1. Механічне вивітрювання

Розрізняють чотири основних джерела напружень, які призводять До фрагментації первинних (корінних) порід: дилатація (механічне розширення), температурне розширення, ріст кристалів та механічна Діяльність живих організмів.

Дилатація. Гірські породи перебувають у певному фізичному стані (середня щільність речовини літосфери становить близько 2,7 г/см³) Доти, доки певний чинник (наприклад, денудація) не зменшить наван­таження на них. Якщо відбувається «розвантаження» попередньо навантаженого блоку гірських порід, то тиск на нього зменшується й масив порід може зреагувати механічним розширенням у вертикаль­ному напрямі, наприклад утворенням густої мережі тріщин у раніше масивній гірській породі. В уступах кар’єрів часто можна спостеріга­ти, як на глибині кілька метрів порода розділена на величезну кількість уламків переважно кубічної форми, водночас на більшій глибині вона залишається масивною, лише іноді з незначними тріщинами. Розван-: таження тиску, зокрема, у кар’єрах і шахтах — явище, що призводи

до різкого викидання породи і часто має катастрофічні наслідки.

Іноді базальтові брили, підняті дослідницькими суднами з дна океа­ну невдовзі після того, як потрапили на поверхню, тріскаються, оскільки! під час свого утворення ця порода перебувала під значним наванта­женням водної товщі.

Урвисті стіни каньйонів на аридному південному заході США утворилися, очевидно, внаслідок каменепадів, спричинених розтріску­ванням масивних осадових порід завдяки бічному розширенню, тобто після зняття навантаження бічною ерозією (рис. 32).

Крім простого порушення цілісності порід, дилатація сприяє гли­бокому проникненню у тріщини інших складових вивітрювання.

Температурне розширення ґрунтується на відомих фізичних яви­щах: під час нагрівання речовини збільшуються в об’ємі, а після охо­лодження — зменшуються, внаслідок чого масивні гірські породи реагують на таку зміну фізичних умов утворенням компенсаційних тріщин, що, власне, і є порушенням цілісності порід — вивітрюван­ням. Зокрема, за умов значної амплітуди коливання добових чи річних температур, що властиво аридним районам, цей процес виявляється у розтріскуванні певних уламків кристалічних порід, що підсилюється відсутністю рослинного та ґрунтового покриву. Наслідком цього є дезінтеграція гірських порід на уламки різного розміру — брили, щебінь, гравій, жорству, пісок, пил.

Виявити перелічені моделі перебігу температурного розширення у реальних природних умовах дуже складно. Експерименти з бри­лами граніту, проведені ще у 1915 р. британськими дослідниками, засвідчили, що напруження, зумовлені сонячним нагріванням, були значно слабкішими від пружності породи. Подальші експерименти, що полягали у нагріванні та охолодженні куба граніту 89 400 разів у температурному інтервалі від ЗО до 140 °С (добовий еквівалент цього інтервалу становить 245 років), не виявили будь-якого значного по­шкодження структури породи. Очевидно, прагнення до чистоти екс-

Рис. 32. Шлейфи каменепадів, спричинені зняттям на­вантаження «збоку»

п

161

ерименту суперечило реальним природним умовам. Адже у природ­них умовах нижня частина поверхневих кристалічних порід зануре­на і не зазнає напружень, спричинених сонячним нагріванням. Зану­рена частина порід перебуває також в умовах певної вологості, де початковим процесам руйнування передує процес деякої хімічної зміни порід.

6. Основи геоморфології.

Геоморфологічним наслідком зазначених явищ є утворення роз­сипів великоуламкових порід в аридних районах (елювіальні розси­пи), злущування дрібних уламків із поверхні кристалічних порід (на-, громадження жорстви біля підніжжя скель) тощо.

Ріст кристалів. Оскільки всередині породи відбувається ріст не-^! властивих їй кристалічних тіл, то це спричинює значні руйнівні на­пруження. Розрізняють два типи росту кристалів: перший зумовлю­ється замерзанням води, другий — осадженням речовин із розчинів. Обидва процеси мають велике значення і виразну зональну присто­сованість: морозне вивітрювання властиве арктичним пустелям, тундрі та лісовій зоні, а осадження кристалів із розчинів — переважно арид- ним районам або верхній частині літосфери, де поширені підземні води.

Характерним прикладом напружень, що виникають після замер­зання води, є утворення тріщин у водогінних трубах. При охолод­женні води за температури, нижчої від 0 °С, частина води у трубах починає замерзати, збільшуючись в об’ємі. Це підвищує тиск води (тиск, який виникає за таких умов, називається кріостатичним), що залишилася рідкою, доки температура не знизиться до такої познач­ки, щоб зумовити її замерзання за значно вищого тиску. Щось подіб­не відбувається у складній системі тріщин різного розміру і конфігу- ' рації, які завжди наявні у гірських породах. Крім того, у тонкозерни­стих пористих породах більша частина води утримується не в широ- ; ких тріщинах, що безпосередньо відкриваються на поверхні, а у виг­ляді тонких, міцно з’єднаних плівок, що не перетворюються на ЛІД ; навіть після значного зниження температури (нижче за точку замерзан­ня). За температури, нижчої нуля, вода ще може мігрувати по тонких порах, утворюючи кристали льоду у більших порожнинах породи. Якщо температура досягає точки замерзання, напруження новоутво- І реного льоду накладаються на напруження, спричинені високим тис­ком води у порожнинах, і відбувається руйнування гірської породи.

У геоморфологічному аспекті зазначені явища реалізуються як процеси морозного вивітрювання, морозобійного розтріскування оса­дових порід, морозного сортування уламкових порід, альтипланації та їхніх комбінацій.

Розчинні солі можуть осаджуватися у тріщинах, порах та інших порожнинах гірських порід. Зумовлений цим вплив на стінки порож­нини спричинює певне об’ємне розширення, хоча малоймовірно, щоб напруження, які виникають при цьому, могли виявити певну механіч­ну дію.

Вважають, що потенційна руйнівна сила кристалізації солей є незаперечною, проте важко знайти природні умови, в яких би во­на повністю відбувалася. Розвиток значних напружень потребує швидкого перенасичення, що передбачає швидке випаровування і бідність рослинного та ґрунтового покривів. Такі умови властиві пустелям і меншою мірою узбережжям. Вважають, що кристаліза­ція солей у межах аридних територій є формою механічного (темпе­ратурного) вивітрювання (цей процес недооцінювали у минулому) та що солі мають вищі коефіцієнти лінійного розширення, ніж більшість гірських порід, і можуть спричиняти їх руйнування вна­слідок свого розширення за інтенсивного денного нагрівання арид­них територій.

Певним різновидом температурного вивітрювання є руйнуван­ня глинистих гірських порід (глин, суглинків, мергелів) унаслідок частої зміни намокання — висихання. За поступового змочуван­ня порід і наступного повільного висихання зміни їхнього об’єму нідбуваються дуже повільно, що не сприяє руйнуванню, оскільки пружність порід встигає зреагувати на напруження, зумовлені зміна­ми об’єму.

Механічна діяльність живих організмів полягає в тому, що ко­рені рослин за певних умов здатні розклинювати тріщини у корінних породах. Оскільки ця діяльність відбувається по тріщинах, створе­них іншими чинниками, то функція кореневих систем полягає лише у їх розширенні.

Оцінюючи роль кореневих систем рослин у вивітрюванні гірських порід, слід пам’ятати про подвійну функцію коренів: з одного боку, вони розширюють уже створені тріщини у гірській породі, а з друго­го — скріплюють уламки і таким чином створюють перепони для появи на поверхні свіжої породи. Іноді за великих вітровалів коре­неві системи виявляють безпосередню руйнівну дію.

Тварини не беруть активної участі у перебігу процесів вивітрю­вання, хоча значно порушують стійкість уже утвореного вивітрілого матеріалу, а отже, сприяють дії інших різновидів вивітрювання.