Какие существуют виды выветривания. Выветривание, его виды

Выветривание горных пород – это процесс их разрушения вблизи поверхности в течение длительного периода времени. Выветривание происходит в результате воздействия различных факторов и принято различать три его типа: физическое или механическое, химическое выветривание и биологическое.

Выветривание горных пород физическое

Физическое выветривание – это разрушение горных пород под действием разницы температур. Как оно происходит? Порода трескается, когда её частицы, поочередно охлаждаясь и нагреваясь, теряют прочные связи друг с другом.

В трещины попадает вода и лед и, со временем, они увеличиваются. Водой, а также ветром разрушенный материал уносится из трещины и порода разрушается. Если горная порода слоистая и один слой податливее другого, то, разумеется, в первую очередь разрушается именно он.

Выветривание горных пород химическое

Горные породы также разрушаются в результате их растворения и выщелачивания. Растворяет породу попадающая в её трещины вода, процесс это медленный, но непрерывный. Причем, чем шире и глубже трещина, тем большая поверхность породы подвергается растворению.

Химическому растворению больше всего подвержены карбонатные горные породы – известняки, доломиты, мрамор, гипс, каменная соль

Выветривание горных пород биологическое

Биологическим выветриванием называют разрушение горных пород растениями и мельчайшими живыми организмами – бактериями. Разрушает горные породы не только корневая система крупных растений, но и, например, растущие на поверхности скал лишайники.

Отмирая, частицы растений попадают в воду и делают её более агрессивной химически по отношению к поверхности горной породы. Порода начинает более интенсивно растворяться и разрушаться. Можно сказать, что биологическое выветривание способствует химическому и физическому.

Подверженные выветриванию всех типов верхние слои горных пород называются корой выветривания.

5.В зависимости от происхождения различают минералы первич­ные и вторичные.

К первичным относятся минералы, образовавшиеся впервые в земной коре или на ее поверхности в процессе кристаллизации магмы. К первичным наиболее распространенным минералам относятся кварц, полевой шпат, слюда, из которых состоят гра­нит или сера в кратерах вулканов.

Вторичные минералы образовались при обычных условиях из продуктов разрушения первичных минералов вследствие вывет­ривания, при осаждении и кристаллизации солей из водных рас­творов или в результате жизнедеятельности живых организмов. Это - кухонная соль, гипс, сильвин, бурый железняк и другие.

6.Гранулометрический (механический) состав почв и его значение

Гранулометри́ческий соста́в (механический состав, почвенная текстура) - относительное содержание в почве, горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава. Гранулометрический состав является важным физическим параметром, от которого зависят многие аспекты существования и функционирования почвы, в том числе плодородие.

Механические элементы – твёрдые частицы, склеенные между собой в почвенные агрегаты. Твёрдая фаза - это всегда смесь частиц разного размера, эти частицы характеризуются химической прочностью связи. Между составными компонентами гранулами или частицами не разрушаются при механическом и химическом воздействии. Все элементы в элементарной почвенной частице находятся в химическом взаимодействии в микро и макро агрегатах. Элементарные почвенные частицы склеиваются органическим веществом и самыми тонкими коллоидами.

Шкала Качинского

Граничные значения, мм Название фракции

до 0,000001 Истинные растворы

0,000001-0,0001 Коллоиды

0,0001-0,0005 Тонкий ил

0,0005-0,001 Грубый ил

0,001-0,005 Мелкая пыль

0,005-0,01 Средняя пыль

0,01-0,05 Крупная пыль

0,05-0,25 Тонкий песок

0,25-0,5 Средний песок

0,5-1 Крупный песок

1-3 Гравий

больше 3 Каменистая часть почвы

Гранулометрический состав определяет многие физические свойства и водно-воздушный режим почв, а также химические, физико-химические и биологические свойства.

Меньший диаметр частиц означает большую удельную поверхность, а это, в свою очередь - большие величины ёмкости катионного обмена, водоудерживающей способности, лучшую агрегированность, но меньшую прочность. Тяжёлые почвы могут иметь проблемы с воздухосодержанием, лёгкие - с водным режимом.

Разные фракции обычно представлены различными минералами. Так, в крупных преобладает кварц, в мелких - каолинит, монтмориллонит. По фракциям различается способность образовывать с гумусом органоминеральные соединения.

7.. Факторы почвообразования (климат, рельеф, почвообразующие породы, растительность и живые организмы, время, деятельность человека), их роль в формировании почв. Климат формируется под влиянием космических факторов и геосферных. Он оказывает многостороннее влияние на биосферу, процессы почвообразования, свойства почв и почвенного покрова. Влияние климата на почвообразование проявляется как непосредственно, обусловливая водно- воздушный, тепловой, биологический, геохимический режимы почв, так и косвенно через другие компоненты биосферы: атмосферу, гидросферу, почвообразующие породы, рельеф, растительный, животный мир и хозяйственную деятельность человека. С климатом связана широтная зональность биосферы и вертикальная поясность в горах. Для характеристики обеспеченности влагой наибольшее распространение получил коэффициент увлажнения Высоцкого-Иванова, он рассчитывается как отношение среднемноголетнего количества осадков к испаряемости. Рельеф – это совокупность форм земной поверхности разных масштабов. Рельеф играет большую роль в процессах функционирования биосферы и в почвообразовании. Мега- и макрорельефы участвуют в формировании воздушных масс и перераспределении тепла и влаги по земной поверхности, определяя климатические и погодные условия, а через них – макроэкосистемы с характерным почвенным покровом. Мезо- и микроформы рельефа перераспределяют тепло и влагу в пределах склонов, повышений и понижений. Они определяют особенности микроклимата и глубину залегания с характерными особенностями почвенного покрова. Определяют размер и форму ЭПА, образующих почвенные комбинации. Профиль любой почвы заканчивается почвообразующей породой. Почвы наследуют от почвообразующей породы гранулометрический состав, минералогический и химический составы, ряд физических свойств. На породах, обогащённых элементами питания и основаниями, как правило, образуются плодородные почвы и, наоборот, на бедных породах формируются почвы с низким плодородием. Почвы, унаследовавшие негативные, с агрономической точки зрения, свойства, такие, как каменистость, высокая плотность, наличие водорастворимых солей и др., требуют специальных затрат на их освоение и улучшение. Почвообразующие породы могут в корне изменять скорость и направление почвообразовательных процессов, что приводит к формированию азональных типов почв, например, дерново-карбонатные почвы в таёжно- лесной зоне среди подзолистых. Глубина залегания грунтовых вод определяется рельефом и степенью водопроницаемости почвообразующих пород. Под воздействием почвенно- грунтовых вод может происходить заболачивание, оглеение, вынос и привнос растворимых продуктов почвообразования, поднятие и опускание солей при колебании уровня грунтовых вод и капиллярной каймы и др. За время существования жизни на Земле живое вещество преобразовало огромное количество солнечной энергии в химическую и механическую работу выветривания. Часть энергии трансформировалась в потенциальную и длительное время в виде громадных запасов орг. и орг.-минер. веществ (нефть, уголь, торф, гумус и др.) сохраняется в земной коре. Живое вещество существенно изменило хим. состав атмосферы, литосферы и гидросферы. Благодаря живому веществу сформировалась почва и главное её свойство – плодородие. В основе почвообразования лежит биологический круговорот веществ, сущность которого заключается в том, что химические элементы литосферы, вода и элементы атмосферы поглощаются живыми организмами, перегруппировываются и возвращаются в почвы, но уже в новом качестве и других количествах. Абсолютный возраст – время, прошедшее с начала формирования почвы до настоящего момента. Относительный возраст характеризует зрелость – степень развития конкретной почвы, соответствие её профиля факторам почвообразования. В процессе почвообразования каждая почва проходит ряд последовательных стадий. На первой стадии начальное почвообразование, сменяется стадией развития (формируется зрелый почв. профиль), при этом достигается стадия квази-равновесия или «климаксное» состояние. В последней стадии долгое время, сменяясь стадией эволюции (сопоставима со стадией развития и ведёт к новому квази-равновесию). 66. В чём сущность почвообразовательного процесса? Почвообразовательный процесс – это совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще. Совокупность процессов можно разделить на три группы: 1. Процессы обмена веществами и энергией между почвой и другими природными телами (поступление в почву и вынос из неё). 2. Процессы превращения веществ и энергии, происходящие в почвенной толще. 3.Процессы передвижения и аккумуляции веществ и энергии в почвенной толще. Характерная черта – цикличность. Наиболее выражен годичный цикл. Тенденция обратимости и противоположной направленности. Определённая совокупность микропроцессов образует частные (или элементарные) почвообр. процессы. Более 60 естественных ЭПП, объединённых в 7 групп. 1. Биогенно- аккумулятивные ЭПП (подстилкообразование, гумусообразование, торфообразование, детритообразование); 2.Гидрогенно-аккумулятивные ЭПП (засоление, окарбоначивание, оруденение); 3. Метаморфические ЭПП (сиаллизация (оглинение), монтмориллонитизация, ферралитизация- каолинизация-ферсиаллитизация-бокситизация-ферратизация, оглеение, оструктуривание, слитизация); 4. Элювиальные ЭПП (выщелачивание, оподзоливание, лессирование, псевдооподзоливание-псевдооглеение- отбеливание-ферролиз-- элювиально-глеевый процесс-- Al-Fe-гумусовый процесс, осолодение, коркообразование); 5. Иллювиально-аккумулятивные ЭПП (глинисто-иллювиальный-- алюмогумусо-иллювиальный- железистогумусо-иллювиальный-иллювиально-гумусовый-иллювиально- карбонатный); 6. Педотурбационные ЭПП (самомульчирование, криотурбация, пучение, биотурбация, ветровальная педотурбация); 7. Деструктивные ЭПП (эрозия, дефляция (ветровая эрозия), погребение); 8. Агрогенные и техногенные ЭПП (освоение, агрогенное гумусонакопление, мульчирование, окультуривание, агротурбация); 9. Мелиоративные ЭПП (пескование, агрогенное оструктуривание, рекультивация); 10. Деструктивные агро- и техногенные ЭПП (ускоренная эрозия, ирригационная эрозия, дефляция, стаскивание, вторичное засоление, вторичное оглеение. Дегумификация, выпахивание, обесструктуривание, переуплотнение, техногенное загрязнение, агрогенное загрязнение, почвоутомление).

8. Большую роль в питании растений и в превращении внесенных в почву удобрений играет ее поглотительная способность. Под поглотительной способностью понимается способность почвы поглощать различные вещества из раствора, проходящего через нее, и удерживать их. Основы современных представлений о поглотительной способности почвы были заложены работами академика К. К. Гедройца. Он различал пять видов поглощения в почве.

механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую. 1. Механическая поглотительная способность – это свойство почвы поглощать твёрдые частицы, поступающие с водой или воздухом, размеры которых превышают размеры почвенных пор. 2. Физическая (молекулярная адсорбция) – это свойство почвы изменять концентрацию молекул различных веществ на поверхности твёрдых частиц за счёт физического взаимодействия молекул. При этом меняется величина поверхности и поверхностная энергия. Происходит положительная физическая адсорбция орг. соединений и отрицательная минер. и некоторых орг. соединений. 3. Химическая (хемосорбция) обусловлена образованием труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок из почв. раствора. 4. Биологическая обусловлена поглощением элементов питания и кислорода почвенного воздуха корнями растений и микроорганизмами. Она характеризуется большой избирательностью поглощения. 5. Физико-химическая обусловлена наличием в составе почв ППК, представленного почвенными коллоидами. ППК обладает способностью поглощать и обменивать катионы и анионы, находящиеся на поверхности кол. частиц, на эквивалентное количество ионов почв. раствора. Эта способность обусловливает физико-хим. свойства почв, такие как кислотность, щелочность, буферная способность.

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: O 2 , H 2 O, CO 2

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.

Fe 2 O 3 + nH2O ® Fe 2 O 3 ´ nH 2 O

гематит лимонит

CaSO 4 + 2H 2 O ® CaSO 4 ´ 2H 2 O

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 + nH 2 O + CO 2 ® K 2 CO 3 + Al 4 (OH) 8 + SiO 2 ´ nH 2 O

ортоклаз в раствор каолинит опал

Дальнейший гидролиз каолинита приводит к его разложению и образованию латерита:

Al 4 (OH) 8 ® H 2 Al 2 O 4 + SiO 2 ´nH 2 O 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.



Выветривание – это процесс разрушения и изменения состава пород вследствие колебаний температуры, замерзания и оттаивания воды, химического воздействия воды, растворенных в ней газов, кислот и щелочей, под действием ветра, растений и животных и др. Выветривание наиболее интенсивно протекает на поверхности земли, но распространяется и в глубину, особенно по зонам ослабления в породах – трещинам, разломам.

Различают выветривание физическое, химическое и биологическое или органическое. Физическое выветривание преобладает в условиях резко континентального или холодного климата и его значение состоит в раздроблении, дезинтеграции пород (см. обломочные ОГП). При химическом выветривании меняется минералогический состав пород. Активные реагенты при этом – вода, кислород, углекислота, органические кислоты. Наиболее общие процессы химического выветривания - растворение, гидратация, окисление, гидролиз; некоторые процессы называют по характеру образующихся при этом минералов: каолинизация, карбонизация, серпентинизация и др. Биологическое или органическое выветривание, связывая его с действием живых организмов; примеры биологического выветривания – действие корней растений, мхов и лишайников, животных - землероев, различных микроорганизмов.

В природе все виды выветривания протекают совместно, при определяющем влиянии того или другого, в зависимости от конкретных условий – климатических, геологических, гидрогеологических и др.

6.2. Кора выветривания и элювиальные отложения

В результате выветривания породы изменяются на некоторую глубину – обычно несколько метров, а в районах тропического климата до 100 метров. Эта зона сильно измененных пород вместе с почвой называется корой выветривания. Крупнообломочные и песчано-глинистые породы коры выветривания представляют собой элювиальные отложения или элювий. В общем случае кора выветривания имеет следующее строение (рис.6.1). Цифрами указаны:

1 – невыветрелая (материнская) порода; 2 – глыбовая зона, то есть выветрелая трещиноватая порода (вплоть до разборной скалы – рухляка); 3 – зона грубого дробления - крупнообломочный грунт (щебень, дресва с песчано-глинистым заполнителем); зона тонкого дробления: 4 – песок; 5 – глинистая порода; 6 – почва; 7 – уровень сноса пород (базис денудации а-а) или дно котлована; 8 – трещины выветривания; 9 – «острова» элювия среди разборной скалы.

Рис. 6.1. Кора выветривания:

1 – материнская порода; 2 – выветрилая скала; 3 – крупнообломочный грунт; 4 – песок; 5 – глинистая порода; 6 – почва; 7 – базис денудации;

8 – трещины выветривания; 9 – «острова» элювия среди скального грунта

Исходя из условий образования, элювиальные отложения представлены крупнообломочными, песчаными и глинистыми породами и характеризуются следующими свойствами:

Обломки имеют неокатанную, угловатую форму (щебень, дресва, хрящ); поверхность песчаных частиц шероховатая, что связано с отсутствием переноса материала;

Слоистость отсутствует, имеет место постепенный переход одной зоны в другую (рис.6.1);

Неоднородность механического состава;

Минералогический состав элювия связан с подстилающей материнской породой;

Наибольшее распространение и мощность элювия характерны для невысоких плоских водоразделов и отрицательных форм рельефа (понижений), где слабо проявляется денудация;

Нижняя граница элювия обычно неровная из-за разнообразия влияющих на выветривание факторов.

Возможность использования элювия в качестве основания сооружения зависит от мощности и вида грунта, его состава и состояния, а также от действующих нагрузок. Здания и сооружения с умеренными нагрузками успешно возводятся на элювиальных грунтах, особенно в районах широкого их распространения (Урал, Дальний восток). С другой стороны, для тяжелонагруженных особо ответственных сооружений (плотины, опоры мостов и др.) может потребоваться полное удаление выветрелых пород. Например, при возведении плотины Братской ГЭС снималось 1,5 метра верхней части слоя диабаза – основания плотины.

Особый характер имеет выветривание глинистых пород, происходящее в котлованах, откосах, подземных выработках. Увеличение влажности вызывает набухание породы с нарушением цементационных связей. Подсыхание приводит к усадке с появлением трещин. Аналогичные результаты может дать снятие части природной нагрузки (например, при отрывке котлована). Все такие изменения приводят к разупрочнению грунта и последующему разрушению. Это характерно и для таких полускальных пород, как аргиллиты, глинистые сланцы, мергели, опоки и др. Поэтому в строительных технологиях не допускаются длительные перерывы между разработкой котлована и бетонированием фундамента.

Выветривание – всеобщий процесс, действующий и на материалы искусственных сооружений, откосы выемок и насыпей и т.д. Защита от выветривания достигается нанесением на поверхности пород и материалов стойких покрытий или пропиткой их различными вяжущими.

О, выветривание... С ним связана одна из страшных (на самом деле, не очень) ошибок моего детства. Перед поступлением в первый класс я считала, что кукушка "кукукает", а где-то в средней школе не только путала ямб с хореем, но и думала, что выветривание - это только про ветер. Открывать учебник надо было почаще, увы мне.

Выветривание – что это такое

Горы и камни кажутся чем-то вечным, но время не щадит и их. Различные природные процессы постепенно разрушают даже горные породы. Это и есть выветривание.

Здесь важно добавить, что разрушение – это не уничтожение. Минералы не исчезают в никуда, они лишь принимают другую форму. В процессе выветривания образуются кора и продукты выветривания.

Кора выветривания – это рыхлый верхний слой литосферы, сложенный из различных продуктов выветривания, которые также называют элювием или элювиальными отложениями.

Интересные результаты выветривания – кигиляхи (скалы причудливых форм) и курумы (россыпи камней).

Механизмы выветривания

Выделяют два основных типа: химическое и механическое.

Три кита, на которых стоит химическое выветривание:

• вода;
• кислород;
• углекислый газ.

Эти вещества очень активны и легко вступают в реакции. Гидролиз, гидратация, окисление... Одни соединения разрушаются, но образуются другие. Такой вот круговорот элементов в природе.

Вода участвует и в механическом выветривании. Она воздействует на горные породы изнутри (проникая в самые маленькие трещинки) и снаружи (силой волн).

К механическому (физическому) выветриванию относится также воздействие ветра (наконец-то!) и перепадов температур.

Механическое выветривание, в отличие от химического, не изменяет состав вещества. Породы лишь дробятся: от появления маленьких трещин до превращения в пыль.

Особым видом механического выветривания считается то, которое происходит в результате деятельности живых организмов: микроорганизмов, растений и животных.

К выветриванию приводит и воздействие радиации, в том числе, солнечной. Хотя даже внутри самих горных пород встречаются радиоактивные элементы.

ВЫВЕТРИВАНИЕ, процессы механического разрушения и химического изменения горных пород на поверхности суши или небольшой глубине (атмосферное выветривание) и на дне водоёмов (смотри Гальмиролиз). Основными факторами, воздействующими на горные породы, являются сезонные и суточные колебания температуры, химические и механические воздействия атмосферного и грунтового воздуха (в том числе О 2 , СО 2 и водяных паров), жидкой воды (атмосферной и грунтовой), замерзающей воды, кристаллизующихся солей, макро- и микроорганизмов. Скорость, степень и вид выветривания, мощность чехла продуктов выветривания, их гранулометрический и минералогический составы зависят от климата, рельефа, геологического строения, состава и структуры материнских горных пород. По виду воздействия выделяют два основных типа выветривания - физическое и химическое. Биологическое (органическое) выветривание сводится к биомеханическому и биохимическому изменению горной породы. Обычно типы выветривания действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает.

Физическое выветривание приводит к механическому распаду исходной монолитной горной породы на обломки без заметного преобразования её минерального состава. В чистом виде оно наблюдается в условиях дефицита влаги или при её низких температурах. В аридных областях происходит быстрое изменение объёма горных пород под воздействием резких суточных колебаний температуры при нагревании солнечными лучами и последующем ночном охлаждении (ингаляционное, температурное выветривание). Особенно эффективно такое выветривание в полиминеральных кристаллических породах, частицы которых имеют различную теплопроводность. Растрескивание породы способствует расклинивающему действию плёночной воды, расширению трещин за счёт роста кристаллов из высыхающих растворов. Существенно также растрескивание при усыхании ранее набухших увлажнённых рыхлых грунтов. В высокоширотных и высокогорных областях с частыми колебаниями температуры около 0°С механическое разрушение пород связано с замерзанием воды, проникшей в уже имеющиеся трещины (морозное выветривание). Разрушение поверхности горных пород за счёт расширения разнонаправленных пересекающихся трещин приводит к выкалыванию многогранников породы различных размеров и формы. Для фракций < 20 мм типична форма обломка в виде неправильной гранулы. Разрушение породы происходит при наличии скрытых трещин и дефектов в строении кристаллической решётки минералов. Попеременное сильное промерзание и оттаивание пород (криогенное выветривание) могут сопровождаться накоплением тонких пылеватых продуктов.

Химическое выветривание приводит к изменению химического состава породы, обычно с удалением относительно подвижных ионов и с образованием минералов, стойких в условиях земной поверхности. Характерно для областей с тёплым, умеренно или избыточно влажным климатом. Особенно интенсивно оно происходит при высокой дисперсности и водопроницаемости пород, подготовленных физическим выветриванием. Энергичным окислителем является О 2 воздуха и грунтовых вод, растворённый СО 2 повышает химическую активность вод. Нагретая солнечными лучами вода действует на породу путём непосредственного растворения, гидратации и гидролиза. При химическом выветривании из пород в растворах выносятся преимущественно Са, Mg, К, Na и присоединяются Н 2 О, О 2 , СО 2 . Все образовавшиеся вторичные минералы содержат сорбционную и кристаллизационную воду. Окисление характерно для выветривания пород, богатых сульфидами или обогащённых двухвалентными ионами Fe и Mg. В восстановительных условиях происходит оглеение пород, приводящее к выносу из них Fe, Мn, Со, Ni, Zn. Окисление, сорбция, гидратация осуществляются с выделением энергии. При гидролизе алюмосиликатов первичные породообразующие минералы превращаются во вторичные глинистые. Процесс сопровождается частичным или полным выносом ионов Ca, Na и К из кристаллической решётки полевых шпатов - наиболее распространённых минералов магматической и метаморфической пород. При этом происходит перегруппировка исходной каркасной решётки в слоистую, свойственную глинам.

Биологическое выветривание связано с воздействием на горные породы растительных и животных организмов. Характерно для областей с влажным климатом. Большую механическую работу, сопровождающуюся многообразными химическими процессами, производят корни растений. Микроорганизмы участвуют в круговороте N, S, Р, Fe и других элементов. Выделяющиеся в ходе разложения органических остатков СО 2 и гуминовые кислоты резко усиливают растворяющую способность почвенных вод. За счёт биохимической деятельности лишайников даже в пустынях появляются глинистые продукты выветривания. При разрушении горных пород возникают растворы и минеральные новообразования, находящиеся в физико-химическом равновесии с поверхностной средой. Взаимодействие организмов и продуктов их распада с выветрелыми породами является сущностью почвообразования.

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

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

Лит.: Выветривание и литогенез. М., 1969; Оллиер К. Выветривание. М., 1987; Симонов Ю. Г. Процессы выветривания и образования элювия // Динамическая геоморфология. М., 1992; Перельман А. И., Касимов Н. С. Геохимия ландшафта. 3-е изд. М., 1999.