Гіпергенез – утворення осадочного матеріалу

У процесі формування осадочної породи відбуваються складні і досить тривалі процеси, що сягають десятків і сотень тисяч років.

Осадочні породи, в залежності від того, в яких умовах вони сформувались, можуть складатись з декількох складових частин, головними серед них є:

1. уламкова частина – продукти механічного руйнування гірських порід різного генезису;

2. хемогенна частина – продукти хімічних реакцій, що відбуваються переважно у водному, рідше повітряному середовищі;

3. органогенна або біогенна частина – залишки тваринних, і рослинних організмів;

4. вулканогенний матеріал – вулканічний попіл, бомби;

5. колоїдний матеріал – тонкодисперсні частинки, величиною від 1 до 100 мкм (1·10^-6-1·10^-4 мм), що утворюється при подрібненні та розчиненні уламкового матеріалу;

6. космічний матеріал – космічний пил, рідше метеорити, метеоритний пил, що утворюється при випаровуванні, здуванні та розбризкуванні розплавлених речовин із поверхні метеоритів в атмосфері Землі.

Окремі компоненти , їх кількість на протязі геологічної історії Землі змінюються і їх роль міняється.

Роль різних геосфер на стадії гіпергенезу

Осадочний матеріал формується в різних фізико-географічних умовах і в різних геосферах: літосфера, гідросфера, атмосфера, глибинні надра планети і космічний простір.

Літосфера – охоплює денну поверхню землі і самі верхні шари земної кори, гідросфера – сукупність усіх вод (моря, океани, озера, ріки, болота, підземні води), атмосфера – газова оболонка Землі (до 1000 км), літосфера – (до середини ХХ ст. – ототожнювалась із земною корою).

На континентах утворення осадочного матеріалу відбувається в процесі фізичного та хімічного вивітрювання.

Вивітрювання – це зміна гірських порід на поверхні Землі і близько до неї під впливом механічної і хімічної дії води, повітря та організмів.

Сукупність хімічних, фізичних та мінералогічних процесів, що відбуваються в самих верхніх шарах земної кори в сукупності з факторами атмо- гідро- та літосфери А. Ферсман об’єднав під терміном гіпергенез. Це поняття охоплює більш ширші процеси, ніж вивітрювання, вивітрювання – його складова частина.

У зоні вивітрювання мають місце і протилежні йому процеси скам’яніння, що викликають тимчасове ущільнення порід, що руйнуються і другі явища, які набувають вагомого значення не в зоні вивітрювання, де вони мають підпорядковане значення, а в зоні формування осадочних порід.

Роль фізичного вивітрювання на стадії гіпергенезу

Головні фактори – зміни температури, руйнівна дія води, льоду та вітру. При фізичному вивітрюванні відбувається як правило тільки подрібнення порід без утворення нових мінералів величиною від крупних глиб до тонких частинок менше 0,005 мм. При хімічному вивітрюванні, – виникають нові мінерали завдяки окисленню, гідратації та вилуговуванні материнських порід.

Обидва типи вивітрювання тісно зв’язані між собою і в природі невіддільні, проявляються одночасно, але з різною інтенсивністю.

Механічне подрібнення охоплює саму верхню частину літосфери під впливом вітру, атмосферних опадів, річкових вод, тимчасових потоків, ударів хвиль на морі та океані, льодовиків, що сповзають із гір, сили тяжіння, коливань температури, коріння дерев і т.д.

Продукти механічного подрібнення – це головний осадочний матеріал.

Хімічне вивітрювання. Відбувається в основному, під впливом води, кисню та вугільної кислоти. Вода дисоціює на іони Н⁺ і ОН^-, в залежності від концентрації яких вона володіє кислотними, або лужними властивостями, що вимірюється показником рН. Концентрація іонів Н⁺ та ОН^- в дистильованій воді становить 1·10^-7 г-іон\л. Величина рН є логарифмічний показник концентрації водневих іонів, взятий з протилежним знаком: рН=-lgН⁺. Наприклад, при вмісту іонів водню у воді 1·10^-7 г-іон/л, рН=7 і т. д.

Величина рН виростає при зменшенні концентрації водневих іонів, і зменшується, коли концентрація Н^- збільшується. Величина рН визначає хімічну активність води.

Найбільш кислі води спостерігаються в болотах, торф’яниках, слаболужні – морські води, різколужні – води солоних озер і ґрунтові води засолених ґрунтів.

Вода діє на мінерали, породи трьома шляхами – розчинення, гідратація – витіснення іонами Н⁺ основ із силікатів та інших мінералів, гідроліз – повний розпад мінералів.

Приклади: кальцит, стійкий у лужних умовах, в кислих – розчиняється. Гідроокис заліза розчиняється при рН менше 4, 5, а при більших випадає в осадок.

Важливу роль при хімічному вивітрюванні має кисень, який є в повітрі та в розчиненому стані у воді. В повітрі його 20, 946%, у воді в залежності від тиску, температури, солоності від 4-10 мл\л. Він складає 34-36% від загального об’єму розчинених газів.

Інколи кисень відсутній (сірководневе зараження). Кисень, діючи на мінеральні та органічні сполуки, окислює їх. Інтенсивно відбуваються ці процеси там, де мінерали мають хімічні елементи з декількома валентностями (залізо, марганець, сірка та ін.), а також у високодисперсних розчинах. Дуже інтенсивно окислюються сульфіди та органічні речовини.

Коли кисень відсутній – відбувається відновлення речовин. Мірою відновлення чи окислення є величина Eh, що вимірюється потенціометром і виражається в мілівольтах. При додатних значеннях Eh відбувається окислення, при від’ємних – відновлення.

На практиці обстановку середовища визначають за кольором порід. Бурий, червоний, оранжевий кольори – середовище з наявністю трьохвалентного заліза: сірі, чорні, зеленувато-сірі, голубувато-сірі кольори свідчать про наявність двохвалентного заліза, а також тонкодисперсної, обвугленої речовини, ознака відновного середовища.

Величина Eh у природних водах регулюється газовим режимом (кисень, H₂S і ін.) і життєдіяльністю організмів.

Вугільна кислота в процесі хімічного вивітрювання також є важливим агентом. В атмосфері СО₂ – 0,033%, в атмосферних опадах – його кількість виростає до 9,3% (від об’єму всіх газів), а в морських водах до 58% (за Л. Пустоваловим).

Вуглекислий газ і його похідні ( , , ) руйнують гірські породи. Так у карбонатних породах руйнуються кальцит, доломіт та ін. сполуки, вивільняючи при цьому глинистий, уламковий, органогенний матеріал, що є готовим осадочним матеріалом.

Діючи на магматичні та метаморфічні породи, вуглекислота руйнує алюмосилікати, утворюючи більш прості сполуки кремнезему, оксиди алюмінію, заліза, глинистих мінералів і т.д. Вивільнені іони Са²⁺, Мg²⁺, Na²⁺, К⁺, та інші є потенційним матеріалом для утворення осадків.

Важливим фактором хімічного вивітрювання є гумінові кислоти, що утворюються в результаті розкладу решток бактеріями та мікроорганізмами. Вони є головним компонентом перегною (гумусу) у ґрунтах. Гумусові речовини являють собою типові колоїди і мають явно виражені кислотні властивості. Коричневий колір води в озерах та ріках поблизу боліт свідчить про гумінові кислоти. Вони вступають у взаємодію з різними мінеральними речовинами і розчиняють їх, утворюючи осадочний матеріал.

У районах діючих вулканів із надр Землі поступають Cl, F, сірчаний ангідрид (SO₃), сірчистий ангідрид (SO₂), які вступають у реакцію з водяними парами, утворюють мінеральні кислоти, що розчиняють мінерали і гірські породи.

У самій верхній частині літосфери бурхливо розвивається органічне життя й продукти життєдіяльності наземних рослин, і в меншій мірі тварин, які є складовою частиною континентальних, морських і лагуних осадків.

Процеси вивітрювання відбуваються досить швидко. В містах (Л. Рухін) граніти розтріскуються через 40-350 р., мармури – (20-130 років). Руйнування до 5 см глибиною у гранітів відбувається через 40-350 років, мармурів 340-1200 років. Техногенне навантаження прискорює процеси вивітрювання. Про швидкість вивітрювання свідчить формування ґрунтів на лавових потоках поблизу вулканів через декілька десятків років.