3.1 Фізичне вивітрювання
Цей вид вивітрювання проявляється у механічному руйнуванні мінералів гірських порід без зміни їх складу під впливом добових і сезонних коливань температури, замерзання й відтавання води у тріщинах, механічного виносу часток мінеральної речовини водою або вітром. Фізичне вивітрювання є найхарактернішим для територій з арктичним кліматом, високогірних районів та пустель.
Нерівномірне надходження сонячного тепла не лише у різні пори року, а й доби зумовлює періодичне нагрівання та охолодження гірських порід. Коливання температури супроводжується багаторазовою зміною об’єму зернят мінералів, що призводить до об’ємних деформацій. У результаті з’являються спочатку дрібні, а потім і великі тріщини. Об’ємні деформації залежать від коефіцієнта об’ємного розширення (що чисельно дорівнює збільшенню об’єму при нагріванні на 1оС за умови, що при 0оС об’єм дорівнював одиниці) мінералів, який залежить від їх складу та фізичних властивостей. У кварцу, наприклад, він дорівнює 0,00031, польового шпату (ортоклазу) – 0,00017. Поступово тріщини все глибше проникають у гірську породу. Цьому сприяє також і вода, яка при замерзанні збільшується в об’ємі на 9 % і силою до 87 МПа давить на стінки тріщин, розширюючи їх. У полярних областях, де лід виконує основну роль у руйнуванні гірських порід, вивітрювання називають морозним. Однією з причин утворення тріщин у гірських породах є періодичне зволоження їх дощовими водами. При багаторазовому зволоженні та висиханні сили зчеплення між частками породи зменшуються і вона розпадається на частини й уламки. Швидше розтріскуються породи крихкі та крупнозернисті, що складаються з мінералів різного кольору. Повільніше руйнуються породи в’язкі, дрібнозернисті, які складаються зі світлозабарвлених мінералів (рис. 3.1).
Рисунок 3.1 – Вивітрилі пісковики
Важливу роль у процесах фізичного вивітрювання відіграють кліматичні умови. За різкоконтинентального, арктичного й арідного клімату руйнування відбувається більш інтенсивно, ніж при помірному кліматі, що пов’язане з більш різкими коливаннями температур у денний і нічній час. Наприклад, у пустелях влітку земна поверхня вдень нагрівається до 70 – 80о С, а вночі стовпчик термометра спускається до 0оС. Оголені, не покриті рослинністю схили руйнуються швидше, ніж ділянки, на яких ростуть трава, кущі та дерева.
У процесі вивітрювання монолітні породи стають тріщинуватими і вкриваються уламками. Стійкість уламків на схилах визначається кутом природного похилу (нахил, при якому пухкий матеріал здатний утримуватися на схилі). Для різних порід він коливається від 27 до 37о. На кут природного похилу впливає не лише склад порід, але й розміри, форма уламків, ступінь насичення їх водою. Обрушення уламків з великих схилів може бути спричинено громом, криком, пострілом, а особливо – землетрусом. Падаючи, уламки подрібнюються і накопичуються біля підніжжя схилів з утворенням конусів обсипання. Такі продукти вивітрювання називаються колювієм (лат. колювіо – скупчення).
Скупчення уламків, що залишилися на місці руйнування, дістали назву кам’яних розсипів. Часто уламки зі схилів зносяться дощовими водами, і тоді вони мають назву делювію. Переміщення уламків зі схилів буває повільним і швидким, а іноді й катастрофічним. Масове падіння уламків зі схилу називають обвалом. Причинами обвалу можуть бути землетруси, снігові лавини, зливи, буревії та ін. З метою запобігання обвалам цементують найнебезпечніші тріщини або заздалегідь завалюють нестійкі гірські породи. Найпоширенішими видами фізичного вивітрювання є інсоляційне вивітрювання – процес руйнування гірських порід у результаті їх розтріскування внаслідок різких коливань температури, особливо при нагріванні сонцем.