Какое выветривание происходит под действием водных растворов. Что такое выветривание? Виды выветривания

Термин «выветривание» не отражает существа процесса и прямого отношения к деятельности ветра не имеет.

Выветривание (weathering, degradation) -процесс разрушения и изменения горных пород и минералов в приповерхностных условиях под воздействием физико-химических факторов атмосферы, гидросферы и биосферы.

Факторами выветривания являются:

1. Колебание температур (суточное, сезонное)

2. Химические агенты: O2, H2O, CO2

3. Органические кислоты (ульминовая, гуминовая)

4. Жизнедеятельность организмов

В зависимости от факторов, вызывающих выветривание различают несколько видов:

Таблица 1

Физическое выветривание

Физическое выветривание пород происходит без изменения их химического состава. Порода просто дробится на обломки с постепенным уменьшением их размера вплоть до песка. Примером такого физического разрушения может служить температурное выветривание.

Температурное выветривание. Температурное выветривание происходит в результате резких колебаний температур, вызывающих неравномерное изменение объема горных пород и слагающих их минералов. Периодическое нагревание и охлаждение пород при суточных и сезонных колебаниях температур приводит к образованию трещин и к распадению их на глыбы, которые в свою очередь подвергаются дальнейшему измельчению. Чем резче колебания температур, тем интенсивнее проявляется физическое выветривание и наоборот, в условиях «мягкого» климата механическое разрушение пород происходит крайне замедленно. Наиболее активно температурное выветривание проявляется в пустынях, полупустынях и высокогорных областях, где горные породы очень сильно нагреваются и расширяются днем, охлаждаются и сжимаются ночью. Интенсивность и результаты выветривания определяются также составом, структурой и цветом породы: полиминеральные породы будут разрушаться быстрее, чем мономинеральные. Этому значительно способствует анизотропия и неодинаковые коэффициенты расширения главнейших породообразующих минералов. Например, коэффициент объемного расширения кварца в два раза больше, чем у ортоклаза.

Глубина температурного выветривания при суточных колебаниях температур составляет не более 50 см, а при сезонных колебаниях – несколько метров.

Частными случаями температурного выветривания являются процессы десквамации (шелушения), сфероидального выветривания и дезинтеграции зерен.

Десквамация – это отделение от гладкой поверхности скал чешуек или толстых пластин параллельно поверхности породы при ее нагревании и охлаждении независимо от текстуры, структуры и состава породы.

При сфероидальном выветривании первоначально угловатые, разбитые трещинами блоки пород в результате выветривания приобретают округлую форму.

Дезинтеграция зерен – ослабление и отделение зерен грубозернистых пород в результате чего порода рассыпается, при этом образуется дресва или песок, состоящий из несвязанных между собой зерен различных минералов. Дезинтеграция зерен происходит всюду, где обнажаются крупнозернистые породы.

Другим видом физического выветривания является морозное выветривание, при котором породы разрушаются под действием замерзающей воды, проникающей в поры и трещины. При замерзании воды объем льда увеличивается на 9%, что создает значительное давление в горных породах. Таким образом легко дробятся породы с высокой пористостью, например, песчаники, а также сильно трещиноватые породы, в которых трещины распираются ледяными клиньями. Наиболее интенсивно морозное выветривание протекает в зонах, где среднегодовая температура близка к нулю. Это зона тундры, а также в горных районах на уровне снеговой линии.

Кристаллизация солей – образование и рост кристаллов в пустотах и трещинах – способствует разрушению пород, подобно действию ледяных клиньев.

Продукты физического выветривания. В результате физического выветривания на поверхности образуются угловатые обломки, которые в зависимости от своего размера подразделяются на: глыбы – (> 20 см); щебень – (20 – 1 см); дресва – (1 – 0.2 см); песок – (2 – 0.1 мм); алеврит – (0.1 – 0.01 мм); пелит – (< 0.01 мм). Скопление этих продуктов приводит к формированию рыхлых осадочных горных пород.

Химическое выветривание

При химическом выветривании разрушение горных пород происходит с изменением их химического состава главным образом под воздействием кислорода, углекислого газа и воды, а также активных органических веществ содержащихся в атмосфере и гидросфере.

Главными реакциями, обуславливающими химическое выветривание, являются окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление – это переход элементов с низкой валентностью в высоковалентное за счет присоединения кислорода. Особенно быстро окислению подвергаются сульфиды, некоторые слюды и другие темноцветные минералы.

Лимонит – это самая устойчивая форма существования железа в поверхностных условиях. Все ржавые пленки и ржаво-бурая окраска пород обусловлена присутствием гидроокислов железа. Так как железо постоянно входит в химический состав многих породообразующих минералов – значит при химическом выветривании этих минералов Fe++ перейдет в Fe+++, т.е. лимонит. Окисляется не только Fe, но и другие металлы.

В условиях недостатка кислорода протекает процесс восстановления , при котором металлы с высокой валентностью переходят в соединения с более низкой валентностью. Подобный процесс наиболее ярко протекает в зонах окисления сульфидных месторождений.

Рис. 2. Зона окисления и восстановления сульфидных руд

→ окисление → Сульфаты → восстановление → Вторичные сульфиды Ме

Гидратация – это химическое присоединение воды к минералам горных пород с образованием новых минералов (гидросиликатов и гидроокислов) с другими свойствами.

Fe2O3 + nH2O ® Fe2O3 ´ nH2O

гематит лимонит

CaSO4 + 2H2O ® CaSO4 ´ 2H2O

ангидрит гипс

превращение ангидрита в гипс всегда сопровождается значительным увеличением объема породы, что приводит к механическому разрушению всей гипс-ангидритовой толщи.

Растворение – способность молекул одного вещества распространяться вследствие диффузии в другом веществе. Оно происходит с различной скоростью для разных пород и минералов. Наибольшей растворимостью обладают хлориды (галит NaCl, сильвин KCl и др.). Менее растворимы сульфаты, карбонаты.

Гидролиз – наиболее важный процесс химического выветривания, т.к. путем гидролиза разрушаются силикаты и алюмосиликаты, которые слагают половину объема внешней части континентальной коры.

Гидролиз – это обменное разложение вещества под влиянием гидролитической диссоциации воды, сопровождающееся разрушением одних и образованием других минералов. Наиболее характерен пример гидролиза полевых шпатов:

K + nH2O + CO2 ® K2CO3 + Al4(OH)8 + SiO2 ´ nH2O

ортоклаз в раствор каолинит опал

Дальнейший гидролиз каолинита приводит к его разложению и образованию латерита:

Al4(OH)8 ® H2Al2O4 + SiO2 ´nH2O Латерит

Интенсивность процесса гидролиза, которому сопутствуют растворение и гидратация, зависит от климатических условий: — в умеренном климате гидролиз протекает до стадии образования гидрослюд; — во влажном теплом климате – до стадии образования каолинита; — в субтропическом климате – до стадии образования латерита. Таким образом при гидролизе разрушаются силикаты, алюмосиликаты; на их месте накапливаются глинистые минералы, а за счет вытеснения катионов образуются свободные окислы и гидроокислы алюминия, железа, кремния, марганца.

Латериты являются ценными рудами на алюминий. При перемыве латеритной коры выветривания и переотложении гидроокислов алюминия формируются месторождения бокситов.

Стадии химического выветривания

В соответствии с приведенной последовательностью выделяются 4 стадии химического выветривания;

1. Обломочная, при которой породы превращаются в рыхлые продукты физического выветривания;

2. Обизвесткованного элювия (сиаллитная), когда начинается разложение силикатов, сопровождаемое удалением хлора, серы и обогащение пород карбонатами;

3. Глин (кислая сиаллитная стадия), когда продолжается разложение силикатов и происходит отщепление и вынос оснований (Ca, Mg, Na,K), а также образование каолиновых глин на кислых породах и нонтронитовых – на основных;

4. Латеритов (аллитная), завершающая стадия химического выветривание, на которой идет дальнейшее разложение минералов (отщепляются и выносятся окислы и гидроокислы алюминия и железа – гетит, гидрогетит и гиббсит, гидраргиллит).

Органическое выветривание

Воздействие органического мира на горные породы сводится или к физическому (механическому) разрушению их, или к химическому разложению. Важным результатом органического выветривания (в совокупности с физическим и химическим) является образование почвы, отличительным свойством которой является ее плодородие.

Элювий и кора выветривания

Элювий – это продукты выветривания, оставшиеся на месте своего образования. Все продукты выветривания, которые смещены с места образования вниз по склонам без участия линейного смыва, Ю.А. Билибин предложил назвать делювием, а коллювием Ю.А. Билибин назвал разновидность делювия, достигшую подножия склона и прекратившую движение.

Пример строения современного элювия можно представить в следующем виде (рис. 4).

При нормальных условиях верхние слои элювия измельчены значительно сильнее, чем лежащие ниже. С глубиной продукты выветривания становятся все более и более грубыми. Самый нижний слой состоит из кусков, хотя и отделенных от породы, но залегает на месте образования. Глубже массивные породы разбиты лишь трещинами, количество которых уменьшается с глубиной.

Элювий остается и сохраняется на уплощенных водораздельных поверхностях, а на склонах он начинает двигаться под тяжестью собственного веса и становится уже делювием.

Рис. 4. Строение элювия:

1 — Почвенно-растительный слой; 2 — Латеритный горизонт; 3 — Каолиновый горизонт; 4 — Гидрослюдистый горизонт; 5 — Обломочный горизонт

Под корой выветриванияпонимается вся совокупность продуктов выветривания, залегающая на месте образования или перемещенных на небольшое расстояние и занимающие значительные площади. Нередко термин кора выветривания используют, когда выветривание прошло до стадии каолиновых глин или латеритов.

Термины «элювий» и «кора выветривания» почти синонимы. Различают современную кору выветривания и древнюю (ископаемую или погребенную), перекрытую молодыми породами.

Состав и тип коры выветривания определяется составом коренных пород, климатом и стадией выветривания: 1 – Обломочная; 2 – Гидрослюдистая; 3 – Монтмориллонитовая (нонтронитовая); 4 – Каолиновая; 5 – Латеритная.

Геологическая роль выветривания

1. Выветривание – составная (основная) часть глобального процесса – денудации. И денудация и выветривание протекают селективно, т.е. избирательно. Различные горные породы и минералы в разных климатических условиях выветриваются с разной скоростью, что можно рассмотреть на примере простого строения участка земной коры (рис.6).

Рис. 6. Селективность денудации и выветривания

В условиях влажного климата известняки будут подвергаться интенсивному растворению и выщелачиванию, и на их месте будут понижения в рельефе, а в местах выхода гранитов – возвышенности.

В сухом жарком климате граниты будут разрушаться быстрее, чем известняки и на поверхности будут формироваться понижения в рельефе.

2. выветривание – это начало формирования осадочных горных пород. На поверхности формируются различные обломочные породы: щебень, дресва, песок. Где-то накапливаются каолиновые глины, обогащенные Al в море происходит отложение хемогенных осадков Fe и Mn, Ca, Mg, которые поверхностными и подземными водами вынесены с суши, а соли Na и K находятся в растворимом состоянии.

Таким образом, первоначально сложенные по своему составу коренные породы в процессе выветривания дифференцируются на составные части, состав которых постепенно упрощается вплоть до элементного.

3. При выветривании образуются разнообразные полезные ископаемые: сульфидные руды, каолиновые глины, латериты, строительные материалы и др.

Билет 8. Выветривание горных пород. Условия и виды проявления. Основные типы кор выветривания

Выветривание – совокупность процессов разрушения и химического изменения горных пород в условиях земной поверхности или вблизи нее под воздействием атмосферы, воды и организмов.

Эти процессы подготавливают материал для дальнейшей денудации и аккумуляции. Источники энергии для процессов выветривания – энергия Солнца и физико-химическое воздействие атмосферы (кислород, азот и углекислый газ) и гидросферы. Климат определяет избирательное развитие основных генетических типов выветривания и влияет на скорость их течения. С ним связано формирование почв и полезных ископаемых.

Гипергенез – разрушение верхней части породы.

Условия проявления:

1. Солнечная радиация (от широты места)

2. Кислород, азот и углекислый газ

Выветривание, его виды

4. Органический мир

Свойства самой природы:

1. Минералогический состав

2. Плотность

3. Особенности поверхности (шероховатая или гладкая)

4. Теплоёмкость и теплопроводность пород

5. Увлажнение (увеличивает теплоёмкость и теплопроводность)

Виды выветривания :

Физическим выветриванием называется дезинтеграция горной породы, не сопровождающаяся химическими изменениями ее состава. Два вида:

1. Температурное – происходит без участия внешнего механического воздействия и вызывается изменением температуры. Большое значение имеют амплитуда и скорость изменения температуры. Поэтому суточные колебания температуры при выветривании играют большую роль, чем сезонные.

2. Механическое – происходит под воздействием таких факторов, как замерзание воды в трещинах и порах горных пород, кристаллизации солей . Оно тесно связано с температурным выветриванием. Особенно сильных и быстрый механический разрушитель горных пород – вода. При ее замерзании возникает огромное давление →порода распадается на обломки. Это явление называют морозным выветриванием . Интенсивность его определяется не амплитудой, а частотой колебания температуры около точки замерзания, т.е. около 0º. Протекает преимущественно в полярных странах.

Действие кристаллизирующихся солей происходит в условиях жаркого, сухого климата, где днем при сильном нагревании влага подтягивается к поверхности и соли, которые содержаться в ней, кристаллизируются (минерализованная влага => кристаллизация солей => нарастание кристаллов => солевое выветривание). В результате физ. выветривания компактные породы распадаются на остроугольные обломки разных форм и размеров, т.е. образуется материал, из которого формируются осадочные обломочные породы – глыбы, щебень, дресва, песок.

Проявления:

Десквамация – вид физического выветривания, которому подвергаются породы под действием температуры, и происходит путём отслаивания породы (например, некоторые базальты, валуны, конгломераты).

Химическое выветривание результат взаимодействия горных пород внешней части литосферы с химически активными элементами атмосферы, гидросферы и биосферы.

Наибольшей химической активностью обладают кислород, углекислый газ, вода, органические кислоты. С воздействием этих веществ на горные породы и связано хим. выветривание (коренное изменение минералов и горных пород и образование новых минералов и пород). Изменение исходных минералов и горных пород, их разрушение и разрыхление происходят в результате:

— растворения

— окисления

— гидратации

— гидролиза

В результате хим. выветривания образуются растворимые и тонкодисперсные продукты выветривания.

Кора выветривания – совокупность остаточных (несмещенных) продуктов выветривания. Существует целый ряд классификаций кор выветривания, большинство авторов выделяют следующие типы:

1.Обломочная – состоящая из хим. неизмененных или мало измененных обломков исходной породы; в суровых условиях севера и высокогорьях, а также в каменистых пустынях.

2.Гидрослюдистая – слабые хим. изменения, но содержащая глинистые материалы – гидрослюды, которые образуются за счет изменения полевых шпатов и слюд. Характерны для холодных и умеренных областей с вечной мерзлотой.

3. Монтмориллонитовая – глубокие хим. изменения; главный глинистый минерал – монтмориллонит. В степных и полупустынных областях.

4. Каолинитовая .

5. Красноземная.

6. Латеритная.

Последние два типа коры – это результат длительного и интенсивного выветривания с полным изменением первичного состава исходных пород.

Каждый тип кор выветривания имеет зональный характер . Первые три написаны в классификации; каолинитовая и красноземная характерны для субтропиков, латеритная формируется в условиях жаркого и влажного экваториального климата.

Биологическое (органогенное) выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т.д.).

Однако выделять органогенное выветривание в самостоятельный тип нет необходимости, так как воз-действие организмов на горные породы всегда можно свести к про-цессам механического разрушения или химического выветривания.

Похожая информация:

Поиск на сайте:

Выветривание — процесс разрушения и изменения горных пород в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов.

По характеру среды, в которой происходит выветривание, различают атмосферное и подводное.

По роду воздействия выветривание на горные породы различают:

• физическое выветривание, ведущее только к механическому распаду породы на обломки;
• химическое выветривание, при котором изменяется химический состав горной породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности;
• органическое (биологическое) выветривание, сводящееся к механическому раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельности организмов.
• своеобразным типом выветривание является почвообразование, при котором особенно активную роль играют биологические факторы.

Выветривание горных пород совершается под влиянием воды (атмосферные осадки и грунтовые воды), углекислоты и кислорода, водяных паров, атмосферного и грунтового воздуха, сезонных и суточных колебаний температуры, жизнедеятельности макро- и микроорганизмов и продуктов их разложения.

На скорость и степень выветривания, мощность продуктов выветривания и на их состав, кроме перечисленных агентов, влияют также рельеф и геологическое строение местности, состав и структура материнских пород. Подавляющая масса физических и химических процессов выветривания (окисление, сорбция, гидратация, коагуляция) происходит с выделением энергии. Обычно виды В. действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает.

Физическое В. происходит главным образом в условиях сухого и жаркого климата и связано с резкими колебаниями температуры горных пород при нагревании солнечными лучами (инсоляция) и последующем ночном охлаждении; быстрое изменение объёма поверхностных частей пород ведёт при этом к их растрескиванию. В областях с частыми колебаниями температуры около 0°С механическое разрушение пород происходит под влиянием морозного В.; при замерзании воды, проникшей в трещины, объём ее увеличивается и порода разрывается.

Виды выветривания

Химические и органические В. свойственны главным образом пластам с влажным климатом. Основные факторы химического В. - воздух и особенно вода, содержащая соли, кислоты и щелочи. Водные растворы, циркулирующие в толще пород, помимо простого растворения, способны производить также сложные химические изменения

Выветривание горных пород — сложный процесс , в котором выделяется несколько форм его проявления :

• 1-я форма — механическое дробление горных пород и минералов без существенного изменения их химических свойств — называется механическим или физическим выветриванием.
• 2-я форма — химическое изменение вещества, приводящее к превращению исходных минералов в новые — называется химическим выветриванием.
• 3-я форма — органическое (биологохимическое) выветривание: минералы и горные породы физически и главным образом химически изменяются под воздействием жизнедеятельности организмов и органического вещества, образующегося при их разложении.

Меры защиты от выветривания камня в конструкциях:

Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатационной среды, химико-минералогического состава и структуры материала. Однако даже самые прочные породы, из которых выполнен материал, под непрерывным механическим и химическим воздействием атмосферных факторов и различных микроорганизмов разрушаются.

Основные причины выветривания природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутреннее напряжение; частое изменение температуры и влажности, вызывающее появление микротрещин; растворяющее действие воды и понижение прочности при водонасыщении; химическая коррозия под действием газов (О2, СО2 и др.), содержащихся в атмосфере, и веществ, растворенных в грунтовой или морской воде. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайники), поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.

Стойкость материалов против выветривания тем выше, чем меньше их пористость и растворимость. Поэтому все мероприятия по защите каменных материалов от выветривания направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение поверхностной плотности. Эти меры могут быть конструктивными и химическими.

Конструктивно защиту конструкций от увлажнения осуществляют путем устройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, не задерживается и не проникает внутрь материала.

К химическим мероприятиям относят создание на лицевой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя или ее гидрофобизацию.

Одним из способов повышения поверхностной плотности является флюатирование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты (флюатами), например флюатами магния. В результате происходящей реакции:

2СаСО3 + MgSiF, = 2CaF2 + MgF2 + SiOa + 2CO2

в поверхностных порах камня выделяются практически нерастворимые в воде фториды кальция и магния и кремнезем, уменьшая пористость и водопоглощение поверхностного слоя и несколько препятствуя загрязнению облицовки пылью.

Некарбонатные пористые породы предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например хлористым кальцием, а после просушки - содой, затем флюатом.

Гидрофобизация, т. е. пропитка пористого каменного материала гидрофобными (водоотталкивающими) составами, препятствующими проникновению влаги в материал, также повышает их стойкость против выветривания. Хорошие результаты дает пропитка кремнийорганическими жидкостями и другими полимерными материалами, а также, растворами парафина, стеарина или металлических мыл (алюминиевого, цинкового и др.) в легкоиспаряющихся органических растворителях (бензине, лаковом керосине и т.д.).

Долговечность пористого камня значительно увеличивает пропитка его поверхностного слоя раствором мономера с последующей полимеризацией мономера в порах камня при термокаталитической или радиационной обработке.

Дата публикования: 2014-12-10; Прочитано: 2307 | Нарушение авторского права страницы

Виды выветривания

1.1. Температурное выветривание

Механизм температурного выветривания определяется: суточными и сезонными колебаниями температур; разными коэффициентами теплового расширения, сжатия и теплопроводности минералов;

Это приводит к возникновению напряжений между минералами и нарушению сил сцепления. Минеральные зерна в разной степени температурного выветривания сжимаются и расширяются, а потому возникают сжимающие и расширяющиеся усилия.

Особенно ярко этот процесс температурного выветривания проявляется среди полиминеральных горных пород, и в частности, среди гранитов, сиенитов, габбро, гнейсах и кристаллических сланцев.

У кварца и кальцита температурный коэффициент линейного расширения в направлении, перпендикулярном тройной оси, в два раза превышает тот же коэффициент в направлении, параллельном ей. Возникающие местные напряжения приводит к разрушению минеральных зерен.

Вследствие этого даже мономинеральные горные породы, такие как кварцевые песчаники, кварциты, известняки, известковые песчаники, мрамора и другие, быстро разрушаются из-за температурных колебаний.

На интенсивность температурного выветривания влияют :

цвет горных пород: темноцветные минералы нагреваются и остывают быстрее и больше, чем бесцветные. Поэтому темноокрашенные горные породы быстрее разрушаются.

размеры слагающих ее минеральных зерен. Чем крупнее зерна, тем быстрее они разрушаются.

Процесс температурного выветривания наиболее интенсивно протекает в областях с резкими контрастами температур, сухостью воздуха и слабым развитием или полным отсутствием растительности.

Из-за температурного фактора и при наличии влаги поверхность горных пород начинает шелушиться.

От поверхности отслаиваются чешуи или различной толщины пластины. Этот процесс особенно хорошо выражен на отдельных глыбах или валунах.

Температурное выветривание активно протекает на вершинах и склонах гор, не покрытых снегом или льдом. Здесь вследствие высокой инсоляции поверхность хорошо и активно прогревается, а в ночное время остывает до отрицательных температур.

Под действием замерзающей воды легко раскалываются трещиноватые и пористые породы.

В жарких районах механическое воздействие на горные породы и их дезинтеграция происходят в результате роста кристаллов солей в капиллярных трещинах и порах. В дневное время поверхность пород сильно прогревается, капиллярная вода притягивается к поверхности и испаряется, а соли, содержащиеся в ней, кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов трещины и поры расширяются.

Особенно сильным разрушающим фактором при механическом выветривании оказывает замерзающая вода.

Сильное механическое воздействие на толщи горных пород оказывают корневая система деревьев, трав, а также животные (муравьи, земляные черви, норные звери).

Дата публикования: 2014-11-19; Прочитано: 227 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Выве́тривание - совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием колебаний температуры, циклов замерзания и химического воздействия воды, атмосферных газов и организмов.

Выветривание происходит за счёт совокупного воздействия на верхнюю оболочку литосферы агентов (факторов) выветривания из гидросферы, атмосферы и биосферы. В результате образуются кора выветривания и продукты выветривания. Выветривание может проникать на глубину до 500 метров

Типы выветривания

Различают несколько типов выветривания, которые могут преобладать в разной степени:

1. Физическое или механическое (трение, лёд, вода и ветер)
2. Химическое
3. Биологическое (органическое)
4. Радиационное (ионизирующее)

Физическое или механическое

Чем больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Причиной механического выветривания также является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается в объёме на 1/10 своего объёма, что способствует ещё большему выветриванию породы. Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Селевые потоки, ветер, сила тяжести, землетрясения, извержения вулканов также содействуют физическому выветриванию горных пород.

Механическое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создаёт благоприятные условия для химического выветривания. В результате катаклизмов с поверхности могут осыпаться породы, образуя плутонические породы. Всё давление на них оказывают боковые породы, из-за чего плутонические породы начинают расширяться, что ведёт к рассыпанию верхнего слоя пород.

Химическое

Химическое выветривание - это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественное изменение их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода - энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород - гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды:

KAlSi3O8+H2O→HAlSi3O8+KOH

Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии углекислого газа KOH переходит в форму карбоната:

2KOH+CO2=K2CO3+H2O

Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации - присоединению частиц воды к частицам минералов. Например:

2Fe2O3+3H2O=2Fe2O3·3H2O

В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы, содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окислей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов.

2FeS2+7O2+H2O=2FeSO4+H2SO4;

12FeSO4+6H2O+3O2=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3;

2Fe2(SO4)3+9H2O=2Fe2O3·3H2O+6H2SO4

Биогенное

Биогенное выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения, лишайники). В процессе своей жизнедеятельности они воздействуют на горные породы механически (разрушение и дробление горных пород растущими корнями растений, при ходьбе, рытье нор животными). Особенно большая роль в биогенном выветривании принадлежит микроорганизмам.

Радиационное

Радиационным выветриванием называется разрушение пород под действием радиационного, или солнечного излучения.

Выветривание

Радиационное выветривание оказывает влияние на процессы химического, биологического и физического выветривания. Характерным примером породы, подверженной радиационному выветриванию, может служить реголит на Луне.

Продукты выветривания

В результате действия агентов выветривания формируются коры выветривания. Различают коры физического и химического выветривания.

Продуктом выветривания в ряде областей Земли на дневной поверхности являются курумы. Продуктами выветривания в определённых условиях становятся щебень, дресва, «шиферные» обломки, песчаные и глинистые фракции, включая каолин, лессы, отдельные обломки горных пород различных форм и размеров в зависимости от петрографического состава, времени и условий выветривания.

См. также

Примечания

1. Выветривание // Геологический словарь. Т. 1. М.: Госгеолтехиздат, 1960. С. 141.
2. Полынов Б. Б. Кора выветривания. М.: Изд-во АН СССР, 1934. 242 с.

Ссылки

«Гора смерти» около парка «Корниш» в Серово в Санкт-Петербурге«Арка» в штате Юта (США), пример механического выветриванияСкалы у Колыванского озера, Алтайский край

Выветривание минералов представляет собой сложный и длительный по времени процесс, в ходе которого разрушается их поверхность. На выветривание влияет множество факторов, и, в зависимости от этого, различают три его типа: механическое, органическое и химическое выветривание горных пород.

Виды выветривания

По сути, выветривание – это разрушение или полное изменение структуры минералов под влиянием углекислого газа, кислорода, воды, температурных колебаний, представителей флоры и фауны.

Исходя из того, какой из этих факторов оказывает большее влияние на тот или иной участок горной породы, различают три типа выветривания:

• физическое (механическое);
• химическое ;
• биологическое (органическое).

Все эти типы связаны друг с другом самым тесным образом, и зачастую действуют одновременно, а на преобладание какого-то конкретного вида выветривания влияют лишь природные условия.

Как правило, данные процессы происходят на суше, гораздо реже - на дне водоемов.

В областях, где преобладают аридные, полярные или высокогорные почвы, характеризующиеся скудным запасом воды, преобладает физическое выветривание. В то время как в субтропиках и трупиках - химический его тип.

Рис. 1. Аридные почвы

Особенности химического выветривания

Химическое выветривание - это разрушение минералов и принципиальное изменение их состава, что приводит к образованию совершенно новых соединений.

Данный процесс наиболее активно идет в карбонатных породах, для которых характерна раздробленность и повышенная водопроницаемость. Особенно большое влияние на протекание разрушительного процесса оказывает вода.

Рис. 2. Карбонатные горные породы

Скорость химического выветривания многократно увеличивается, если в водном растворе есть органические кислоты, углекислота и кислород. Эти вещества обладают высокой активностью, которую способны передавать и воде.

Выделяют 4 основные реакции химического выветривания:

• Окисление - присоединение молекул кислорода, за счет чего происходит образование новых соединений. К примерам химического выветривания горных пород под воздействием кислорода можно отнести переход сидерита и пирита в гематит.
• Гидратация - присоединение воды, то есть прикрепление молекул воды к поверхности кристаллической решетки минерала. Типичный пример гидратации - переход ангидрида в гипс.

Рис. 3. Гипс

• Растворение - растворение молекул одного вещества в другом веществе без качественного изменения его состава. Почти все минералы, так или иначе, растворяются, но больше всего этому процессу подвержены осадочные горные породы.
• Гидролиз - сложный, поэтапный химический процесс, при котором под воздействием воды и растворенных в ней ионов происходит полное изменение структуры минералов. Каолинит - пример горной породы, которая появляется за счет выветривания под влиянием гидролиза.

Выветривание — совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием колебаний температуры, циклов замерзания и химического воздействия воды, атмосферных газов и организмов.

Выветривание происходит за счёт совокупного воздействия на верхнюю оболочку литосферы агентов (факторов) выветривания из гидросферы, атмосферы и биосферы. В результате образуются кора выветривания и продукты выветривания. Выветривание может проникать на глубину до 500 метров .

«Гора смерти» около парка «Корниш» в Серово в Санкт-Петербурге

Типы выветривания

Различают несколько типов выветривания, которые могут преобладать в разной степени:

Физическое или механическое (трение, лёд, вода и ветер);

Химическое;

Биологическое (органическое);

Радиационное (ионизирующее).

Физическое

Чем больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Следующим шагом в механическом выветривании является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается в объёме на 1/10 своего объёма, что способствует ещё большему выветриванию породы.

"Арка" в штате Юта (США), пример механического выветривания

Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Селевые потоки, ветер, сила тяжести, землетрясения, извержения вулканов также содействуют физическому выветриванию горных пород. Механическое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создает благоприятные условия для химического выветривания. В результате катаклизмов с поверхности могут осыпаться породы, образуя плутонические породы. Всё давление на них оказывают боковые породы, из-за чего плутонические породы начинают расширяться, что ведёт к рассыпанию верхнего слоя пород.

Химическое

Химическое выветривание — это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественное изменение их химического состава с образованием новых минералов и соединений.

Скалы у Колыванского озера, Алтайский край

Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода — энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород — гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды.

Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии углекислого газа KOH переходит в форму карбоната.

Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации — присоединению частиц воды к частицам минералов.

В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы, содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов.

Биологическое

Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения).В процессе своей жизнедеятельности они воздействуют на горные породы механически (разрушение и дробление горных пород растущими корнями растений, при ходьбе, рытье нор животными). Особенно большая роль в биологическом выветривании принадлежит микроорганизмам.

Радиационное

Радиационным выветриванием называется разрушение пород под действием радиационного, или солнечного излучения. Радиационное выветривание оказывает влияние на процессы химического, биологического и физического выветривания. Характерным примером породы, подверженной радиационному выветриванию, может служить реголит на Луне.

Реголи́т (от др.-греч. ῥῆγος - одеяло и др.-греч. λίθος - камень) — остаточный грунт, являющийся продуктом выветривания породы на месте.

В настоящее время этим термином чаще всего называют поверхностный слой сыпучего лунного грунта.

След ботинка Б. Олдрина на реголите (Аполлон-11)

Лунный грунт, доставленный экипажем Аполлона-11 (подарок СССР от США), Музей космонавтики

Термин реголит впервые применил американский геолог Г. П. Мерриль в 1897 году. Он дал ему такое определение:

Реголит — все поверхностные рыхлые образования, представляющие верхние слои земной поверхности: гумусовые почвы, аллювий, продукты выветривания пород, каковы латерит, эоловые отложения, осыпи склонов, ледниковые отложения и т. д.

Современный термин реголит чаще всего применяется по отношению к лунному грунту, как:

Несцементированный продукт дробления и переотложения лунных пород, сплошным чехлом покрывающий поверхность Луны. Реголит состоит из обломков лунных пород и минералов размером от пылевых частиц до нескольких метров в поперечнике, стёкол, литифицированных брекчий, фрагментов метеоритов и т. д.

Термин также применим и к материалам, покрывающим и поверхности других небольших безатмосферных планет и спутников (например Меркурия, Деймоса), а также астероидов. Реголит возникает в результате дробления, перемешивания и спекания лунных пород при падениях метеоритов и микрометеоритов в условиях вакуума и ничем не ослабленного космического излучения.

По радиоизотопам было установлено, что некоторые обломки на поверхности реголита находились на одном и том же месте десятки и сотни миллионов лет.

Состав лунного реголита

Неслоистый, рыхлый, разнозернистый обломочно-пылевой слой, достигающий толщины нескольких десятков метров. Состоит из обломков изверженных пород, минералов, стекла, метеоритов и брекчий ударно-взрывного происхождения, сцементированных стеклом.

По гранулометрическому составу относится к пылеватым пескам (основная масса частиц имеет размер 0,03—1 мм). Цвет темно-серый, до черного с включениями крупных частиц, имеющих зеркальный блеск. Частицы грунта обладают высокой слипаемостью из-за отсутствия окисной пленки на их поверхности и высокой электризации. Кроме того, лунная пыль легко поднимается вверх от ударных воздействий и хорошо прилипает к поверхности твердых тел, что доставляло много неудобств участникам экспедиций «Аполлон». По утверждению Армстронга, Олдрина и профессора В. Ф. Скотта в земной атмосфере реголит имеет характерный запах гари и отстрелянных пистонов.

Александр Павлович Виноградов (9 (21) августа 1895 — 16 ноября 1975) — советский геохимик, организатор и директор Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) АН СССР, основатель и руководитель первой отечественной кафедры геохимии (в МГУ), вице-президент, академик АН СССР. Иностранный член Болгарской АН (1974).

А. П. Виноградов выделяет в реголите два типа частиц: угловатые, похожие на только что раздробленную породу, и преобладающие окатанные частицы со следами оплавления и спекания. Многие из них остеклованы и похожи на стеклянные и металлические капли. По минеральному составу реголита установлено, что лунные моря сложены преимущественно базальтами, а среди пород материков преобладают анортозиты и их разновидности. Для реголита обоих типов характерно присутствие частиц металлического железа.

Образцы лунного реголита (Хабаровский краевой музей имени Н. И. Гродекова)

Доставка реголита с Луны

Первое инструментальное определение плотности и прочности поверхностного слоя реголита было осуществлено советской автоматической станцией «Луна-13» 24-31 декабря 1966 года.

Впервые лунный грунт был доставлен на Землю экипажем космического корабля «Аполлон-11» в июле 1969 года в количестве 21,7 кг. В ходе лунных миссий по программе Аполлон всего на Землю было доставлено 382 кг лунного грунта.

Реголит под колёсами Лунного автомобиля

Автоматическая станция «Луна-16» доставила 101 г. грунта 24 сентября 1970 года (уже после экспедиций Аполлон-11 и Аполлон-12).

«Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24» доставили грунт из трёх районов Луны: Моря Изобилия, материкового района вблизи кратера Амегино и Моря Кризисов в количестве 324 г., и он был передан в ГЕОХИ РАН для исследования и хранения.

Лунная программа Китая планирует доставить до 2 кг реголита космическим аппаратом «Чанъэ-5» в 2017 году.

Продукты выветривания

Продуктом выветривания в ряде областей Земли на дневной поверхности являются курумы. Продуктами выветривания в определенных условиях становятся щебень, дресва, «шиферные» обломки, песчаные и глинистые фракции, включая каолин, лессы, отдельные обломки горных пород различных форм и размеров в зависимости от петрографического состава, времени и условий выветривания.

Курумы

Куру́мы (древне-тюркское gorum — «каменистые россыпи», «нагромождения острых камней», «обломки скал») — термин, которым оперируют физическая география, геология и геоморфология; имеет два значения:

Локальные, ограниченные в трёхмерном пространстве скопления каменных остроугольных глыб, образовавшиеся естественным путем, имеющие вид сомкнутого нерасчлененного покрова на дневной поверхности земли;

Вид земной поверхности сложного строения, — курумлэнд, — представляющий собой сомкнутую группу каменных глыб крупного размера с острыми обломанными краями, расположенную на нерасчленённой подстилающей поверхности различного наклона и имеющую способность перемещаться. Обладает собственным микроклиматом, гидрологией, растительным и животным миром.

Ведущим научным центром изучения курумов в Российской Федерации является Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова.

Витоша (болг. Витоша) — горный массив в Болгарии

Витош

Термин широко распространён во многих областях Азии. Прочно закрепился в мировой географической литературе и картографии в названии горной системы Каракорум или Каракурум, что значит с древнетюркского «чёрный камень, чёрная скала».

K2 (Baltoro Музтаг, Центральный Каракорум, Пакистан)

В научный оборот в русском языке термин курум для обозначения обширных крупнообломочных каменных россыпей ввёл российский геолог Я. А. Макеров в своей монографии «Нагорные террасы Сибири и их происхождение» (1913). Термин прочно утвердился в ряде других языков. Однако в российской научной литературе употребляется большое количество синонимов слова «курум» — «каменистая осыпь», «каменная россыпь», «каменный шлейф», «обломочные накопления», «глыбовая россыпь», «курумовое поле», «каменная река», «каменное море», «каменный глетчер», «движущийся поток щебня», «курумник», «развалы каменных глыб». Российский исследователь А. Ф. Глазовский приводит сведения, что в ряде горных районов Алтая и Саян этот природный феномен называют «уронниками».

Курумник на Урале

Каменная река на Фолклендских островах

Отличительные особенности курума: это обычно крупные глыбы — статистически размеры пока не определены, но обычно от нескольких см в малом поперечнике до 1—2 м, имеющие вид свежеобломанных, но никогда не окатанные, в движении при столкновении друг с другом и трении о подстилающую поверхность могут приобретать очень незначительную окатанность, смыкаются друг с другом, образуя группы в количестве от нескольких глыб до десятков тысяч и более. Курум может занимать площадь от единиц м² в проекции на подстилающую поверхность до колоссальных по размерам «полей» или «каменных морей». В отдельных регионах Земли курумы сплошь покрывают каменным чехлом всю местность, образуя своеобразную, ни на что не похожую так называемую «дневную поверхность».

Курумы надо отличать от щебёночных и дресвяных россыпей, которые сложены мелким обломочным материалом — щебенкой и дресвой.

Курумы образуются там, где на дневную поверхность выходят твёрдые горные породы. Чаще всего это горные районы или плато всех континентов. Курумы обычно образуются при разрушении различных видов известняков, кристаллических сланцев, гранитов, гнейсов, базальтов, долеритов, песчаников, кварцитов, амфиболитов, диабазов, порфиритов, витрокластических туфов.

Одним из первых на генезис или происхождение курумов указал российский военный географ белорусского происхождения Н. М. Пржевальский; он полагал, что курумы образуются вследствие разрушения скальных горных пород в силу неравномерного нагрева и охлаждения там, где велика амплитуда дневных и ночных температур. Очевидно также, что курумообразование интенсивнее проходит весною и осенью в силу тех же причин. Возможно, растрескивание горных пород может происходить, когда на нагретую поверхность скал изливается холодный дождь.

Существует несколько природных зон образования курумов, все из которых имеют суровый нивальный климат: Арктика, Антарктика и прилегающие к ним полярные и субполярные области, субнивальный и нивальный или «холодный» пояс гор, зоны зимних антициклонов. Так, в зоне зимнего Сибирского антициклона обычно от середины осени всю зиму и часть весны стоит ясная солнечная погода с самыми низкими в Северном полушарии Земли температурами приземного воздуха. Это область широкого распространения курумов, что свидетельствует о морозном выветривании горных пород, выступающих на дневную поверхность.

Распространение курумов по поверхности Земли крайне неравномерно. Есть области, где курумы являются преобладающим типом земной поверхности, в иных местах это лишь «пятна» в рельефе, где-то курумы не встречаются вообще, и это составляет загадку современной геоморфологии. Происхождение или генезис курумов, а значит и география их распространения очевидно является следствием большого числа различных факторов: литологии, климата, экспозиции склонов, абсолютной высоты местности и других. Так на Тянь-Шане и Гиссаро-Алае курумы не являются преобладающим типом поверхности; в бассейне реки Витима курумы занимают чрезвычайно обширные площади.

Свентокшиские горы, Польша

Мальорка

Вопрос происхождения или генезиса курумов является предметом научных дискуссий, и мнения исследователей расходятся. По существующим данным курумы в целом могут быть отнесены к трём группам:

Реликтовые курумы, оставшиеся в рельефе с прошлых эпох;

- «молодые» курумы, образовавшиеся в эпоху последних континентальных оледенений;

Курумы, образующиеся в настоящее время.

Исходным материалом для образования каменных отдельностей или глыб служат первоначально нерасчлёненные «материнские» горные породы. Место, где курумы образуются, иногда называют «областью питания» курума. Со временем курум может разрастаться, увеличиваясь в размерах, двигаться по подстилающей его поверхности и занимать всё большую и большую площадь. Наступающая передняя кромка подвижной массы сомкнутых крупнообломочных глыб носит название «фронт курума», боковые его окраины — «флангами», а область, где курум зарождается и откуда он начал своё движение — «тылом курума». На плоских вершинах гор курумов обычно нет, но склоны их часто бывают обильно покрыты сплошным слоем крупных каменных обломков.

Ряд наблюдений показывает, что курумы, погребённые ранее в толще рыхлых отложений, могут вновь появиться на дневной поверхности в силу различных причин.

Курумы могут поставлять обломочный каменный материал для морен различного генезиса, селей, склоновых осыпей, образовывать пороги в реках и ручьях или вообще загромождать их русла. Наличие курумов, их способность двигаться необходимо учитывать при строительстве различных сооружений. Поэтому курумы и их свойства изучают инженерные геология и геоморфология.

В общем виде процесс курумообразования и движения каменных масс курумов вниз по склону приводит к нивелированию рельефа и снижению его абсолютной высоты. Курумы — продукт разрушения «материнских» горных пород, что является процессом деструкции горных масс и ведёт к денудации рельефа.

Невнимательные исследователи иногда путают курумы с моренами различного происхождения, осовами, остановившимися селями, осыпями и другими формами обломочных и иных покровов, сложенных каменными отдельностями. Иногда курумы образуют протяжённые ленты на склонах гор, когда ширина такого «потока» меньше его длины и тогда такие образования называют «каменными реками». Глубина или толщина покрова, состоящего из глыб различна, но не слишком велика. Щебень, дресва и иные мелкие обломки обычно разрушаются, смываются водой вниз по склону, обнажая пустоты между глыбами. Для небольших животных курумы предоставляют убежища от более крупных хищников. Крупным животным, лошади и человеку передвигаться по поверхности курума чрезвычайно затруднительно, а иногда и просто невозможно.

Наблюдения и опыты показывают, что многие курумы двигаются, обычно вниз по склонам гор. Иногда это медленное движение, иногда — катастрофически быстрое как, например, во время землетрясения. Описаны случаи подвижки курумов со страшным грохотом зимою в горах севера Восточной Сибири. В своём движении курумы могут срезать почвенный покров, уничтожать растительность, изменять условия обитания животных, гидрологический режим и атмосферные процессы в приземном слое.

Неподвижный курум называют «мёртвым» или «спящим». Неподвижные курум имеет свойство покрываться различными видами растительности и заселяется определёнными видами животных, которым курум предоставляет возможность устраивать норы и убежища, а также естественно защищённые ходы сообщения.

Курум обладает собственным микроклиматом, который определяется его морфометрией, местоположением и заселяющей его растительностью и животным миром. По данным российского геоморфолога Ю. Г. Симонова в Восточной Сибири глубина проникновения суточных температур в «тело» курума в среднем составляет 0,4 м.

Иногда курумы сплошь покрыты мхами и другой растительностью, которая их совершенно маскирует. В силу своей архитектоники курумы обладают собственными весьма специфичными свойствами: так в «теле» курума может круглогодично сохраняться лёд и фирн; очевидно, что внутрь «толстого» курума не проникают солнечные лучи, он не обдуваются внутри тёплыми ветрами и является аккумулятором холода. Иногда курумы «бронируют» подстилающие горные породы и под курумами в нивальном климате образуются «пятна» многолетней мерзлоты. От таяния снега и фирна в «теле» курума образуются временные, а иногда и постоянные, меняющие лишь объём стока в зависимости от времени суток и года, водные потоки, невидимые с поверхности, но ясно слышимые. Сливаясь, такие потоки ниже по склонам гор выходят на дневную поверхность и образуют уже настоящие ручьи и даже реки, формирующие собственные русла. Курумы также в отдельных регионах обладают свойством аккумулировать в своём «теле» атмосферную влагу и, к удивлению путешественников, можно обнаружить лужицы воды и ручейки даже вблизи вершин гор. Гидрогеологи до настоящего времени не удаётся достоверно учесть водный баланс с учётом «курумовых» вод. В Бурятии и Читинской области по данным российского гидрогеолога Н. А. Вельминой до 20% подземных вод образуется за счёт конденсации атмосферной влаги в курумах. Эту особенность покровов, сложенных обломочными породами с глубокой древности использовали цивилизации Азии. Так, в отдельных местностях, создавая искусственный покров из обломков горных пород вокруг деревьев, человек полностью удовлетворял растение необходимой влагой и полив не требовался! Этот агротехнический приём широко применялся обитателями Крыма. Также существует изумительный способ «создания» искусственных ручьёв в пустынных областях, а именно: на наклонной каменистой или глинистой поверхности делается протяжённый желоб и, затем, на всем его протяжении складывают пирамиды камней; атмосферная влага переходит из газообразного в жидкое состояние на поверхности камня, стекает вниз и образует настоящий ручей пресной воды.

Курумы, не используя настоящий термин, описывали многие географы и путешественники всех времён и народов. Одним из первых курумы на склоне горного массива Мунку-Сардык в горах Восточного Саяна специальным знаком обозначил на своей карте российский геолог и географ С. П. Перетолчин в монографии «Ледники хребта Мунку-Сардык». Начиная с XX века на российских топографических картах и другой инженерно-геологической документации курумы обозначаются специальным условным знаком .

Регионы широкого распространения

Бырранга

Примерное расположение гор Бырранга на полуострове Таймыр

Саяны

Западный Саян, хребет Ергаки. Висячий камень в западной части Ергак

Урал

Каменные реки Урала

Остров Врангеля

Остров Врангеля - Карта расположения

Цветная фотография острова Врангеля, сделанная из космоса в 2001 году

Остров Врангеля — снимок из космоса

Горы на острове Врангеля

В горах на острове Врангеля

Становое нагорье

Фолклендские острова

Спутниковый снимок архипелага

Эрозия

Эро́зия (от лат. erosio — разъедание) — разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.

Часто, особенно в зарубежной литературе, под эрозией понимают любую разрушительную деятельность геологических сил, таких, как морской прибой, ледники, гравитация; в таком случае эрозия выступает синонимом денудации. Для них, однако, существуют и специальные термины: абразия (волновая эрозия ), экзарация (ледниковая эрозия ), гравитационные процессы, солифлюкция и т. д. Такой же термин (дефляция) используется параллельно с понятием ветровая эрозия , но последнее гораздо более распространено.

По скорости развития эрозию делят на нормальную и ускоренную . Нормальная имеет место всегда при наличии сколько-либо выраженного стока, протекает медленнее почвообразования и не приводит к заметным изменением уровня и формы земной поверхности. Ускоренная идет быстрее почвообразования, приводит к деградации почв и сопровождается заметным изменением рельефа.

По причинам выделяют естественную и антропогенную эрозию. Следует отметить, что антропогенная эрозия не всегда является ускоренной, и наоборот.

Эрозия в каньоне Антилоп, юго-запад США

Ветровая эрозия почв, о. Гавайи

Ветровая эрозия

Это разрушающее действие ветра: развевание песков, лесов, вспаханных почв; возникновение пыльных бурь; шлифовка скал, камней, строений и механизмов твердыми частицами, переносимыми силой ветра. Ветровая эрозия подразделяется на два типа:

Повседневная

Пыльные бури

Начало пыльной бури связано с определенными скоростями ветра, однако из-за того, что летящие частицы вызывают цепную реакцию отрыва новых частиц, окончание её происходит при скоростях существенно меньших.

Валун из гнейса, подверженный ветровой эрозии (горы Наньшань, Китай)

Наиболее сильные бури имели место в США в 1930-е годы («Пыльный котёл») и в СССР в 1960-е годы, после освоения целины. Чаще всего пыльные бури связаны с нерациональной хозяйственной деятельностью человека, а именно — массированной распашкой земель без проведения почвозащитных мероприятий.

Выделяют и специфические дефляционные формы рельефа, так называемые «котловины выдувания »: отрицательные формы, вытянутые по направлению господствующих ветров.

Водная эрозия

Промоины на пшеничном поле, США

Водная эрозия происходит под воздействием временных потоков атмосферных вод (ливневые дожди, талые воды и т. д.).

Капельная эрозия

Разрушение почвы ударами капель дождя. Структурные элементы (комочки) почвы разрушаются под действием кинетической энергии капель дождя и разбрасываются в стороны. На склонах перемещение вниз происходит на большее расстояние. Падая, частички почвы попадают на плёнку воды, что способствует их дальнейшему перемещению. Этот вид водной эрозии приобретает особое значение во влажных тропиках и субтропиках .

Плоскостная эрозия

Под плоскостной (поверхностной) эрозией понимают равномерный смыв материала со склонов, приводящий к их выполаживанию. С некоторой долей абстракции представляют, что этот процесс осуществляется сплошным движущимся слоем воды, однако в действительности его производит сеть мелких временных водных потоков.

Поверхностная эрозия приводит к образованию смытых и намытых почв, а в более крупных масштабах —делювиальных отложений.

Линейная эрозия

В отличие от поверхностной, линейная эрозия происходит на небольших участках поверхности и приводит к расчленению земной поверхности и образованию различных эрозионных форм (промоин, оврагов, балок, долин). Сюда же относят и речную эрозию, производимую постоянными потоками воды.

Смытый материал отлагается обычно в виде конусов выноса и формирует пролювиальные отложения.

Линейная эрозия бывает двух видов:

Глубинная (донная) — разрушение дна русла водотока. Донная эрозия направлена от устья вверх по течению и происходит до достижения дном уровня базиса эрозии;

Боковая — разрушение берегов.

В каждом постоянном и временном водотоке (реке, овраге) всегда можно обнаружить обе формы эрозии, но на первых этапах развития преобладает глубинная, а в последующие этапы — боковая.

Пример совмещённых боковой и глубинной эрозий. Берег Сухоны

Распространение эрозии

Процессы эрозии распространены на Земле повсеместно. Ветровая эрозия преобладает в условиях аридного климата, водная эрозия — в условиях гумидного климата.

Корра́зия (лат. corrado — скоблить, скрести) — процесс механической эрозии, обтачивания, истирания, шлифования и высверливания массивов горных пород движущимися массами обломочного абразивного материала, перемещаемого водой, ветром, льдом или смещающегося под действием силы гравитации по склонам. Так, в пустынях корразия происходит под действием песка, в ложе ледника — валунами, в русле реки — влекомыми водой обломками. В результате на поверхности пород образуются ячеистая структура, борозды, ложбины и другие углубления.

Суффозия (от лат. suffosio — подкапывание) — вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения. Одна из характеристик азмываемости грунтов.

Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи и образованию западин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров, а также пещер. Другим следствием может быть изменение гранулометрического состава пород как подверженных суффозии, так и являющихся фильтром для вынесенного материала.

Одна из диковинных форм рельефа, осложняющая Улуру. Здесь существует множество пещер, генезис которых пока не ясен. Возможно, их формирование связано с суффозией или карстом. По-видимому, эти процессы имели здесь место на протяжении миллионов (или десятков миллионов лет), что и привело к образованию форм рельефа, которые, скорее, можно ожидать на известняковом плато...

Наиболее широкое развитие суффозия получает в области распространения лёссов и лёссовидных суглинков, под склонами долин рек, часто по ходам роющих животных. Одним из необходимых условий суффозии является наличие в породе как крупных частиц, образующих неподвижный каркас, так и вымывающихся мелких. Вынос начинается лишь с определенных значений напора воды, ниже которых происходит только фильтрация.

В карбонатных и гипсоносных песчано-глинистых отложениях и мергелях карст и суффозия могут проявляться одновременно. Это явление носит название глинистый карст или глинистый псевдокарст .

Кигиляхи (якут. кисиляхи, киси — человек) — высокие скальные столбы причудливой формы, образованные в результате криогенного выветривания. Камни, торчащие на поверхности плоских гор или из-подо льда со снегом, похожи на человека, откуда и происходит название.

Кигиляхи. Каменные великаны и их секреты

Фото: meic/ykt.ru

На нашей планете множество мест, происхождение которых не способен в полной мере объяснить человек. Вокруг таких объектов рождается множество легенд и сказаний, объясняющих то, что с трудом поддается рациональному объяснению. Кигиляхи, или кисиляхи, — одни из таких объектов. Они представляют собой высокие столбы, образованные из горных пород, которые обычно располагаются на вершинах скал в ходе выветривания. Неудивительно, что высокие столбы, напоминающие собой застывшие фигуры великанов, стали героями многих легенд Якутии, где они и располагаются.

ИСТОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КИГИЛЯХОВ

Самое большое количество столбов-кигиляхов находится в северной Якутии, самые впечатляющие каменные фигуры расположены на Новосибирских островах, именно сюда приезжает большинство туристов. Интересно, что с якутского «кисилях» дословно переводится как «место, где есть люди», так как само слово «кис» — «человек». Известно, что якутские кисиляхи возникли около 120 млн. лет назад. Примерно в это время образовались Верхоянский и Черский хребты в результате наезда Северо-Американской континентальной плиты на Евразийскую. Именно после образования складок на этих хребтах начали формироваться и кигиляхи. Правда, своим происхождением они обязаны выветриванию, которое в условиях морозной погоды и местонахождения (вершины скал) и образует каменные столбы. Материал, из которого состоят кигиляхи, — это твердые горные породы, в основном гранит.

Есть другая версия происхождения этих скал, она, как водится, связана с потусторонними силами. Легенда гласит, что когда-то землю еще не покрывали снега и вечная мерзлота, люди тогда обитали в основном именно в горных местностях. Но с течение времени менялся и климат, жилище в скалах стало непригодным, так как началось сильное похолодание. В момент, когда жизнь стала совсем невозможной, люди решили переселиться на юг, спуститься с гор. Но во время перехода Кисиляхского хребта многие из них, не выдержав холода, замерзли. Со временем они превратились в каменные столбы, которые, покрываясь все новыми и новыми слоями камня, достигли своих настоящих размеров.

Фото: meic/ykt.ru

РАСПОЛОЖЕНИЕ

Кигиляхи достаточно распространены по всему миру, они есть в Казахстане — известен массив Койтас, есть горные ряды в Забайкалье. В разных странах каменные столбы называют по-разному, где-то — «каменными монахами», из-за того что они напоминают застывших молящихся священнослужителей. В России же самые известные кигиляхи находятся в Якутии, куда ежегодно съезжаются заинтересованные магическими камнями туристы. Наиболее известные места нахождения камней — Кисиляхский хребет, Медвежьи и Ляховские острова. Вообще само слово «кигилях» стало употребляться геологами всего мира сравнительно недавно, это произошло после открытия Ляховских островов, когда были обнаружены и названы мыс Кигилях и одноименный полуостров. Два острова, входящих в группу Ляховских, — Четырехстолбовой и Столбовой — находятся преимущественно в море Лаптевых. Еще одно известное место «обитания» кигиляхов — гора Кисилях-Тас, она расположена в 100 километрах от берега Восточно-Сибирского моря, на берегу протекающей по тундре реки Алазея. Именно на этой горе кигиляхи образуют так называемый хребет, так как гряда столбов тянется по всей вершине горы. Важно также уметь отличить кигиляхи от нунатаков (от эскимосского «нуна» и «так», что дословно означает «одинокая вершина»). Эти различные каменные столбы очень похожи, нунатаки — скалы, которые стоят поодиночке, или скалистые вершины, которые образуются на поверхности ледника. Именно в этом основное их отличие от кигиляхов — нунатаки образуются не только в результате выветривания, на их появление влияют также разрушающиеся ледником горные породы. Но если лед вокруг исчезает и нунатак остается стоять на голой скалистой поверхности, вы вряд ли сможете отличить этот каменный столб от кигиляха. Пожалуй, только ученые-геологи могут точно определять причину образования каменных столбов.

Фото: meic/ykt.ru

КИСИЛЯХСКИЙ ХРЕБЕТ

Кисиляхский хребет — одно из наиболее живописных мест обитания кигиляхов, он располагается на водоразделе рек Адычи и Яны. Кроме того, в горной системе Черского этот хребет один из самых малых. Его протяженность около 80 метров, а самая высокая вершина достигает отметки в 1548 метров. Хребет состоит из множества различных горных пород, что позволяет считать его сложнообразованным, в его состав входят: глинистые сланцы, песчаники юры, аргиллиты и другие минералы, ученые считают, что все эти гранитоиды по возрасту относятся к меловому периоду. Именно эти осадочные породы и образуют кигиляхи, некоторые из которых в высоту могут достигать 30 метров. Они расположены на главном гребне хребта и, кроме того, тянутся по всему водоразделу. Интересно, что именно на Кисиляхском хребте кигиляхи образуют иногда непроходимые стены или лабиринты с небольшими ходами между столбов. Чем ниже находится кигилях, тем он ниже, но при этом на вершине располагаются идеально ровные столбы, а ниже они приобретают интересные и причудливые формы. Кигиляхам присваиваются такие же странные названия, которые говорят о том, на что похож столб. Вообще многие туристы считают своим долгом как-нибудь необычно назвать полюбившийся им кигилях. Поэтому, если вы будете читать путевые заметки разных путешественников, которые побывали в одном месте, не найдете одинаковых названий каменных столбов. Каждый даст им названия на свое усмотрение, ориентируясь на то, что напомнил ему камень. Кисиляхский хребет покрыт множеством трещин и расщелин, а северная его сторона сплошь покрыта лишайниками и мхами. Многие исследователи отмечают еще одну особенность кигиляхов — наличие ножки. Известный геолог Г. Майдель в своих исследованиях писал, что ножка у каменных столбов — это основание высотой в рост человека, при этом оно немного тоньше, чем сам кигилях. При этом точный возраст камней остается неизвестным: сколько ученых, столько и догадок.

Фото: Айар Варламов/yakutiaphoto.com

ЭКСПЕДИЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ КИСИЛЯХОВ

Многие ученые в разное время совершали экспедиции на острова Якутии, для того чтобы выяснить истинное происхождение кигиляхов. Так, в 1921-1923 годах Ф. П. Врангель проводил экспедицию, в ходе которой его группой были исследованы Медвежьи острова, которые располагаются в Восточно-Сибирском море. В группу этих островов входил остров Четырехстолбовой, именно на нем-то Врангель и обнаружил впервые кигиляхи, в своих заметках о походе он стремился выяснить их причины образования. «Можно заключить, что три ныне разделенных камня составляли некогда один большой утес: постепенно расщеливаясь и разрушаясь от силы мороза или других физических проблем, он утратил свой первобытный вид», — писал он, первым отметив выветривание как главный фактор образования новых кигиляхов.

А в 1935 году на этот же остров с новой экспедицией прибыл геолог С. Обручев, который также исследовал кигиляхи. В своих мемуарах он описал не только теорию об образовании камней, но и рассказал историю их открытия. По его словам, Медвежьи острова были открыты еще в 1702 году и впервые посещены в 1720 году. Интересен другой отмеченный им факт: столбы очень быстро разрушались. Обручев писал, что если в 1720 году было четыре столба, то уже в 1935 году обнаружилось только три, а четвертый превратился в каменную россыпь и лежал у подножия остальных. При этом геолог отмечает, что достаточно лишь 200 лет, для того чтобы все кигиляхи на Четырехстолбовом были разрушены. Но исследование Обручева не было воспринято всерьез, так как в своих записях он допустил слишком много неточностей. Так, в этом же 1935 году на острове побывала другая экспедиция — исследователя Воробьева, которая обнаружила и описала все четыре кигиляха. Однако на данный момент известно, что столбы, находящиеся на Кисиляхском хребте, покрыты вертикальными трещинами и потому достаточно неустойчивы. Но, несмотря на существующую опасность обрушения, местные жители с древних времен считают кигиляхи лучшим местом отдыха. Сидя у них, по поверьям, можно набраться душевных сил и спокойствия. А в 1986 году у подножия Кисиляхского хребта археологами было обнаружено более 68 стоянок древних людей и захоронение. Эти находки говорят о том, что горная местность Якутии в древние времена была достаточно плотно заселена. И возможно, местные жители правы, веря в то, что кигиляхи несут в себе силы древних предков.

Фото: Айар Варламов/Yakutia

Одной из самых распространенных проблем в содержании сельскохозяйственных угодий является Она имеет место в засушливых регионах на открытой местности. Чаще всего к этому приводит естественное выветривание, с которым борются разными способами, как правило, базирующимися на регулировании гидротехнических показателей земельного покрова. Но есть и более широкое понимание выветривания, которое затрагивает не только почвенный слой, но и горные породы. В данном случае уместно ставить вопрос о том, что такое выветривание минералов? Это тоже естественный процесс разрушения, который, впрочем, может возникать не только по причине чрезмерной засушливости.

Общие сведения о выветривании

Под выветриванием понимается процесс внешнего воздействия на горную породу, при котором происходит разрушение или разложение ее материальной основы. Факторы, обуславливающие такие явления, могут иметь разный характер - от химических водных до атмосферных реакций. В большинстве случаев на минералы действует совокупность разных факторов, в итоге приводящих к обеднению горной породы. Причем в вопросе относительно того, что такое выветривание, нельзя опираться на классическое понимание деятельности непосредственно ветра или другого Даже привычные химические и физические процессы не полностью отражают полноту этого явления. Например, в разрушении могут участвовать и реакции газового действия. В частности, углекислота и кислород обеспечивают активное биохимическое влияние. Другое дело, что предпосылки для них могут быть связаны с результатом человеческой деятельности - к примеру, в рамках содержания того же сельского хозяйства.

Виды выветривания

Обычно выделяют химические и физические процессы выветривания, которые чаще всего взаимосвязаны и дополняют друг друга. Разве что интенсивность их может отличаться в зависимости от условий среды. Но также в некоторых регионах распространены процессы биогенного и радиационного влияния. Более того, именно такие явления зачастую носят наиболее выраженный характер разрушения. Химические и физические процессы все же более естественны и, можно сказать, происходят в постоянном режиме, только с разной степенью влияния на структуру природных материалов. Биогенные виды выветривания также могут быть следствием уже интенсивного химического разложения.

Активность того или иного фактора выветривания зависит не только от внешнего воздействия, но и от характеристик горной породы. Чаще всего специалисты рассматривают совокупность явлений. Так, в качестве первостепенных факторов, которые обуславливают те или иные процессы выветривания, выделяют климат, особенности рельефа, тектонические характеристики, состав и структуру породы.

Процесс физического выветривания

Среди основных причин возникновения данного рода выветриваний специалисты называют резкие и регулярные перепады температур. Если в дневное время поверхность минерала нагревается и расширяется, то ночью на фоне похолодания происходит обратный процесс сокращения структуры. В итоге имеет место растрескивание и дробление породы на мелкие частицы. Это своего рода деформирование, которое, опять же, носит постоянный характер, хоть и малозаметный. Особенно выражено физическое выветривание в холодных регионах, где часто бывают и заморозки. Дело в том, что скапливающаяся в структуре минерала влага в такие периоды твердеет и кристаллизуется, что повышает напряжение и закономерно приводит к более интенсивному растрескиванию. Способствуют разрушающей активности и вибрации рельефного покрова, которые часто проявляются в нестабильных с точки зрения тектонического устройства регионах.

Процесс химического выветривания

Явления такого характера также могут быть связаны с обширной группой факторов, причем не всегда способствующих именно разрушению. В зависимости от химической реакции, влияющей на структуру горной породы, могут наблюдаться и процессы деформации, и образование новых минералов. В обоих случаях будет происходить качественное изменение состава и структуры объекта. В списке непосредственных факторов, которые активизируют химическое выветривание, выделяют воду, кислород и углекислый газ. Например, водные ресурсы естественно выступают своего рода растворителем горной породы. Интенсивность взаимодействия воды и минерала зависит от химического состава жидкости. При этом и сами реакции могут быть разными. Так, на минералы магматических пород вода оказывает влияние посредством реакции гидролиза. Ее итогом может быть замена щелочных элементов на ионы водорода.

Биогенное или органическое выветривание

Как уже отмечалось, не меньшее воздействие на минералы могут оказывать и биологические факторы. К таким можно отнести деятельность растений, мелких грызунов и особенно микроорганизмов с грибками и бактериями. В комплексе эти факторы могут обеспечить и более серьезный разрушающий процесс, чем физические или химические факторы. Но это также зависит от конкретных условий местности, в которой залегает горная порода. Что такое выветривание биогенного характера на практике? Это может быть, например, активность живых организмов, дробящих минерал в слое почвы. Таким образом действует корневая система деревьев. А некоторые могут выступать также источником химической реакции, выделяя кислоты, которые в дальнейшем разлагают отдельные компоненты горного конгломерата.

Особенности радиационного выветривания

Одним из самых опасных является процесс радиационного воздействия. Он характеризуется высокой интенсивностью и длительностью, причем во многих случаях остановить его просто невозможно. Но тут же стоит выделить естественное солнечное излучение, которое входит в группу радиационных факторов, и техногенные процессы. Во втором случае выветривание пород происходит в результате человеческой деятельности. Классическим примером является работа полигонов, на которых хранятся токсически опасные отходы. Соответственно, ближайшие массивы с горными породами будут подвергаться и разрушающему воздействию, и активным факторам разложения.

Что такое кора выветривания

Разберемся и с этим вопросом. Процессы выветривания могут происходить постоянно или периодами. Но в обоих случаях поверхность, на которую действуют те или иные факторы качественной деформации, обретает характерный облик. Это и будет кора выветривания, которой свойственна рыхлость и обедненный химический состав.

Как правило, верхние слои таких пластов менее разложены и отличаются наличием металлических компонентов. Это могут быть, к примеру, гидроксиды кремния или же алюминия. Далее следует зона, в которой будут присутствовать гидроксиды железа, на образование которых оказывало влияние химическое выветривание с меньшей интенсивностью. В нижних пластах коры обычно залегают известняковые и гипсовые стяжения.

Продукты выветривания

Обычно в процессе выветривания остаются каменные обломки, частицы песка, щебень, глинистые фракции и каолин. При этом отсоединившиеся от основной породы элементы могут иметь различные размеры и формы - это уже зависит от конкретных условий и факторов выветривания. В некоторых случаях возможно и образование курума. Это массивные глыбы и валуны, сформированные из свежеобломанных вышеупомянутых фракций. Стандартные размеры курумов варьируются от 1 до 2 м, хотя бывают и экземпляры, значительно выходящие за эти рамки. Чаще всего образование таких глыб обеспечивает физическое выветривание, результатом которого может стать и создание каменного панциря с курумовым настилом.

Заключение

Выветривание происходит не только с разной степенью интенсивности, но и отличается стадиями реализации. Простейшим примером может быть физический процесс разрушения из-за температурного воздействия. Далее может подключиться и химическая реакция, в которой будет участвовать жидкость с активными элементами. Теперь стоит обратиться к вопросу о том, что такое выветривание органического характера. Отчасти это процесс биологического разрушения, который может закономерно повлечь и формирование новых пород. Соответственно, выветривание нельзя рассматривать только как разрушение существующего минерала. Даже если деформация завершится на этапе физического отделения некоторого массива частиц, это изменение может способствовать образованию новых минералов или конгломератов, что подтверждают своим существованием курумы.

Выветривание – это совокупность процессов физического, химического, биологического разрушения, разложения магматических, метаморфических, древних осадочных пород на поверхности земной коры или вблизи нее, формирующих исходный материал для образования осадков, осадочных пород и остаточные образования, слагающие коры выветривания.

Выветривание отражает взаимодействие двух ведущих противоположных начал – дифференциации исходных пород и интеграции полученных компонентов, составляющих основу комплекса явлений литогенеза в зоне господства низких давлений, температур при обилии воды и кислорода, в условиях поверхностной части литосферы.

В ходе выветривания происходит дезинтеграция породы, разделение ее на составные части под действием различных факторов и сил. Но выветривание это не только дробление (кластогенез), фракционирование, дифференциация исходных пород, подготовка материала к последующему осадко- и породообразованию, перевод его в состояние и формы, способные к перемещению различными способами с последующим концентрированием в бассейнах седиментации различного типа. Это и способ созидания новых геологических тел, таких как наземные и подводные коры выветривания, почвы, способ образования пород и полезных ископаемых. При этом выветривание, как способ создания новых геологических тел, включает преобразования, процессы, характерные для формирования типично осадочных пород.

Продукты выветривания

Согласно традиционным представлениям остаточные, остающиеся на месте продукты выветривания, называются элювием . Этот термин использовался для обозначения рыхлых обломочных накоплений разного механического состава от глыб до глин, твердых продуктов – метасоматитов, инсоляционных образований (панцири, кирасы, калькреты, корки, горизонты). Последняя группа новообразований, порожденных выветриванием, сочетанием процессов разложения, выщелачивания (элювиирование – вымывание) и синтеза, по В. Т. Фролову называется хемоэлювием . К этой группе относятся и остаточные твердые продукты выветривания, слагающие шляпы соляных структур, железные шляпы зон окисления сульфидных месторождений. Общей характерной особенностью подобных геологических тел, сформированных в результате выветривания, является переход к породам неизменным и сохранение в той или иной степени структурных особенностей коренной породы (структурный элювий по Л. Б. Рухину).

Образование продуктов выветривания происходит на фоне естественноисторической эволюции земной коры, ее структур, форм рельефа, климата, тектонического режима. Непосредственным элементом выветривания является удаление его продуктов с места разложения пород с образованием переотложенных скоплений, разнотипных по способу переноса, механизму отложения и обстановкам седиментации. Удаление продуктов выветривания с места их образования под действием сил гравитации, ветра, водных потоков, движущихся ледников называется эрозией . Содержание этого понятия разными школами литологов понимается по разному.

Иногда вместо термина «эрозия» употребляется термин «денудация», означающий выветривание и снос. Денудация объединяет совокупность процессов, обуславливающих понижение и сглаживание земной поверхности в результате выветривания, эрозии, выноса и транспортировки материала, а также совместное разрушающее действие этих процессов. Вынос продуктов дезинтеграции пород, в том числе растворимых (элювиирование), является ее важным элементом, иначе из-за скопления разрушенного материала дальнейший процесс выветривания прекратится. Экзогенные геологические процессы способствуют мобилизации продуктов выветривания с последующим отложением. В этом плане выветривание – один из главных ландшафтнообразующих факторов, действие которого приводит к нивелировке (пенепленизации) земной поверхности. Самостоятельным геологическим образованием, порожденным процессом выветривания, являются почвы – верхний плодородный породный слой, формирующийся при существенном участии биоса в процессах выветривания, содержащий горизонт обогащения продуктами разложения, в основном, растительной биомассы.

Выветривание имеет два аспекта. С одной стороны это раздробление материнских пород, или физическое выветривание . Но процесс разрушения породы может состоять из химического разложения с участием реакций обмена, растворения, выщелачивания, окисления, гидратации, составляющих содержание выветривания химического . Обычно эти два основных типа выветривания сочетаются в разных пропорциях, причем физическое выветривание подготавливает горные породы к химическому выветриванию.

Виды выветривания

Физическое выветривание

Физическое выветривание – это дробление материнских пород, их дезинтеграция без существенного изменения состава минеральных зерен. Такое выветривание характерно для Арктики, Антарктики, горных районов, областей аридных зон – пустынь, полупустынь со скудным содержанием влаги в почве, весьма малым годовым количеством осадков при сильном солнечном нагреве, со значительным колебанием суточных и сезонных температур.

Физическое выветривание происходит, в основном, под действием изменения температуры, замерзания-оттаивания воды, действия сверлящих (роющих) животных, животных, корневой системы растений, кристаллизации содержащихся в капиллярной воде солей. Существенных изменений состава обломков при этом не происходит.

Рис. 1. Мансийские болваны, образовавшиеся в результате физического выветривания. © Aleksandr Chazov

Среди факторов выветривания отмечается, в первую очередь, изменение температуры – суточные, сезонные.

Горные породы являются агрегатом зерен различного состава, которые по разному реагируют на изменение температуры. Они обладают отличающимися коэффициентами объемного и линейного расширения, т.е. при нагревании на 1⁰С увеличивают свой объем или длину на разную величину. Например, у кристаллов кальцита по направлениям, параллельным оси симметрии третьего порядка и перпендикулярным к этой же оси, коэффициенты различаются существенно, составляя 25,6·10 -6 и 5,5·10 -6 соответственно. Не менее значительны различия этих коэффициентов у разных минеральных индивидов. Так у кварца он составляет 3,1·10 -4 , у ортоклаза – 1,7·10 -3 . При нагревании гранитной породы до 50⁰С размер каждого зерна кварца увеличивается на 15%. Поскольку температура в течение чуток меняется, то различия в коэффициентах объемного и линейного расширения приводят к ослаблению связей между зернами. Порода растрескивается и делится на обломки.

При физическом выветривании действуют и силы кристаллизации. Вода при замерзании, превращаясь в лед, увеличивает свой объем на 9%. При этом порода как бы расклинивается по трещинам и разрушается. Отмечается также влияние тектонических напряжений. Под их воздействием пласты пород изгибаются, сминаются с образованием разрывов, трещинноватости, т.е. происходит нарушение целостности породы. Ударное действие волны, абразия , и ветра, корразия – важные факторы физического выветривания. Волны морского прибоя и течения приводят к механическому разрушению коренных пород. Ударная волна, несущая камни, песчинки, действует на породы берега, вызывая их обрушение и растворение. Подводная абразия действует на дне озер, морей, океанов, на глубинах до нескольких десятков метров в озерах, морях и до 100 и более метров в океанах. Явление абразии и корразии – механическое разрушение, шлифование, истирание поверхности породы при трении и столкновении с твердыми частицами пород, происходят не только за счет переноса частиц движением воды, но и при переносе ветром, льдом, при перемещении под действием силы тяжести. Эрозионная деятельность льда проявляется в Арктике, в Антарктике, в хонах высоких широт, в высокогорьях. Льды, сползая, истирают и дробят породы.

Составной частью физического выветривания, эрозии и денудации является действие гравитационных факторов, определяющих начальную дифференциацию обломочного материала. Более крупные обломки накапливаются на склонах, у подножий, в понижениях рельефа. Более мелкие уносятся водой, ветром иногда на сотни километров от разрушающего массива.

В зависимости от ведущего фактора, определяющего процессы разрушения пород, выделяется несколько разновидностей физического выветривания – морозное, снежное, инсоляционное (в пустынях), биологическое, ледовое. При механическом выветривании действует комплекс процессов, характерный и для химического разложения, но при резком преобладании физического разрушения горных пород. Не перемещенные продукты, в виде разновеликих обломков, остаются на месте разрушения с постепенным переходом в неизменную породу, образуя физический элювий . В. Т. Фролов называет такой элювий каменистыми развалами или каменными руинами . Мощность слоя физического элювия различна и может достигать 30-40 м.

К числу остаточных образований относятся остающиеся на месте грубообломочные продукты механического дробления пород – перлювий после вымывания или выдувания тонких частиц, мелкозема. Образование перлювия происходит при участии течений, волнений, деятельности ветра, грунтовых вод. При этом могут образоваться скопления конкреций, фаунистических остатков, тяжелых минералов. В. Т. Фролов считает их горизонтами конденсации по механизму накопления компонентов, сходному с повышением концентрации элементов при выпаривании.

Химическое выветривание

Это сложные процессы химического разложения горных пород, включающие значительную группу химических реакций, биогенных и биохимических процессов.

Основные факторы данного типа выветривания – вода, углекислота, сильные (серная, азотная), органические кислоты, кислород, сероводород, метан, аммиак, биологическая деятельность. Ведущими процессами являются растворение, выщелачивание, окисление, гидратация, вторичная карбонатизация, гидролиз и пр. происходит вынос из зоны выветривания катионов металлов, щелочей и др. элементов, оксидов, гидроксидов в форме истинных и коллоидных растворов, в виде взвесей тончайших частиц.

Биогенный фактор – важнейший агент влияние на совокупность процессов выветривания, протекающих в обстановке взаимодействия атмосферных, гидросферных и литосферных составляющих. Биомасса оказывает каталитическое воздействие, влияет на явления деградации и синтеза как источник энергии и вещества, создает благоприятную среду для деятельности бактериального микробиоса.

Большую роль при процессах химических разложения играет структура воды, определяющая ее свойства как слабого электролита, диссоциирующего на ионы Н + и ОН — . Установлено, что при температуре 20⁰С ионное произведение воды таково: К В = = 1·10 -14 , где К В – ионное произведение воды в г/ион на литрах. Степень диссоциации воды возрастает с увеличением температуры, что способствует активизации процессов разложения пород. Поскольку вода является электролитом, она растворяет почти все известные минералы.

Существенное значение при процессах химического выветривания играет величина кислотности-щелочности pH, которая показывает концентрацию водородных ионов. Величина pH – обратная логарифму концентрации водородных ионов, меняется в пределах 1-14 и фиксирует реакцию среды: от кислой, pH = 1-6, через нейтральную pH = 7 до щелочной pH = 8-14. Минимальные значения pH характерны для сильнокислых сред, максимальные – для высокощелочных.

От величины pH существенно зависит растворимость таких компонентов как SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe(OH) 3 , Al(OH) 3 и др., образующихся, в частности, при химическом выветривании. Гидрат окиси железа растворим, а следовательно может переноситься водными растворами только в кислой среде при pH = 1-4. Нейтрализация растворов вызывает его осаждение. Гидрат окиси алюминия Al(OH) 3 растворим как в кислой, так ив щелочной среде, выпадая в осадок при pH = 6-8. Кремнезем SiO 2 растворим в резко щелочной среде, будучи малоподвижным в интервале pH от 3 до 8.

Растворимость определяет возможность переноса многих компонентов и условия их осаждения.

Для реакций, происходящих при выветривании и определяющих вынос соединений с места разложения, важен такой показатель как ионный потенциал и его связь с растворимостью. Ионный потенциал определяется отношением заряда катиона к его ионному радиусу. В соответствии с этим все ионы (по В. М. Гольдшмиту) делятся на 3 группы:

• растворимые – Na + , Ca 2+ , Mg 2+ . Их ионный потенциал равен трем. Не подвергаются гидратации, но диполи воды притягиваются к поверхности этих катионов, образуя сольватные слои. В эту группу также входят катионы калия и цезия;
• катионы-гидролизаты – трехвалентные алюминий и железо, четырехвалентный марганец. Их ионный потенциал больше 3-х. гидратируются по схеме Al 3+ + 3H 2 O = Al(OH) 3 + 3H + ;
• оксианионы 2- , 3- и др., имеющие ионный потенциал 9,5 и более, и возникающие путем диссоциации в воде оснований. Мигрируют обычно в форме гидрокарбонат-иона — и гидрофосфат иона — .

Кроме показателя кислотности-щелочности важным параметром физико-химических условий среды растворения и миграции является окислительно-восстановительный потенциал Eh. Считается, что равный нулю окислительно-восстановительный потенциал (ОКВ) соответствует реакции диссоциации водорода: Н 2 = 2Н + + 2е. значение ОКВ, при котором существует двухвалентное железо, соответствует 0,44 в. Для двухвалентной меди 0,35 в. поэтому реакция сернокислой меди с самородным железом сопровождается образованием самородной меди с одновременным превращением атома железа в катион: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 +Cu.

Особую роль в процессах химического играют продукты разрушения органического вещества, прежде всего растительных остатков. В результате образуются гуминовые кислоты. Они создают кислую реакцию среды и участвуют в химическом разложении силикатов. С катионами ряда металлов гуминовые кислоты образуют комплексные анионы – гуматы, что способствует выносу этих элементов из продуктов выветривания в форме коллоидных растворов. Кроме того, присутствие органического вещества создает восстановительную среду, а растворимость многих закисных соединений выше, чем окисных. Микроорганизмы определяют также протекание таких реакций как сульфат-редукция, продуцируют водород, переводят окисное железо в нерастворимое состояние и др.

Большое значение для химического выветривания и выноса его продуктов с места разложения материнских пород принадлежит углекислоте, образующей с некоторыми металлами хорошо растворимые комплексы. Карбонаты металлов при взаимодействии с CO 2 превращаются в бикарбонаты, что значительно повышает их растворимость.

Подводное выветривание

Процессы выветривания происходят не только на суше, но и на дне морей и океанов. Здесь под воздействием минерализованной морской воды, ее температур, давления и газового режима идет разложение горных пород, минералов и создаются элювиальные новообразования, химические, метасоматические и биологические продукты. Данная совокупность химических, биохимических процессов, приводящих к изменению состава минеральных тел, находящихся в море как во взвешенном состоянии, так и на его дне, имеет специальное название – гальмиролиз . Гальмиролизу подвергаются не только минеральные компоненты, поступающие на морское дно с суши, но и продукты вулканических извержений.

Главные факторы подводного разложения – вода, биос, газовый режим, соленость, давление, температура, а слой придонной воды содержит взвешенные частицы и микроорганизмы. Средняя температура зоны подводного разложения более низкая, по сравнению со средней температурой континентальных областей химического выветривания. Давление возрастает по мере увеличения глубины донного осадка от 20 атмосфер на глубине 200 м, до 1000 атмосфер на глубине 10170 м, что влечет за собой рост растворимости твердых веществ и газов, а также активизацию различных химических процессов, влияет на их скорость, направление и эффективность. Заметнее всего изменения давления проявляется в реакциях с участием газов, в частности кислорода и углекислого газа, количество которых в результате понижения температуры и давления на больших глубинах увеличивается, способствуя более энергичному протеканию процессов окисления и карбонатизации. Эффективность гальмиролиза зависит также от скорости накопления осадков и жизнедеятельности организмов, прежде всего бактерий.

Быстрое накопление осадков не способствует развитию процессов подводного выветривания, так как только что осажденный материал лишается длительного контакта с придонной водой изза перекрытия его новым слоем осадочных частиц. Морская вода не успевает оказать на осадок заметного химического воздействия. Известно, что в водоемах, морских, океанических, уменьшение скорости осадконакопления отмечается по мере удаления от береговой линии. Поэтому максимально явления гальмиролиза проявлены в более глубоководных частях бассейна. В литературе (Фролов, 1984, 1995) указывается на образование при гальмиролизе подводных панцирей различного состава – известняковых, доломитовых, железо-марганцевых, фосфатных, пиритных. Мощности их по сравнению с подобными наземными образованиями несколько меньше и составляют, обычно не более 1м. условия образования, по видимому, сходны с таковыми для коры выветривания на суше.

Не исключается вертикальная миграция растворенного вещества и цементация частиц. В результате гидролиза, гидратации, окисления, восстановления, миграции, осаждения при гальмиролизе синтезируются новые минералы – глинистые, цеолиты, карбонаты, гидроксиды железа и марганца, глауконит, шамозит, фосфориты, происходит образование пород, например, фосфатных. Что касается бактериальной микрофлоры и ее роли в подводном выветривании, то признается участие бактерий в процесах гальмиролиза в качестве катализаторов, ускоряющих химические процессы, но не меняющие их общей направленности и продуцирующие собственные продукты.

Таким образом, физико-химические условия среды определяют возникновение и ход подводного выветривания, достигающего максимального развития в условиях малых и нулевых скоростей осадконакопления в глубоководных областях и на подводных хребтах.

Своеобразным видом выветривания является гидротермальная и фумарольная переработка вулканитов и осадочных образований в областях вулканизма. Насыщенность сульфат-ионом, обводненность пирокластических, пепловых осадков, высокая температура и кислая среда, обеспечивающая подвижность глинозема, обуславливает формирование пестроцветного и белоцветного элювия (фумарольно-сольфатарная кора выветривания по А. С. Калугину).

Коры выветривания

Комплекс горных пород, возникших в верхней части земной коры под влиянием различных факторов выветривания, называется корой выветривания. Кора выветривания (КВ) формируется в основном в зоне аэрации и просачивания. По характеру и степени изменения исходных горных пород выделяется несколько геохимических типов кор выветривания, рассмотренных ниже.

Латеритная кора выветривания

Латеритное выветривание сопровождается образованием простых окислов при полном гидролизе силикатов. Такой тип выветривания характерен для влажного климата (тропики, субтропики) при глубоко зашедшем химическом разложении исходной породы. Профиль латеритной коры выветривания по гранитам (описание снизу вверх) включает такие зоны:

• невыветрелый гранит;
• измененный гранит, мощность 3 м;
• горизонт структурных глин, мощность 3 м;
• горизонт плотных, часто шлаковидных масс кирпично-красного темно-бурого до почти черного цвета. Это продукт полного гидролиза силикатов и выноса всех подвижных катионов, обогащения окислами и гидроокислами железа, алюминия. Эта зона является типоморфной для коры данного типа; слагающее ее образование называется латеритом;
• современная коричневато-серая почва, обогащенная каолинитом с большим количеством гумуса. В основании почвенного слоя – кремнисто-железистые конкреции.

В странах тропической Африки и на о. Мадагаскар мощность таких КВ 100-150 м.

В составе зоны латерита могут присутствовать горизонты, называемые кирасы . Мощность кирасы около 4 м. они соответствуют зонам цементации латеритной коры выветривания, но наблюдаются не всегда. Кирасы со временем, теряя железо, но одновременно обогащаясь алюминием, превращаются в бокситы , руду на алюминий.

Глинистая кора выветривания

В условиях умеренного влажного климата по гранитам образуется кора выветривания глинистого профиля. Профиль коры, развитой по гранитам, включает зоны:

• невыветрелый гранит;
• раздробленный частично измененный гранит;
• горизонт каолинитовых или монмориллонит-каолинитовых элювиальных глин.

По основным, ультраосновным породам и вулканитам состав глинистого горизонта коры меняется на монтмориллонит-нонтронитово-охристый.

В области умеренного влажного климата (таежно-подзолистая зона) формируется относительно маломощная (0,5-1,2 м) кора выветривания, отождествляемая с почвенным покровом (Страхов, 1963). Для него характерен небольшой мощности (1-3 см) гумусовый слой, обогащенный органическим веществом, составляющий здесь верхнюю часть профиля выветривания. Ниже располагается горизонт, сложенный преимущественно тонкодисперсным кремнеземом мощностью 15-20 см, иногда больше (элювиальный по Н. М. Страхову, 1963). В основании залегает слой с железистыми стяжениями, возникшими за счет поступления железа из вышележащих горизонтов. Это подзолистые почвы, подразделяемые на типы от дерновых до подзолов, для которых характерно максимальной развитие элювиального горизонта.

Значительное влияние климата на масштабы корообразования, на минеральный состав геохимического профиля КВ наряду с температурой определяется различиями в количестве влаги и биомассы, участвующих в выветривании.

Обломочная кора выветривания

В областях аридного климата с дефицитом влаги, а также в полярных и высокогорных, заметного разложения материала материнских пород не наблюдается, так как вода – это ен только среда, но и активный компонент химических реакций при выветривании. Преобладает механическое разрушение пород – кластогенез и формируются обломочные КВ.

Различия геохимического профиля кор выветривания в существенной мере связаны с климатическим фактором, климатической зоной, и зависят от состава исходной породы. Кроме климата формирование профиля коры выветривания и ее сохранение зависят от интенсивности и характера тектонических движений. Оптимальный условия для развития кор выветривания существуют в пределах устойчивых, малоподвижных фрагментов земной коры с ослабленной тектонической активностью, со сглаженными формами рельефа (пенепленизированный рельеф). Данным условиям отвечают платформы, плиты с ландшафтами равнин, холмогорий. В горно-складчатых зонах тектонически активных областей химическое выветривание проявляется, но из-за эрозии КВ могут сохраниться лишь локально, в пределах зон разломов, проседания.

Площадная и линейная кора выветривания

Различия в геолого-структурных особенностях исходного образования, подвергаемого выветриванию (субстрата), обуславливает формирование КВ двух морфогенетических типов – площадного и линейного (сапожников, Витовская, 1981). Площадные КВ образуют сплошной покров на площади до сотен и тысяч квадратных километров, мощностью от нескольких до 100 м. линейные КВ, развиваясь по тектонически ослабленным зонам, развиты более локально, в соответствие с простиранием зоны, проникая на глубины до 1000 м.

Подъем территории отдельных участков влечет за собой расчленение рельефа, что затрудняет формирование КВ. Воздымание может превышать скорость корообразрования и КВ подвергнется денудации, не успев сформироваться. Огромные массы грубодисперсного материала выносятся при этом в конечные водоемы стока. Например, р. Обь ежегодно выносит в океан 394 км 3 осадочного материала. Река Меконг, имеющая истоки в Гималаях, впадая в Южно-Китайское море, выносит 1 млрд. тонн. Общая масса продуктов выветривания, выносимая всеми реками в моря и океаны в виде взвесей, обломков, называется твердым стоком и составляет 18, 5 млрд. тонн/год.

Величина твердого стока зависит от скорости течения водных потоков. Для горных рек скорость течения может составлять 700 см/с, в равнинных реках от нескольких сантиметров до 100 см/с.