветривания характеризуются красной окраской, быстро твердеют при высыхании. Образуется латеритная кора выветривания.

Карбонатизация представляет собой процесс присоединения углекислоты к продуктам изменения горных пород, приводящий к образованию карбонатов Ca, Fe, Mg и других металлов. Подавляющее большинство карбонатов растворимо в воде и выносятся из коры выветривания в подстилающие породы, переотлагаются, образуя стяжения (конкреции), или в грунтовые воды.

Восстановление является процессом, обратным окислению и заключается в потере веществом части или всего содержащегося в нём химически связанного кислорода. Этот процесс развит в условиях болот, когда все поры пород и покрывающих их рыхлый слой заполнены водой, в которую поступает много органического вещества за счёт отмирания болотной растительности. Все они являются сильными восстановителями, так как легко соединяются с кислородом при своём разложении, используя его из воды и минералов.

В результате окись железа Fe₂O₃ переходит в закись FeO, гидраты которой имеют зеленоватый цвет. Образующаяся сизая глинистая масса, подстилающая торфяники, называется глеем, а процесс его образования – оглеением. Таким путём происходит образование минералов, лишённых кислорода (пирит, марказит).

Процессы полного растворения минералов в воде наблюдаются в соленосных толщах, гипсах, известняках, доломитах и в меньшей степени в мергелях. С этими породами связано образование карстовых полостей и пустот. Интенсивность растворения горных пород зависит не только от растворимости составляющих её минералов, но и от свойств породы – трещиноватости, структуры и текстуры. Скорость растворения горных пород повышается с увеличением скорости циркуляции подземных вод.

Таким путём в результате процессов выветривания магматических и метаморфических пород, богатых алюмосиликатами (граниты, гнейсы) образовались месторождения каолина. Каолин в условиях земной поверхности - минерал достаточно устойчивый. В жарких, но влажных климатических условиях, происходит дальнейшее разложение каолина на гидроокись алюминия (составная часть боксита) и кремнезём.

Накопление конечных продуктов гидролиза железомагнезиальных силикатов (водных окислов Al, Fe, Si) наблюдается в жарких климатических зонах тропиков и субтропиков.

Разрушение горных пород происходит под влиянием органических кислот, выделяющихся при жизнедеятельности организмов, а также под действием продуктов распада остатков растений и животных. Одновременно с этим происходит захват различных минеральных элементов горной породы как питательных веществ: К, Са, SiO₂, Мg, Nа, Р, S, Аl, Fe и других.

В результате выветривания горных пород при участии живых организмов и биохимических процессов происходит формирование почвенного слоя. Последний состоит из минеральных частиц (глины, пыли, песка, щебня), органических веществ (гумуса), живых организмов (главным образом бактерий и грибков), почвенной влаги и воздуха.

Процессы выветривания приводят к накоплению рыхлых щебенистых, песчаных и глинистых масс - продуктов выветривания горных пород.

Продукты выветривания подразделяются на две группы:

- подвижные, которые уносятся с места разрушения,

- остаточные, которые остаются на месте разрушения.

Подвижные продукты под влиянием силы тяжести и денудационных процессов удаляются со склонов и накапливаются у подножий - каменные особи и каменистые развалки.

Ландшафты беспорядочного нагромождения глыб получили название «каменных морей». Области обнажённых горизонтально лежащих пластов, образующих террасообразные поверхности с вертикальными уступами между ними носят название каменистых пустынь (в Сахаре их называют гаммады). На краю уступов пласты расчленены на останцы конусовидной формы. Понижения между останцами покрыты россыпями каменных глыб и щебнем.

Процессы выветривания зависят, в первую очередь от климатического фактора, который обуславливает физико-географическую зональность продуктов выветривания элювий и почва горных пород.

Для северных (полярных и приполярных) стран наиболее характерны продукты температурного и морозного выветривания – элювиальные россыпи.

Для северных широт с умеренно климатическими условиями свойственен элювий, состоящий из смеси щебня, дресвы, песка и пыли.

В условиях средних широт алюмосиликаты каолинизируются. При разложении железомагнезиальных силикатов образуются нередко промышленные скопления промежуточных продуктов выветривания бейделлитовых, монтмориллонитовых и других глин.

Натриевые алюмосиликаты (альбит нефелин) в результате гидролиза превращаются в цеолиты.

В условиях жаркого и тёплого климата, со сменой сухих и дождливых сезонов, силикаты и алюмосиликаты разлагаются с постепенным выносом кремнезёма и щелочных земель и гидратацией окислов Fe и Al. В результате возникает латеритная кора выветривания, характеризующаяся скоплением в элювии больших масс гидроокисей железа и алюминия.

В аридных (засушливых) условиях преобладает температурное выветривание, продуктами которого являются скопления обломочного материала – каменные развалы, щебень, песок и пыль.

Географическая зональность процессов и продуктов выветривания отчётливо прослеживается на почвенном покрове. При продвижении с севера на юг наблюдается последовательная смена тундровых почв подзолами, а последних чернозёмами, каштановыми почвами, солончаками и солонцами (средняя зона) и, наконец, краснозёмом (тропики и субтропики).

В настоящее время под корой выветривания понимают наружную подпочвенную часть литосферы в пределах континентов, где происходит перераспределение химических элементов в соответствии с местными ландшафтно-геохимическими условиями.

Значение процессов выветривания состоит в том, что при выветривании горных пород:

- происходит механическая дезинтеграция (механический распад) и химическое разложение горных пород. В результате образуются мелко,- и тонкораздробленные продукты выветривания (пески, глины) и растворы (истиные и коллоидные);

- вместе с механической дезинтеграцией резко повышается активность вещества горных пород – способность вступать в химическое и физико-химическое взаимодействие с окружающей средой (химические реакции окисления, гидратации, сорбции, гидролиза и т.д.);

- возрастает подвижность вещества горных пород и. следовательно, способность перемещаться, мигрировать. Продукты выветривания перемещаются различными способами (ветром, текучими водами, диффузионно и т.д.) и в различном состоянии: в виде взвесей, во влекомом состоянии, в виде истиных и коллоидных растворов.

Последующее накопление и осаждение образует толщу осадочных пород, т.е. выветривание является основным поставщиком обломочного материала и растворённых веществ. В них часто заключены разнообразные и ценные месторождения железа, марганца, золота, платины, кассерита, алмаза и др. Сами осадочные горные породы являются строительным материалом (глины) и химическим сырьём (калийная соль, гипс).

Продукты выветривания, остающиеся на месте (элювий), образуют месторождения каолинов, бокситов, никелевых и марганцевых руд и т.д. По составу элювия можно восстановить процесс изменения горных пород, различные стадии выветривания, климатические условия, в которых происходило выветривание.

- вызывают изменения физического состояния горных пород и показателей их механической прочности. Выветрелые горные породы имеют пониженные показатели механической прочности и поэтому слабо устойчивы в обнажениях подземных горных выработок, в откосах карьеров, но они легко разрабатываются.

- выступают в качестве фактора рельефообразования. При этом в общей направленности процесса, ведущего к уплощению и выравниванию рельефа, значительная роль отводится фактору времени. Чем длительнее период протекания процессов выветривания и сноса продуктов разрушения, тем больший достигается эффект