4.1 Виды выветривания и их классификация

Магматические, метаморфические и другие породы при выходе на поверхность подвергаются разрушению. Они измель­чаются, превращаются в рыхлые породы, изменяются химиче­ски. Процесс механического разрушения и химического изме­нения горных пород и составляющих их минералов под воз­действием атмосферы, гидросферы и биосферы называется выветриванием. На горную породу совместно воздействуют живые организмы, атмосферная вода, газы и температура. Все эти факторы оказывают на нее разрушающее действие одновре­менно. В зависимости от преобладающего фактора различают три формы выветривания: физическое, химическое и биологиче­ское. Вместе с тем следует иметь в виду, что всякое изменение химического состава породы приводит к изменению ее физических свойств.

Физическое выветривание — это механическое разрушение горных пород на обломки различной величины без изменения химического состава образующих их минералов. Главный фактор физического выветривания — колебание су­точных и сезонных температур. При нагревании происходит расширение минералов, входящих в горную породу. А посколь­ку различные минералы имеют разные коэффициенты объемно­го и линейного расширения, возникают местные давления, раз­рушающие породу. Этот процесс происходит в местах контак­та различных минералов и пород. При чередовании нагрева­ния и охлаждения между кристаллами образуются трещины. Проникая в мелкие трещины, вода создает такое капиллярное давление, при котором даже самые твердые породы разруша­ются. При замерзании вода увеличивает эти трещины. В усло­виях жаркого климата в трещины попадает вода вместе с растворенными солями, кристаллы которых также разрушающе действуют на породу. Таким образом, в течение длительного времени образуется множество трещин, приводящих к ее пол­ному механическому разрушению. Разрушенные породы приоб­ретают способность пропускать и удерживать воду. В резуль­тате раздробления массивных пород сильно увеличивается общая поверхность, с которой соприкасаются вода и газы. А это обусловливает протекание химических процессов.

Химическое выветривание приводит к образованию новых соединений и минералов, отличающихся по химическому составу от минералов первичных. Факторы этого вида выветривания— вода с растворенными в ней солями и углекислым газом, а также кислород воздуха. Химическое выветривание включает следующие процессы: растворение, гидролиз, гидратация, окисление. Растворяющее действие воды усиливается повышением температуры. При повышении ее на каждые 10C скорость химических реакций увеличивается в 2—2,5 раза. Если в воде содержится углекислый газ, то в кислой среде минералы разрушаются быстрее.

Так, растворимость известняка резко усиливается вследствие перехода СаСО₃ в более растворимый бикарбонат:

СаСО₃+ СО₂+ H₂O=Са(HСОз)₂

Гидролиз — основная химическая реакция минералов маг­ических пород с водой. При этом катионы калия, натрия, кальция и магния в кристаллической решетке алюмосиликатов замещаются водородными катионами воды.

В качестве примера приведем схему, гидролиза ортоклаза:

K₂AI₂Si₆O₁₆ +2НОН= Н2АI2Si6О₁₆+ 2КОН.

Образовавшаяся алюмокремниевая кислота распадается на каолин и аморфную кремниевую кислоту:

H₂AI₂Si₆O₁₆->H₂AI₂Si₂O₈*4SiO₂

H₂AI₂Si₂O₈+H₂O=H₂AI₂Si₂O₈ *H₂O (каолин),

4SiO₂+4nH₂O=4SiO2*nH2O*Н₂О (аморфная кремневая кислота).

Таким образом, в процессе химического выветривания из твердого магматического минерала образовались тонкодисперс­ные мягкие глинистые минералы.

Гидратация — процесс присоединения молекул воды к ми­нералам, например:

2Fe₂O₃ +ЗН₂О=2Fe₂O₃*ЗН₂О.

При гидратации происходит разрыхление поверхности минера­лов, что усиливает воздействие на них водных растворов и газов.

Окисление — процесс, связанный с действием атмосферного кислорода на минералы, содержащие закисное железо или другие способные к окислению элементы, например:

4FeС0₃ + ЗН₂О+О₂ = 2Fе₂0₃*ЗН₂О + 4СО₂.

В результате выветривания магматических пород получа­ются остаточные образования, переотложенные осадки и раст­воримые соли.

Б и о л о г и ч е с к о е выветривание — это механическое разрушение и химическое изменение горных пород под воз­действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. Этот вид выветривания связан с почвообразованием. Если при физическом и химическом выветривании происходит только превращение магматических горных пород в осадочные, то при биологическом выветривании образуется почва, и в ней накапливаются элементы питания растений и органическое вещество.

В почвообразовательном процессе участвуют бактерии, гри­бы, актиномицеты, зеленые растения, а также различные жи­вотные (дождевые черви, землеройные животные, насекомые и др.). Многочисленные микроорганизмы, особенно хемосинтезирующие, разлагают горные породы. Так, нитрифицирующие бактерии образуют сильную азотную кислоту, а серобактерии — серную кислоту, которые энергично разлагают алюмосиликаты и другие минералы. Силикатные бактерии, выделяя органиче­ские кислоты и углекислый газ, разрушают полевые шпаты, фосфориты и переводят калий и фосфор в доступную растени­ям форму.

Зеленые растения выделяют органические кислоты и другие биогенные вещества, которые взаимодействуют с минеральной частью, образуя сложные органоминеральные соединения. Корневые системы избирательно усваивают зольные элементы, а после отмирания растений происходит накопление в верхних почвенных горизонтах азота, фосфора, калия, кальция, серы и других биогенных элементов. Кроме того, корни растений, осо­бенно древесных, проникая в глубь горных пород по трещинам, оказывают давление на породы и разрушают их механически. Таким образом, под влиянием физического, химического и биологического выветривания горные породы, разрушаясь, обо­гащаются мелкоземом, глинистыми и коллоидными частицами, Приобретают влагоемкость, поглотительную способность, ста­новятся водо- и воздухопроницаемыми; в них накапливаются элементы питания растений и органическое вещество. Это приводит к возникновению существенного свойства почвы — плодородия, которого не имеют горные породы.