Реферат: Разрушение и выветривание горных пород

Выветривание

Процесс разрушения и изменения горных пород в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов. По характеру среды, в которой происходит В., различают атмосферное и подводное (см. Гальмиролиз ). По роду воздействия В. на горные породы различают: физическое В., ведущее только к механическому распаду породы на обломки; химическое В., при котором изменяется химический состав горной породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности; органическое (биологическое) В., сводящееся к механическому раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельности организмов. Своеобразным типом В. является почвообразование, при котором особенно активную роль играют биологические факторы. В. горных пород совершается под влиянием воды (атмосферные осадки и грунтовые воды), углекислоты и кислорода, водяных паров, атмосферного и грунтового воздуха, сезонных и суточных колебаний температуры, жизнедеятельности макро- и микроорганизмов и продуктов их разложения. На скорость и степень В., мощность продуктов В. и на их состав, кроме перечисленных агентов, влияют также рельеф и геологическое строение местности, состав и структура материнских пород. Подавляющая масса физических и химических процессов В. (окисление, сорбция, гидратация, коагуляция) происходит с выделением энергии. Обычно виды В. действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает. Физическое В. происходит главным образом в условиях сухого и жаркого климата и связано с резкими колебаниями температуры горных пород при нагревании солнечными лучами (инсоляция) и последующем ночном охлаждении; быстрое изменение объёма поверхностных частей пород ведёт при этом к их растрескиванию. В областях с частыми колебаниями температуры около 0°С механическое разрушение пород происходит под влиянием морозного В.; при замерзании воды, проникшей в трещины, объём ее увеличивается и порода разрывается. Химические и органические В. свойственны главным образом пластам с влажным климатом. Основные факторы химического В. — воздух и особенно вода, содержащая соли, кислоты и щелочи. Водные растворы, циркулирующие в толще пород, помимо простого растворения, способны производить также сложные химические изменения

В результате окисления карбонатов накапливаются гидроокислы железа, а окислы кальция и магния подвергаются существенному выносу, что приводит к увеличению содержания минералов-примесей, устойчивых в гипергенных условиях. В связи с этим свежие карбонатиты даже при ничтожном содержании ниобия, тантала, редких земель и фосфора при В. могут дать промышленные месторождения этих элементов. При В. угля (физическом) происходят его разрыхление до образования угольной сажи, потеря блеска, изменение мощности пластов; в составе углей при химическом В. содержание углерода, водорода уменьшается, а кислорода в органической массе увеличивается, кроме того, увеличивается влажность угля, понижается способность его к спеканию, уменьшается теплопроводность.

В тех случаях, когда продукты В. не остаются на месте своего образования, а уносятся с поверхности выветривающихся пород водой или ветром, нередко возникают своеобразные формы рельефа, зависящие как от характера В., так и от свойств горных пород, в которых процесс как бы проявляет и подчеркивает особенности их строения. Для изверженных пород (гранитов, диабазов и др.) характерны массивные округлённые формы В.; для слоистых осадочных и метаморфических — ступенчатые (карнизы, ниши и т.п.). Неоднородность пород и неодинаковая устойчивость их различных участков против В. ведёт к образованию останцов в виде изолированных гор, столбов, башен и т.п. Во влажном климате на наклонных поверхностях однородных сравнительно легко растворимых в воде пород, например, известняков, стекающие воды разъедают неправильной формы углубления, разделённые острыми выступами и гребнями, в результате чего образуется неровная поверхность, известная под названием карров . В процессе перерождения остаточных продуктов В. образуется много растворимых соединений, которые сносятся грунтовой водой в водные бассейны и входят в состав растворённых солей или выпадают в осадок. Процессы В. приводят к образованию различных осадочных пород и многих полезных ископаемых: каолинов, охр, огнеупорных глин, песков, руд железа, алюминия, марганца, никеля, кобальта, россыпей золота, платины и др., зон окисления колчеданных месторождений с их полезными ископаемыми и др.

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

Ме ханическое (физическое) выветривание

Породы распадаются на обломки и превращаются в глыбы, дресву и песок. При этом состав конечных продуктов разрушения целиком зависит от структуры, текстуры и минерального состава горных пород, подвергшихся разрушению.

Важнейшим фактором механического выветривания является инсоляция, то есть нагревание поверхности горных пород солнечными лучами. Возникающее вследствие попеременного нагрева и остывания периодическое изменение объема породы вызывает ее растрескивание, нарушение связи между минералами, а также и внутри минералов. Образование и рост трещин, раскалывающих породу на куски, идет тем интенсивнее, чем больше суточная амплитуда колебаний температуры, достигающая особенно больших величин (> 40^o C) в субтропических пустынях и высокогорных областях. Образование трещин в горных породах в значительной мере зависит от их свойств - слоистости, сланцеватости, наличия спайности у минералов. Механическому разрушению способствует и так называемая первичная отдельность магматических пород, т.е. система взаимопересекающихся трещин, возникающих в породе задолго до начала ее выветривания вследствие уменьшения объема при остывании магматического тела или при воздействии тектонических сил. Первичная отдельность может быть выражена лишь невидимыми простым глазом трещинами, но при выветривании эти трещины легко расширяются и способствую разрушению породы, обусловливая характерные формы образующихся обломков в виде столбов, матрацев и т.д.

Породы с массивной текстурой, прогреваясь и остывая за день лишь на определенную небольшую глубину, начинают растрескиваться и отслаиваться по кривым поверхностям, параллельным неровным поверхностям выхода горных пород (чешуйчатая отдельность). Такой процесс называется десквамацией или чешуением.

Породы со слоистой или сланцеватой текстурой под влиянием инсоляции распадаются по плоскостям на плитки, расслаиваются, разлистовываются. Слоистая толща осадочных пород, например, песчаников, имеющих различную степень цементации, выветривается неоднородно. Одни слои легко распадаются на мелкий щебень, дресву и песок, другие долго сохраняют свою монолитность. Плотные, трудно выветриваемые породы сохраняются в виде выступов, легко выветриваемые осыпаются и на их месте образуются впадины. В результате возникает очень характерная скульптура выхода пород, называемая формами выветривания. Такими формами выветривания являются различные выступы, карнизы, столбы, останцы причудливой формы и др.

Интенсивность и характер механического выветривания зависят не только от температурного режима и других элементов климата, но и от конкретного минерального сложения породы, от ее теплоемкости и теплопроводности. Быстрее разрушаются темноокрашенные породы и минералы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большим различием коэффициентов расширения составляющих их минералов.

Механическое разрушение горных пород особенно интенсивно в областях, где суточная температура, отрицательная или положительная, колеблется вокруг нуля (высокогорья, приполярные области). Особое значение получает периодически замерзающая вода, проникающая в трещины.

Как известно, при замерзании вода расширяется на 1/11 своего объёма. Поэтому образовавшийся лёд давит на стенки трещин с силой 890 кг/см² , разрывая даже очень твёрдые породы. Эта форма разрушения горных пород называется морозным выветриванием.

Таким образом, физическое выветривание преобладает в условиях сухого континентального климата (пустыни) с резкими суточными изменениями температуры, проявляясь в форме инсоляции и особенно широко развито в высокогорных и субполярных областях в виде морозного выветривания.

В результате физического выветривания образуются особые формы ландшафта. Если выветривание происходит в горных областях, где имеются плоские горизонтальные поверхности, то продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи. Элювий (лат. "элюо" - вымывать) - это осадок, не подвергшийся переносу, то есть накапливающийся в результате разрушения породы на месте.

Типичные области физического выветривания - каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады. Это области горизонтально лежащих пластов, образующих террасовидные поверхности с вертикальными уступами между ними. На краю уступов пласты расчленяются на останцы конусовидной формы. Понижения между останцами покрыты россыпями каменных глыб и щебнем. Более мелкий материал уносится ветром.

В процессе физического выветривания из массивных пород высвобождаются многие стойкие минералы, являющиеся полезными ископаемыми (Au, Pt, касситерит, шеелит, алмазы) и образуют россыпные месторождения.

Химическое выветривание

Наиболее активные агенты: О₂ , СО₂ и вода, а при органическом выветривании и органические кислоты. Особенно велика в этом отншении роль воды, несущей в себе растворы солей и газов. Химическое выветривание может быть выражено несколькими типами, главные из которых: растворение, окисление, восстановление, карбонатизация.

Растворение происходит под действием воды, стекающей по поверхности выхода горной породы или просачивающейся через её трещины и поры. При этом она избирательно выносит (выщелачивает) из породы только некоторые вещества. Сильнее всего растворяются хлориды (галит, сильвин), далее сульфаты (гипс), карбонаты (известняки, доломиты). В зависимости от величины частиц, на которые распалось вещество горной породы, различают 2 типа растворов: истинные (кристаллоидные) и коллоидные.

В первом типе раствора вещество распадается до молекул и ионов. В таком растворе молекулы или ионы растворённого вещества обладают такой же подвижностью, что и молекулы растворителя - воды, что обеспечивает равномерное распределение вещества во всей массе растворителя (диффузию). Особенностью данного типа растворов является то, что при определённом насыщении растворённое вещество выпадает из них в осадок в твёрдом кристаллическом состоянии, т.е. превращается в минерал. Во втором типе раствора (греч. "колля" - клей) вещество распадается лишь до частиц, превышающих размеры молекул. Эти частицы представляют собой сочетание многих молекул или мелкие обломки кристаллических решёток минералов размером 0,001-0,2 мкм. Коллоиды могут быть жидкие, вязкие и студнеобразные. Коллоиды способны свёртываться (коагулировать) под влиянием электролитов - водных кристаллоидных растворов, распадающихся на ионы и способных поэтому проводить электрический ток. Свойствами электролитов обладают растворы NaCl, HCl, H₂ SO₄ , HNO₃ , KOH, NaOH, медного и железного купороса, соды, поташа и др.

Под влиянием электролитов частицы коллоида слипаются в хлопья и комочки, которые начинают осаждаться, образуя гель - вещество, имеющее свойства твёрдого тела. Образование коллоидных растворов зависит от сложного сочетания физико-химических факторов и подчиняется иным закономерностям, нежели обычное растворение. Именно в форме коллоидных растворов выносится огромное количество продуктов химического выветривания, способствуя тем самым разложению минералов. Учитывая это можно сказать, что абсолютно нерастворимых веществ в природе вообще нет и что процесс растворения в той или иной форме участвует в выветривании любых минералов и горных пород.

При активном участии растворения идёт гидролиз - разложение минералов с выносом части образующихся продуктов и сопровождающийся гидратацией.

Пример разложения полевых шпатов:

Полевые шпаты промежуточные минералы каолинит

K, Na[AlSi₃ O₈ ] (гидрослюды, гидрохлориты) Al₄ [Si₄ O₁₀ ](OH)₈

Ca[Al₂ Si₂ O₈ ]

(катионы K, Na, Ca при взаимодействии с СО₂ превращаются в карбонаты и уносятся или остаются на месте; каркасная структура переходит в слоевую; кремнезём частично выносится в растворе, частично переходит в коллоид и выпадает в виде геля SiO₂ - опала, частично остаётся в каолините)

При выветривании в тропических условиях иногда нарушается связь между Al и Si и образуются минералы бокситов Al₂ O₃ ^. nH₂ O и опал.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--