Выветривание на поверхности земли идет постоянный процесс разрушения горных пород. в географии этот процесс принято называть выветривание. выделяют три. — презентация

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 .

Свойства хорошо выветриваемых почв

Гранитная порода, которая является наиболее распространенной кристаллической породой, обнажающейся на поверхности Земли, начинает выветривание с разрушением роговой обманки . Затем биотит превращается в вермикулит и, наконец , разрушаются олигоклаз и микроклин . Все они превращаются в смесь глинистых минералов и оксидов железа. В результате почва обеднена кальцием, натрием и двухвалентным железом по сравнению с коренной породой, содержание магния снижено на 40%, а кремния — на 15%. При этом почва обогащена алюминием и калием не менее чем на 50%; титаном, численность которого увеличивается втрое; и трехвалентным железом, содержание которого увеличивается на порядок по сравнению с коренной породой.

Базальтовая порода легче выветривается, чем гранитная, из-за ее образования при более высоких температурах и более сухих условиях. Мелкий размер зерна и присутствие вулканического стекла также ускоряют выветривание. В тропических условиях он быстро превращается в глинистые минералы, гидроксиды алюминия и оксиды железа, обогащенные титаном. Поскольку большая часть базальтов относительно бедна калием, базальт выветривается непосредственно до бедного калием монтмориллонита , а затем до каолинита . Там, где выщелачивание происходит непрерывно и интенсивно, как в тропических лесах, конечным продуктом выветривания является боксит , основная руда алюминия. Там, где выпадают интенсивные, но сезонные осадки, как, например, в сезон дождей, конечным продуктом выветривания является латерит, богатый железом и титаном . Превращение каолинита в бокситы происходит только при интенсивном выщелачивании, так как обычная речная вода находится в равновесии с каолинитом.

Для образования почвы требуется от 100 до 1000 лет, очень короткий интервал в геологическом времени. В результате в некоторых формациях обнаруживаются многочисленные слои палеопочв (ископаемых почв). Например, формация Уилвуд в Вайоминге содержит более 1000 слоев палеопочвы в разрезе 770 метров (2530 футов), что составляет 3,5 миллиона лет геологического времени. Палеопочвы были обнаружены в образованиях возрастом до архея (возрастом более 2,5 миллиарда лет). Однако палеопочвы трудно распознать в геологической летописи. Признаки того, что осадочный слой представляет собой палеопочву, включают постепенную нижнюю границу и резкую верхнюю границу, присутствие большого количества глины, плохую сортировку с небольшим количеством осадочных структур, обломочные образования в вышележащих слоях и трещины высыхания, содержащие материал из более высоких слоев.

Степень выветривания почвы может быть выражена как химический индекс изменения , определяемый как 100 Al.2О3/ (Al2О3 + CaO + Na2O + K2О) . Это значение варьируется от 47 для неответренной породы верхней коры до 100 для полностью выветрившегося материала.

Определение «Выветривание горных пород» в ЭБНБ

Выветривание горных пород и минералов — это процесс разрушения и химического изменения горных пород под влиянием температуры, химического и механического воздействия на них атмосферы, воды и организмов.Различают три типа выветривания: физическое, химическое, биологическое.Физическое выветривание — это процесс механического раздробления горных пород без изменения химического состава образующих их минералов.

Физическое выветривание активно протекает при больших колебаниях суточных и сезонных температур, например в жарких пустынях, где поверхность почвы иногда нагревается до 60 — 70°С, а ночью охлаждается почти до 0°С. Процесс разрушения усиливается при конденсации и замерзании воды в трещинах горных пород, поскольку, замерзая, вода расширяется на своего объема и с огромной силой давит на стенки. В сухом климате аналогичную роль играют соли, кристаллизующиеся в трещинах горных пород. Так, соль кальция CaSO₄, превращаясь в гипс (CaSO₄ — 2H₂O), увеличивается в объеме на 33%. В результате от породы, разбитой сетью трещин, начинают отпадать отдельные обломки, и с течением времени ее поверхность может подвергнуться полному механическому разрушению, что благоприятствует химическому выветриванию.Химическое выветривание — это процесс химического изменения горных пород и минералов и образования новых, более простых соединений в результате реакций растворения, гидролиза, гидратации и окисления.

Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода выступает в роли активного растворителя горных пород и минералов, а растворенный в воде углекислый газ усиливает разрушающее действие воды.

Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород — гидролиз — приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул воды.

С деятельностью воды связана также гидратация — химический процесс присоединения воды к минералам. В результате реакции происходит разрушение поверхности минералов, что в свою очередь усиливает их взаимодействие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами выветривания.

Реакция присоединения кислорода и образования оксидов (кислотные, основные, амфотерные, солеобразующие) называется окислением. Окислительные процессы широко распространены при выветривании минералов, содержащих соли металлов, особенно железа.

В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов, разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает такие свойства, как связность, влагоемкость, способность к поглощению и др.Биологическое выветривание — это процесс химического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под влиянием организмов и продуктов их жизнедеятельности.

При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулируют их в поверхностном горизонте породы, создавая условия для формирования почвы. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную, плавиковую, азотную, серную и др.), которые разрушают минералы и усиливают процесс выветривания.

Большая роль в биологическом выветривании монолитных пород принадлежит лишайникам, которые разрушают породы как химически, выделяя углекислоту и кислоты, так и механически, проникая гифами внутрь минералов и трещин горных пород.Животные в меньшей степени, чем растения, влияют на горные породы. Однако и они разрушают их путем механического разрыхления и выделения продуктов жизнедеятельности.

Разные породы и минералы имеют неодинаковую устойчивость к выветриванию. Более легко выветриванию подвергаются пористые породы с высоким содержанием минералов: вулканические пеплы, слюды и др. Наоборот, минералы с плотной структурой — устойчивы к выветриванию — это кварциты, граниты и др. Промежуточное положение занимают полевые шпаты.

Интенсивность выветривания зависит также от климатических условий и главным образом от температуры и количества осадков. В условиях засушливого климата продукты выветривания накапливаются, в условиях влажного климата — вымываются (выщелачиваются).

Физическое выветривание

Силы физического выветривания очень разнообразны и мощны. Его причинами являются колебания температур, ветер и вода. Они действуют на все без исключения горные породы, находящиеся на поверхности Земли.

В чём проявляется действие температуры на горные породы? Есть такой физический закон: при нагревании все вещества расширяются, а при остывании сжимаются. Представьте себе скалу, которая днём нагревается на солнце, а ночью остывает. И так в течение очень долгого времени. Нагрев — остывание, расширение — сжатие. Что рано или поздно с ней произойдёт? Растрескается и рассыплется (рис. 87).

Но это ещё не все. В результате изменения температуры каждый обломок этой скалы будет продолжать расширяться и сжиматься, как и прежде. К чему это приведёт? Обломки будут разрушаться, они будут становиться всё мельче и мельче. И вот уже на месте гранитной скалы остаётся кучка песка. Так под действием изменения температур разрушаются скалы, образуются обломочные горные породы, в данном случае — песок.

Вода — могучий разрушитель горных пород. Ведь не случайно появилась пословица: «Вода камень точит». Конечно, точит. Обтачивает (рис. 88). Откалывает от камней мельчайшие частицы и уносит далеко-далеко. Так действует и речная вода, и морские волны (рис. 89).

Такое же действие оказывает и ветер, давший название процессу выветривания. Он способен создавать из скал причудливые скульптуры, превращать скалы в песок и укладывать его в огромные песчаные холмы — барханы (рис. 90). Вода является главным разрушителем горных пород в условиях влажного климата. Ветер особенно активен в тех местах, где климат сухой.

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.

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

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.

литература

• Харм Дж. Де Блай, Питер О. Мюллер, Ричард С. Уильямс-младший: Физическая география — глобальная окружающая среда. 3. Издание. Oxford University Press, New York NY et al. 2004 г., ISBN 0-19-516022-3 .
• Генри Лутц Эрлих, Дайан К. Ньюман: Геомикробиология. 5-е издание. CRC Press, Boca Raton FL, et al. 2009, ISBN 978-0-8493-7906-2 .
• Ганс Гебхардт, Рюдигер Глейзер , Ульрих Радтке , Пауль Ройбер (ред.): География. Физическая география и география человека. Elsevier, Spektrum Akademischer Verlag, Мюнхен и другие. 2007, ISBN 978-3-8274-1543-1 .
• Курт Конхаузер: Введение в геомикробиологию. Blackwell Publishing, Malden MA et al. 2007, ISBN 978-0-632-05454-1 .
• Фрэнк Пресс , Раймонд Сивер : Общая геология. Введение в систему Земли. 3. Издание. Издательство Spectrum Academic, Гейдельберг и др. 2003 г., ISBN 3-8274-0307-3 .
• Алан Х. Стралер; Артур Н. Штралер: Физическая география (= UTB. Geosciences 8159). 3-е, исправленное издание, Ulmer, Stuttgart 2005, ISBN 3-8001-2854-3 .

Каменные россыпи

Наиболее наглядно продукты различных видов выветривания представлены в горной местности. Нередким явлением здесь являются россыпи каменистых фрагментов, которые способны смещаться по направлению вниз по склону. Это зрелище напоминает застывший поток, состоящий из каменных обломков. Эти каменные фрагменты и есть результат интенсивно протекающих процессов выветривания.

В зависимости от условий и местности, продуктами процесса выветривания могут быть каолин и другие глинистые фракции, песок, щебень.

Если говорить о процессе выветривания, протекающем в водном бассейне, следует упомянуть и о нерастворимых веществах, выпадающих в осадок и образующих слой на морском дне.

В природе практически не удаётся встретить воздействия на породы какого-то одного отдельного типа выветривания. Как правило, они соседствуют, выступают в комбинации друг с другом, а иногда и выстраиваются в последовательную цепочку процессов.

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.

Примеры новообразований посредством химии

В результате химического выветривания из твёрдых пород магматического происхождения (гранитов, базальтов, гнейсов) получаются податливые глины. К числу продуктов окисления, гидролиза, миграции разрушенных частиц вещества относятся также карбонаты, фосфориты, цеолиты, гидроксиды железа, марганца. Некоторые примеры превращений твёрдых камней в рыхлые отложения сведены в таблицу преобразований при химическом выветривании.

Химическое выветривание в известняках, доломитах, кальцитах происходит быстрее, чем в кварцевых песчаниках, а повышение температуры ускоряет процесс разрушения. Благодаря химическому типу выветривания, в недрах находится много месторождений полезных ископаемых. Часть из них разрабатывается, другие пребывают в государственном резерве, третьи пока ещё не разведаны.