Выветривание горных пород. география

введение

Общее

Форма земной поверхности определяется процессами внутри и под земной корой (эндогенные факторы), а также процессами, которые действуют на поверхности или вблизи нее и в значительной степени зависят от преобладающих климатических условий (экзогенные факторы). Важнейшие эндогенные факторы — вулканизм и тектоника . Выветривание, наряду с эрозией, переносом и отложением наносов, является одним из экзогенных факторов (см. Также →  Круговорот горных пород ).

Выветривание не действует само по себе, но часто является первым звеном в цепи экзогенных процессов, особенно в высокогорной местности с крутыми склонами. Высокая энергия рельефа гарантирует, что продукты выветривания быстро разрушаются и снова осаждаются в виде осадка в точке с меньшей энергией рельефа . Эрозия может повлиять даже на местность (см. → площадь корпуса), но там она гораздо менее эффективна. Поэтому продукты выветривания горных пород могут образовывать здесь рыхлые поверхностные слои, известные как реголит . Реголит — это глубина в неизмененной породе, обычно считающейся твердой породой (так называемая отложенная ). Почвоведения говорит здесь от C горизонта .

Когда дело доходит до процессов выветривания, обычно проводится грубое различие между:

• Физические процессы — в основном механическое ослабление или разрушение структуры породы в результате увеличения объема отдельных ее компонентов, что может иметь различные причины.
• Химические процессы — разложение отдельных или всех компонентов структуры породы.
• Биогенные процессы — ослабляющие рок эффекты жизнедеятельности живых существ.

Резкое различие между этими тремя формами выветривания, каждая из которых может быть далее подразделена, не всегда возможно. Биогенное выветривание растений имеет частично физическую природу ( тургорное давление ) и частично химическую природу (едкий эффект). Кроме того, эффективность одной из форм выветривания часто требует других форм выветривания, которые ранее подвергались атаке: химическое выветривание более эффективно в породе, которая уже была серьезно нарушена физическими процессами (которые, однако, также могут быть эндогенными). С другой стороны, даже по прошествии тысяч лет поверхности горных пород, гладко отполированные ледниковым льдом, часто не показывают значительных признаков химического выветривания.

Синонимы и терминология

Выветриванию подвержены не только природные породы , но и постройки и произведения искусства из природного камня . В последнем случае также широко говорят о каменных повреждениях .

В общих чертах , «выветривание» означает естественное разложение материалов, которые подвергаются прямому влиянию выветривания . Помимо камня, это также относится к органическим материалам, таким как дерево и металлические материалы , стекло , керамика и пластмассы . В случае органических материалов эта форма «выветривания» подпадает под общий термин гниение , а в случае металлов, стекла, керамики и пластмасс — под общим термином « коррозия» .

Гниение и выветривание пород — важнейшие процессы в почвообразовании .

Процессы в зоне гипергенеза

В зоне гипергенеза, соответствующей приповерхностной биокостной  части литосферы, выведенные на поверхность либо на дно морского бассейна горные породы стремятся прийти в равновесие с окружающей средой. Основными источниками энергии здесь являются солнечное тепло и в значительно меньшей степени внутренне тепло Земли. Важнейшую роль в гипергенных процессах играют органическое вещество и вода.

Верхней границей служит земная поверхность. Нижняя граница соответствует уровню затухания воздействия на горные породы фотосинтезирующей жизни, что сопровождается резким сокращением содержания кислорода и соответственно изменением химических условий среды (Eh, pH, угнетение процессов окисления, гидролиза, коллоидообразования). Обычная мощность зоны гипергенеза не превышает десятков метров, но иногда гипергенные процессы проявляются на глубинах в сотни и даже первые тысячи метров. Их проявление в глубинных зонах приурочено к зонам трещиноватости, карстовым полостям, поверхностям контактов пород, подземным горным выработкам, сохраняющим связь с земной поверхностью и служащим путями проникновения гипергенных агентов.

В зоне гипергенеза всегда присутствуют два принципиально различных комплекса минеральных образований: 1) материнские породы (субстрат) и 2) продукты гипергенеза.

В зависимости от условий процессы гипергенеза можно разделить на три группы:

поверхностный (или наземный) гипергенез – комплекс явлений и процессов, происходящих непосредственно на поверхности суши или связанных с проникающими в толщи пород инфильтрационными водами;

глубинный (или подземный) гипергенез — комплекс явлений и процессов, происходящих ниже земной поверхности и связанных с воздействием подземных вод, движущихся по водоносным горизонтам или восходящих по проницаемым зонам (заметим, что эти воды также имеют поверхностное происхождение);

подводный гипергенез (или гальмиролиз) — комплекс явлений и процессов, происходящих на дне морей и океанов при взаимодействии морских вод с горными породами.

Формирование продуктов поверхностного гипергенеза связано с процессами выветривания.

Выветривание – это процесс изменения и разрушения минералов и горных пород на земной поверхности под воздействием физических, химических и органических факторов.

В зависимости от того, какие факторы обуславливают процессы преобразования пород, выветривание можно подразделить на физическое (или механическое) и на химическое. Биогенные процессы, очень широко проявленные в процессах выветривания, проявляются как в механическом, так и в химическом воздействии на минеральный субстрат. Механическое разрушение пород при биогенном выветривании осуществляется, например, корнями растений, расширяющими трещины, или роющими организмами (черви, муравьи, термины, суслики, кроты и др.). Биохимические процессы активно воздействуют на минеральное вещество как в процессе жизнедеятельности (например, лишайники извлекают минеральные вещества из минералов, что приводит к разрушению последних), так и поставляя химически активные соединения в процессе разложения (органические кислоты, возникающие при разложении опавшей листвы и пр.).

Взаимодействие минерального и органического вещества приводит к возникновению почвы.

Выветривание горных пород: основные типы, их особенности и характеристики

Весь геологический период или век сопровождается выветриванием горных пород. Это достаточно сложный и продолжительный процесс, при котором разрушается поверхность минералов, либо они подвергаются абсолютному изменению. Важным условием для этого можно считать присутствие H2O, CO2, O2 и колебания температуры либо взаимодействие с местной флорой и фауной.

Преобладание различных условия либо факторов на участках формирования пород, определяет три основных разновидности процессов выветривания:

Все эти разновидности имеют тесную взаимосвязь и чаще всего проявляются в сочетании друг с другом. Может преобладать какая-то конкретная форма, соответствующая условиям окружающей природы. Зачастую такие виды выветривания горных пород имеют место на суше. Намного реже можно столкнуться с этим явлением в условиях водных бассейнов

Использование пожнивных остатков

Пожнивные остатки —  это корни, нижние части стеблей, опавшие листья, которые остаются от жатвы на полях.

Данный вариант защиты почты считается самым простым и надежным способом минимизации последствий ветровой эрозии. Остатки растений способны улавливать движущиеся частички почвенного покрова. Такая технология обработки грунта, которая позволяет пожневым остаткам остаться на поверхности, благополучно предотвращает чрезмерное измельчение почвы до образования пыли. Если остатки имеют вертикальное положение, то это достаточно эффективный способ уменьшить скорость ветра.

Если у почвы преобладает грубая структура, то растительные остатки желательно сохранить в больших количествах. Такой грунт чрезмерно наполнен кальцием и карбонатом и малым содержанием органических веществ, глины и ила.  Это может стать причиной образования хрупких комочков и фракций, больше всего подверженных эрозии. Чем устойчивее комочки, тем они больше противостоят эрозии

Поэтому в процессе обработки грунта большое внимание стоит уделять размеру комков: чем они больше, тем лучше

Неровность почвы также является эффективным способом борьбы с сильными ветрами. Возвышенности и впадины способны поглотить часть энергии ветра, а также остановить движущиеся частички грунта. Самыми эффективными гребнями считаются высотой от 10 до 33 сантиметров.

Способы борьбы с ветровой эрозией почв

В настоящее время проводятся большое количество разнообразных мероприятий, направленных на сохранение плодородного слоя почвы. На некоторых из них остановимся более подробно:

Щелевание	Агромелиоративный способ, благодаря которому улучшаются водно-физические свойства грунта со слабой проницаемостью. Основная его задача – прорезать в почве щели шириной в 3 сантиметра и глубиной от 30 до 60 сантиметров на расстоянии около полутора метров. Когда происходит нарезка, стенки почвы становятся плотными, а в пустоты осыпается рыхлая почва. Это способствует скапливанию влаги, предотвращающей выветривание почвы. Время проведения работ – осень.
Кротование	Этот способ предполагает создание в почве цилиндрических пустот. Для этого используется такой механизм, как кротователь, который способен создать выемки глубиной до 40 сантиметров и диаметром до 8 сантиметров. Кротование улучшает качество грунта.
Удобрение	Метод используется на эродированных грунтах и считается одним из самых действенных защит от выветривания. Благодаря внесенным удобрениям культуры растут лучше, быстрее появляются всходы, развивается сильная корневая система, которая тщательно связывает почву. При внесении таких удобрений можно получить отличный урожай.
Лесомелиорация	Способствует закреплению существующих оврагов, увеличению противоэрозийной устойчивости грунта. При этом происходит высадка приовражных лесных насаждений в виде лесополос или бровок, которые сводят на нет сильные порывы ветра, тем самым уберегая плодородный слой от выветривания.
Лункование зяби	Относится к категории простых агротехнических противоэрозийных приемов, но с достаточной эффективностью. Оптимальный вариант – когда лункованию подвергаются склоны незначительной крутизны (максимум 6 градусов). Этот способ применяется одновременно с пахотой. Лунки делаются с использованием специальных лункообразователей, благодаря которым создаются пустоты глубиной до 15 см и длиной в 1,2 м. На площади в 10000 кв.м. количество лунок может достигать 13,5 тысяч штук.
Вспашка с рыхлением	Это относится к подпахотному слою грунта. Способствует увеличению мощности пахотного горизонта, дает возможность влаге хорошо напитывать почву, при этом уменьшается возможность воздушным массам переносить частички грунта на дальние расстояния.
Культивация	Является основным способом борьбы с эрозией почвы и заключается в своеобразной обработке верхнего слоя. Оптимальная глубина вспашки – 22 сантиметра. Она считается заглубленной и применяется наряду с обычной культивацией. Такие мероприятия проводятся каждые 2-3 года. Помимо такого способа обработки земли используется безотвальная и плоскорезная обработка, а также полосное рыхление. Все эти действия защищают плодородный слой от выдувания, при этом не изменяют рельеф местности. Культивирование используется как крупными сельскохозяйственными предприятиями, так и обычными фермерами. Причем для этих целей дорогостоящая специализированная техника не нужна.

Химическое выветривание

Химическое выветривание представляет собой процесс химического преобразования минералов и горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа, органических кислот, а также вследствие биогеохимических процессов.

Преобразование происходит вследствие реакций окисления и гидратации (например, преобразование пирита по схеме FeS₂ + mH₂O + nO₂ – FeSO₄ — Fe₂SO₄ – Fe(OH)₃ – Fe₂O₃.nH₂O), растворения и гидролиза. Особое место занимают реакции гидролиза — ионного обмена между веществами и водой, приводящие к разрушению даже весьма устойчивых структур силикатов, сопровождающемуся их гидратацией и выносом элементов из кристаллической решётки. Примером такой реакции, может служить разрушение каркасной структуры полевых шпатов (самых распространённых в земной коре минералов) с образованием глинистых минералов и, далее, гиббсита:

K[AlSiO₃] + CO₂ + H₂O – Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈ + K₂CO₃ + SiO₂ – AlО(OH)₃ + SiO₂.

Необходимо отметить ещё одну функцию воды, без которой невозможно химическое преобразование пород: вода обеспечивает «доставку» агентов химического выветривания и вынос продуктов реакций. 

Транспортировка веществ происходит почвенно-грунтовыми водами в виде истинных и коллоидных растворов.

Важное значение в процессах химического выветривания имеют органические кислоты, активно способствующие разложению минералов. Процессы химического выветривания протекают ниже почвенного слоя, просачиваясь через который воды обогащаются органическими соединениями

Необходимыми условиями глубоко химического выветривания являются:

• климат, при котором достигается сочетание высоких температур и влажности (гумидный тропический);
• обилие и характер растительности (при её разложении образуются органические кислоты, активно разрушающие минералы);
• выровненный рельеф, обеспечивающий неподвижность продуктов разрушения;
• продолжительность выветривания.

Важно подчеркнуть роль ландшафтных условий. В гумидных ландшафтах развита лесная растительность, обладающая огромной биомассой и разлагающаяся почве микроорганизмами с образованием органических кислот, поэтому почвенные воды гумидных ландшафтов обладают кислой реакцией и активно воздействует на минералы исходных горных пород; в таких условиях выветривание протекает под воздействием постоянного промывания горных пород кислыми растворами

В аридных ландшафтах, отличающихся недостаточной увлажнённостью, распространена травянистая растительность. Её биомасса в десятки раз меньше биомассы лесов. Кроме того, почвенная микрофлора перерабатывает растительные остатки с образованием высокополимеризованных органических соединений, которые не обладают агрессивными свойствами по отношению к минералам. Почвенные воды имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, поэтому интенсивного промывания выветривающейся толщи агрессивными возами не происходит, и в ней постепенно сохраняются относительно легкорастворимые соединения.

Процессы химического разложения приводят к разрушению кристаллических решёток минералов, даже весьма устойчивых, высвобождению из них химических элементов. Так выветривание гранитов может завершиться формированием за сёт слагающих их минералов толщи глин, обогащённых водными окислами алюминия.

Что такое выветривание пород?

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.

Выветривание здания

Бетон поврежден кислотным дождем .

Здания из любого камня, кирпича или бетона подвержены тем же атмосферным воздействиям, что и любая открытая скальная поверхность. Также статуи , памятники и декоративная каменная кладка могут быть сильно повреждены естественными процессами выветривания. Это ускоряется в районах, сильно пострадавших от кислотных дождей .

Ускоренное атмосферное воздействие на здание может представлять угрозу для окружающей среды и безопасности людей. Стратегии проектирования могут смягчить влияние воздействия окружающей среды, например, использование завесы от дождя с регулируемым давлением, гарантируя, что система HVAC может эффективно контролировать накопление влаги, и выбор бетонных смесей с пониженным содержанием воды для минимизации воздействия циклов замораживания-оттаивания.

Подводный тип

Процессы выветривания горных пород имеют место не только на суше, но, как уже было сказано выше, на дне различных водоёмов, преимущественно океанов и морей. Если рассматривать последние, то при наличии морской воды, богатой минералами, а также при смене температур, газовых режимов и давления происходит растворение горной породы и минералов. При этом формируются новообразования элювиального типа с продуктами биологической, метасоматической и химической природы.

Сочетание всех этих процессов в подводной среде приводит к изменению состава минеральных разностей, которые могут присутствовать здесь на дне либо во взвешенном состоянии. Такую совокупность принято называть гальмиролизом. При этом он относится не только к минеральным образцам на морском дне, но и к продуктам вулканической активности.

К числу ключевых факторов разложения минералов в подводной среде принято относить:

• воду;
• состояние газов;
• биос;
• давление;
• степень солёности;
• температурный режим и его изменения.

В зависимости от глубины водоёма, на которой происходят процессы разложения, схема воздействия этих факторов меняется. В зоне подводного разложения температура, при которой происходят процессы распада и выветривания, более низкая, если сравнивать её с температурным режимом химического выветривания в континентальной среде.

С увеличением глубины, на котором формируется донный осадок, растёт показатель давления. На 200 метрах он составляет порядка 20 атмосфер, а на глубине 10 тысяч метров – до 1000 атмосфер. Таким образом, растворимость газов и твёрдых веществ возрастает. Более активно и в краткий период проходят химические процессы. Также меняется их эффективность и направление.

Высокая скорость скопления осадков не влияет на развитие процессов выветривания под водой. Это обусловлено тем, что осаждаемые материалы долгое время не контактировали с природными водами, вследствие их перекрытия новыми осадочными слоями. При этом солёные воды не успевают оказывать выраженного химического воздействия на эти материалы.

По мере удаления от линии берега на море и в океанах, скорость накопления осадков снижается. По этой причине гальмиролиз проявляется более активно на глубоководных участках водоёмов. Также его активность обусловлена от жизнедеятельности микроорганизмов и скорости осадочного скопления.

Растворённое вещество имеет свойство мигрировать в вертикальном направлении, а его частицы – цементироваться. Под действием гидратации, гидролиза, миграции, восстановления и окисления гальмиролизированные осадки синтезируются в другие минеральные породы. К их числу можно отнести:

• фосфориты;
• гидроксид марганца и железа;
• цеолит;
• шамозит;
• карбонаты;
• глауконит;
• цеолит;
• глинистые породы.

Формируются преимущественно фосфатные породы. Бактериальная микрофлора выступает катализатором при гальмиролизе. Они ускоряют химический процесс, однако не изменяют направленность и продукты, которые они продуцируют в процессе.

Химико-физические условия водной среды непосредственным образом влияют на ход и проявление выветривания под водой. Последнее при этом достигает апогея в развитии при нулевых и малых скоростях накопления осадков в районах подводных хребтов и глубоководных областей.

Напоследок хотелось бы упомянуть о фумарольной и гидротермальной переработке осадочных образований в местах вулканической активности. Здесь преобладают сульфат-ионные составы, а также пирокластические осадки пепла, которые наряду с кислой средой и высокими температурами делают глинозём подвижным. Это, в свою очередь, формирует белоцветной и пестроцветной элюфий, который по Калугину называется сольфатарно-фумарольная кора выветривания.

Источник

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

Биологическое выветривание

Мелкозернистый чехол продуктов химического выветривания в северной части Сахары (Ливия).

Фото Л. С. Пантелеева

свя­за­но с воз­дей­ст­ви­ем на гор­ные по­ро­ды рас­ти­тель­ных и жи­вот­ных ор­га­низ­мов. Ха­рак­тер­но для об­лас­тей с влаж­ным кли­ма­том. Боль­шую ме­ха­нич. ра­бо­ту, со­про­во­ж­даю­щую­ся мно­го­об­раз­ны­ми хи­мич. про­цес­са­ми, про­из­во­дят кор­ни рас­те­ний. Мик­ро­ор­га­низ­мы уча­ст­ву­ют в кру­го­во­ро­те N, S, P, Fe и др. эле­мен­тов. Вы­де­ляю­щие­ся в хо­де раз­ло­же­ния ор­га­нич. ос­тат­ков CO₂ и гу­ми­но­вые ки­сло­ты рез­ко уси­ли­ва­ют рас­тво­ряю­щую спо­соб­ность поч­вен­ных вод. За счёт био­хи­мической дея­тель­но­сти ли­шай­ни­ков да­же в пус­ты­нях по­яв­ля­ют­ся гли­ни­стые про­дук­ты В. При раз­ру­ше­нии гор­ных по­род воз­ни­ка­ют рас­тво­ры и ми­нер. но­во­об­ра­зо­ва­ния, на­хо­дя­щие­ся в фи­зи­ко-хи­ми­че­ском рав­но­ве­сии с по­верх­но­ст­ной сре­дой. Взаи­мо­дей­ст­вие ор­га­низ­мов и про­дук­тов их рас­па­да с вы­вет­ре­лы­ми по­ро­да­ми яв­ля­ет­ся сущ­но­стью поч­во­об­ра­зо­ва­ния.

В ре­зуль­та­те В. по­яв­ля­ет­ся не­сор­ти­ро­ван­ный рых­лый ма­те­ри­ал – элю­вий, со­хра­няю­щий струк­тур­ные при­зна­ки ис­ход­ных гор­ных по­род. Фи­зическое В. фор­ми­ру­ет об­ло­моч­ный элю­вий, хи­ми­че­ское В. – гли­ни­стый. На­ка­п­ли­ва­ясь на го­ри­зон­таль­ных и сла­бо­на­клон­ных по­верх­но­стях, элю­вий об­ра­зу­ет ко­ру вы­вет­ри­ва­ния, в ко­то­рой про­сле­жи­ва­ет­ся зо­наль­ность, от­ра­жаю­щая ста­дий­ность про­цес­са. С В. свя­зан оп­ре­де­лён­ный ге­не­ти­че­ский тип ме­сто­ро­ж­де­ний по­лез­ных ис­ко­пае­мых (см. Вы­вет­ри­ва­ния ме­сто­рож­де­ния).

В. яв­ля­ет­ся са­мым по­сто­ян­ным и мощ­ным фак­то­ром де­зин­те­гра­ции гор­ных по­род. Оно го­то­вит рых­лый ма­те­ри­ал, ко­то­рый ста­но­вит­ся дос­туп­ным для пе­ре­ме­ще­ния дру­ги­ми эк­зо­ген­ны­ми аген­та­ми (напр., во­да, ве­тер) или пе­ре­ме­ща­ет­ся на бо­лее низ­кие гип­со­мет­рич. уров­ни под дей­ст­ви­ем си­лы тя­же­сти. В тех слу­ча­ях, ко­гда про­дук­ты В. не ос­та­ют­ся на мес­те сво­его об­ра­зо­ва­ния, не­ред­ко за счёт из­би­ра­тель­ной де­ну­да­ции воз­ни­ка­ют свое­об­раз­ные фор­мы рель­е­фа, за­ви­ся­щие как от ха­рак­те­ра В., так и от свойств гор­ных по­род. Для маг­ма­ти­че­ских по­род (гра­ни­ты, диа­ба­зы и др.) ха­рак­тер­ны мас­сив­ные ок­руг­лён­ные фор­мы В.; для слои­стых оса­доч­ных и ме­та­мор­фи­че­ских – сту­пен­ча­тые (кар­ни­зы, ни­ши и т. п.). Не­од­но­род­ность по­род и не­оди­на­ко­вая ус­той­чи­вость их разл. уча­ст­ков к В. ве­дут к об­ра­зо­ва­нию ос­тан­цов в ви­де изо­ли­ро­ван­ных гор, стол­бов, ба­шен и т. п.

Физическое выветривание

Выветривание физическое – процесс механического преобразования пород и минералов (растрескивание, распад, дезинтеграция на составляющие компоненты) без заметного изменения минерального и химического состава. Физическое выветривание связано, главным образом, с колебаниями температуры воздуха и пород, с замерзанием и оттаиванием воды, кристаллизацией солей из водных растворов в трещинах и пустотах. Разрушающе действует на породы корневая система деревьев, разрастающаяся по трещинам. Данный процесс наибольшее развитие получает в условиях холодного и умеренно холодного гумидного, а также холодного и умеренно холодного резко континентального, аридного климатов.

Как происходит выветривание, и какие остаточные продукты оно формирует?

В классическом понимании продукты, задержавшиеся в породе, принято именовать элювием. По большей части так называют скопления рыхлых обломочных пород с разным составом, будь то глина или глыбы. Также это обломочные накопления солидных продуктов инсоляции (горизонты, корки и калькреты) и метасоматиты.

Выветриваемые продукты формируются в ходе естественных исторических изменений земной коры. Со временем меняется рельеф, климат местности, структура почвы и тектонический режим. Здесь формируются переотложенные скопления, различающиеся между собой вариантом переноса и садиментационными окружающими факторами.

Так, например, одна из разновидностей выветривания горных пород – эрозия. По сути, это выветривание минеральных элементов движущимися ледниками, потоками воды, ветра и гравитацией. Также подобные процессы иногда называют денудацией, то есть, не выветривание, сопровождающееся сносом.

При выветривании имеют место два ключевых условия. Разрушение материнской породы (процессы физического характера), а также химические процессы, включая реакции сообщения/обмена, окисления и гидратации. Как правило, эти два аспекта сочетаются друг с другом в различных соотношениях. При этом первый, как правило, становится подготовкой к химическому этапу.

Физическое выветривание

Физическое выветривание подразделяется на температурное и морозное.

Температурное выветривание – разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры. Известно, что при нагревании и охлаждении твёрдые тела изменяют свой объём. Не являются исключением горные породы и минералы. В результате суточных колебаний температуры в массиве горных пород возникают напряжения двух типов.

Напряжения первого типа (называемые объёмно-градиентными) связаны с неравномерным нагреванием поверхностной и более глубоких частей массива; различие температур (и, соответственно, различное расширение) в этих частях массива приводят к образованию трещин, направленных параллельно его поверхности. Вследствие этого происходит шелушение и отслаивание пород, называемое десквамацией.

Десквамация в слоистой карбонатной породе (плато Лаго-Наки, Большой Кавказ)

Десквамация вулканических пород (вулканический массив Карад-Даг, Крым)

Второй тип напряжений в пределах объёма породы и минерала связан с различием коэффициентов теплового расширения-сжатия минералов. Напряжения этого типа приводят к раскалыванию до уровня минеральных зёрен и далее, по трещинам спайности, до образования частиц размером до сотых долей мм. Быстрее разрушаются темноокрашенные минералы и породы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большими различиями коэффициентов расширения составляющих их минералов.

Так в процессе температурного выветривания массив пород разрушается с образованием обломочных пород различного размера – от щебня до алевритового материала. Суточные колебания температуры проявляются до глубины 1 м, что определяет максимальную мощность возникающих таким путём обломочных отложений.

Наиболее активно температурное выветривание протекает в пустынях и, в несколько меньшей степени, в нивальных областях и в высокогорных районах, не покрытых снегом. Этому способствует сочетание двух факторов: 1) резкие суточные колебания температуры, достигающие 50оС и 2) обнажённость горных пород ввиду отсутствия растительного покрова и почвенного слоя.

Морозное выветривание – разрушение горных пород в результате периодического замерзания попадающей в трещины воды.

Попадая в трещины, в холодное время суток вода замерзает – превращается в лёд, объём которого, как известно, значительно выше, чем исходный объём воды. Кристаллизующийся лёд оказывает на стенки трещин весьма существенно давление, достигающее 1000 кг/см3 и более, что значительно выше прочности большинства горных пород. Давление льда приводит к расширению трещин и раскалыванию пород на крупные обломки размером от десятков сантиметров до метров в диаметре. Отсутствие более мелкого материала обусловлено тем, что свободная вода не способна проникать в микротрещины.

Наиболее активно морозное выветривание протекает в холодных и умеренных областях с резкими суточными колебаниями температуры, а также в области развития вечной мерзлоты и в зоне деятельности ледников.

Образующиеся в ходе физического и химического выветривания продукты разрушения могут быть перемещены с места своего образования под действием водных потоков, ветра, движущихся ледников и других экзогенных факторов  (процесс перемещения продуктов разрушения горных пород называется денудация) или остаться на месте своего образования. Продукты выветривания, залегающие на месте своего образования, называются элювий. К элювию относят продукты выветривания, не смещённые за пределы площади развития материнских пород (субстата за счёт которого они образовались).

В результате физического выветривания образуются особые формы ландшафта. Если выветривание происходит в горной области, где имеются плоские, горизонтальные поверхности, то продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и более мелкого дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи и ландшафты беспорядочного нагромождения глыб, получившие название «каменных морей».

Характерным ландшафтом зон физического выветривания являются каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады. Гаммады представляют собой нагромождения глыб и щебня, образующиеся за счёт выветривания горизонтально лежащих платов горных пород и выноса ветром  пылеватых и песчаных продуктов их разрушения. Краю пластов часто расчленены на останцы конусовидной формы, понижения между которыми заполнены россыпями каменных глыб и щебнем.

Говоря о физическом выветривании необходимо подчеркнуть, что оно приводит к механической дезинтеграции пород и минералов, но не приводит к их химическому преобразованию.

Типы выветривания[править | править код]

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 механическоеправить | править код

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

«Арка» в штате Юта (США), пример механического выветривания

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, 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.

Химическоеправить | править код

Скалы у Колыванского озера, Алтайский край

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 диссоциированных молекул воды:

KAlSi₃O₈+H₂O→HAlSi₃O₈+KOH

Образующееся основание (KOH) создаёт 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 окислов 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

Биогенноеправить | править код

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, рытьё нор животными). Особенно большая роль в биогенном выветривании принадлежит микроорганизмам.

Радиационноеправить | править код

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.