Кора выветривания, континентальная геологическая формация, образующаяся на земной поверхности в результате выветривания горных пород.

Процессы выветривания в природных ландшафтах

 

Выветривание - процесс механического разрушения и химического изменения горных пород и минералов на земной поверхности и в самых верхних частях земной коры под воздействием:

· различных атмосферных агентов (атмосферных осадков, ветра, колебаний температуры воздуха, воздействия на породы атмосферного кислорода и др.);

· грунтовых и поверхностных вод;

· жизнедеятельности растительных и животных организмов и продуктов их разложения.

 

Различают физическое и химическое выветривания, а также биологическое выветривание, которое сводится обычно к физическому и химическому воздействию организмов на горные породы.

Продукты изменения, оставшиеся на месте своего первичного залегания, называют остаточной корой выветривания, а перемещенные на небольшое расстояние, но не потерявшие связи с материнской породой - переотложенной корой выветривания.

В состав магматических и метаморфических горных пород входит большое количество разнообразных первичных минералов, но сравнительно немногие из них являются породообразующими, т.е. составляют основную массу пород и широко распространены. Именно породообразующие минералы являются источником поступления в ландшафт химических элементов в процессе выветривания и тем первичным материалом из которого образуются вторичные минералы осадочных пород, рыхлых отложений и педомасс (почв) ландшафта.

По химическому составу большинство породообразующих минералов представлены оксидами и силикатами.

Кварц SiO₂– один из самых распространенных минералов изверженных пород (гранит – 70,18%, гранодиорит -65,1%, дунит – 40,5%), в состав которого входят два наиболее распространенных химических элемента литосферы – кислород и кремний.

Гематит Fe₂O₃ и рутил TiO₂ распространены в меньшей степени. На долю Fe₂O₃ в изверженных породах приходится от 1,5 до 3,8%, на долю рутила – до 1,5%.

К группе силикатов относятся очень широко распространенные минералы - полевые шпаты. Полевые шпаты делятся на кислые (соотношение SiO₂/Al₂O₃ = 5-6) и основные (соотношение SiO₂/Al₂O₃ = 2-3).

Кислые полевые шпата содержат в основном калий и натрий. К ним относятся ортоклаз и микроклин (K[AlSi₃O₈]) и альбит (Na[AlSi₃O₈]).

К основным полевым шпатам относится кальциевый полевой шпат – анортит Сa[Al₂Si₂O₈]).

К группе алюмосиликатов принадлежат также слюды – мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀][OH]₂, биотит K(Mg,Fe)₃[AlSiO₁₀][OH]₂.

Среднее содержание слюд в изверженных минералах составляет 4 - 5%.

Следующую группу силикатов составляют пироксены и амфибиолы, к которым относятся широко распространенные минералы – авгит и роговая обманка.

К группе силикатов принадлежит и широко распространенный минерал изверженных пород – оливин (Mg,Fe)[SiO₄].

Кроме оксидов и силикатов к числу первичных минералов относятся апатит Ca₅(Cl,F)(PO₄)₃ и пирит (марказит) FeS₂.Они встречаются в породах в рассеянном состоянии и их содержание не превышает 0,3 – 0,5%.

В изверженных породах в значительно меньших количествах встречаются аксессорные минералы – циркон ZrO₂SiO₂ , ильменит FeTiO₃ , сфен CaTiSiO₅, плавиковый шпат CaF₂, эпидот Ca₂(AlFe³⁺)Al₂[O(OH)SiO₄(Si₂O₇)] .

Физическое разрушение (физическое выветривание) горных пород на земной поверхности вызвано главным образом температурным фактором – периодическим их нагреванием и охлаждение (суточные, сезонные изменения температуры). Коэффициент температурного расширения разных минералов (и даже одного минерала по разным кристаллоптическим осям) неодинаков. Различия в расширении и сжатии усиливается разной теплоемкостью минералов. Неравномерное расширение и сжатие приводит к деформации зерен минералов и образованию микротрещин. Попадающая в трещины вода усиливает процесс механического разрушения пород (капиллярное давление, давление льда при замерзании воды).

Одновременно с физическим разрушением начинается химическое изменение горных пород. Атмосферная вода, насыщенная кислородом, контактируя с породой, вызывает гидратацию, окисление и растворение ряда минералов. Резко усиливает химическое выветривание деятельность живых организмов. Попадающая с вводов на поверхность породы и в микротрещины разнообразная микрофлора (синезеленые и диатомовые водоросли, грибы, бактерии) и поселяющиеся на поверхности породы лишайники и мхи в процессе своей жизнедеятельности и разложения отмерших остатков образуют углекислый газ и органические кислоты. Растворение углекислого газа и органических кислот в воде приводит к образованию угольной кислоты, усиливающей химическое воздействие воды на минералы вследствие увеличения концентрации ионов водорода.

Таким образом, агентами биохимического выветривания минералов являются:

· вода;

· кислород;

· угольная кислота;

· органические кислоты.

Чем больше физическое выветривание пород, тем большая поверхность минералов подвергается воздействию агентов биохимического выветривания.

В процессе выветривания различные промежуточные и конечные продукты разложения могут растворяться и выноситься приповерхностными водами. Их миграция осуществляется в виде взвесей, коллоидных и истинных растворов.

Биохимическое выветривание сводится в конечном итоге к процессам гидратации, окисления и гидролиза первичных минералов, вследствие чего, изменяется их химический состав и образуются новые (вторичные) минеральные образования.

Гидратация заключается в присоединении к безводным минералам молекул воды и превращению их в гидраты. Наиболее обычны процессы гидратации минеральных оксидов:

Fe₂O₃ +H₂O®2FeO(OH) + H₂O ® Fe₂O(OH) + n H₂O ® 2Fe(OH)₃ nH₂O

гематит

гетит

гидрогетит

лимонит

 

Окисление обычно характерно для сульфидов (пирит), которые при выветривании легко окисляются с образованием свободной серной кислоты:

FeS₂ +7O₂ + 2H₂O ® 2FeSO₄ + 2H₂SO₄

FeSO₄ + O₂ + H₂O ® Fe(OH)₃ + H₂SO₄

 

Образующаяся в процессе окисления сульфидов серная кислота воздействует в свою очередь на близлежащие минералы, разлагая их с образование различных сернокислых солей:

CaAl₂SiO₈ + H₂SO₄ + 2H₂O ® H₂Al₂SiO₈×2H₂O + CaSO₄

анортит

каолин

гипс

Гидролиз силикатов происходит путем замещения ионов металлов (оснований) водородным ионом с гидратацией промежуточных и конечных продуктов распада первичных минералов. Конечным продуктом разложения полевых шпатов и слюд при условии свободного удаления подвижных продуктов и подкисления среды являются глинистые минералы (каолинит, галлуазит, боксит, монтмориллонит, гибсит, бемит):

Na[AlSi₃O₈] + H₂CO₃ +H₂O ® H₂Al₂SiO₈×2H₂O + Na₂CO₃

Вынос химических элементов из зоны выветривания связан с наличием воды и растворимостью промежуточных продуктов разложения минералов. В условиях земной поверхности подвижность химических элементов в водных потоках рассеивания может быть охарактеризована коэффициентом водной миграции (Км), представляющим собой отношение содержания химического элемента в солевом остатке воды (С_х^в) к его содержанию в литосфере (С_х^л) :

 

На рисунке 2.7 приведены значения коэффициентов водной миграции для химических элементов, входящих в основные породообразующие минералы.

 

Рисунок 2.6. Коэффициента водной миграции химических элементов основных породообразующих минералов.

В результате различия в коэффициентах водной миграции, в процессе химического выветривания часть химических элементов (для которых Км >1) будут выносится из зоны выветривания. И, наоборот, те химические элементы, для которых Км меньше 1 будут в зоне выветривания накапливаться.

Механический вынос порошковатых продуктов коры выветриания водой, хотя в некоторых случаях и имеет существенное значение, однако мало влияет на изменение её валового химического состава.

Корам выветривания различного профиля свойственна зональная смена минерального и химического состава по вертикали от коренных слабо измененных пород до выходящих на земную поверхность интенсивно измененных пород.