Тема 4 продукти вивітрювання, їх переміщення та форми відкладень (2 години)

Мета заняття. Ознайомити студентів з процесами і стадийностью вивітрювання, з утворенням різних видів продуктів вивітрювання, способами їх переміщення та формами відкладень.

Форма звіту. Студенти в зошиті для практичних занять описують осадові гірські породи, що утворюються в процесі вивітрювання, звітують перед викладачем.

Процеси механічного руйнування і хімічного розкладання мінералів і гірських порід, викликаних дією коливань температури, води, кисню, вуглекислоти, життєдіяльністю організмів - вищих і нижчих рослин, тварин і людини називається вивітрюванням.

Результатом процесів вивітрювання є зміна лиця Землі протягом багатьох мільйонів років за рахунок згладжування форм рельєфу і створення скупчень пухких гірських порід.

Основний їх особливістю є те, що вони служать основним матеріалом для освіти різних видів грунтів. В результаті процесів вивітрювання утворюються такі групи осадових гірських порід:

1) група уламкових порід;

2) група глинистих порід;

3) група хіміко-органогенних порід.

Уламковий матеріал, що залишився на місці руйнування гірських порід, називається елювії.

Елювій складається з погано відсортованих сумішей щебеню, дресви, піску і тонких пилувато-глинистих мас. У гірських областях, де є плоскі горизонтальні поверхні, продукти вивітрювання накопичуються в них у вигляді великих уламків, каменю, щебеню, дресви, піску і більш дрібного дресвяного матеріалу, які носять назву елювіальний розсипів.

Уламковий матеріал, отриманий в результаті руйнування корінних порід, що перемістився вниз по схилу під впливом сили тяжіння і відкладений у підніжжя схилів, називається коллювій.

Процес руйнування гірських порід і переміщення продуктів руйнування в знижені ділянки називається денудацією.

При хімічному вивітрюванні окисленню піддаються багато мінералів і, перш за все, сульфіди і органічні речовини. Найбільш інтенсивно процеси окислення протікають відносно елементів, різної валентності (Fe 2+ → Fe 3+).

При окисленні сульфідів утворюються кисневі сполуки (сульфати, карбонати, гідроксиди).

При гідратації відбувається поєднання хімічного вивітрювання, що приводить до утворення нових, більш стійких в поверхневій зоні мінералів, і механічного, пов'язаного зі збільшенням обсягу, що увійшли в реакцію мас.

У жаркому кліматі, завдяки інтенсивному прогріванню сонцем і випаровуванню вологи, вода легко віднімається від оксидів заліза і вони легко переходять в мінерали, позбавлені води - процес дегідратації. Продукти кори вивітрювання характеризуються червоним забарвленням, швидко тверднуть при висиханні. Утворюється латеритними кора вивітрювання.

Карбонатизація являє собою процес приєднання вуглекислоти до продуктів зміни гірських порід, що призводить до утворення карбонатів Ca, Fe, Mg та інших металів. Переважна більшість карбонатів розчинно у воді і виносяться з кори вивітрювання в підстилають породи, переотлагаются, утворюючи стяжения (конкреції), або в грунтові води.

Відновлення є процесом, зворотним окислення і полягає у втраті речовиною частини або всього міститься в ньому хімічно пов'язаного кисню. Цей процес розвинений в умовах боліт, коли все пори порід і покривають їх пухкий шар заповнені водою, в яку надходить багато органічної речовини за рахунок відмирання болотної рослинності. Всі вони є сильними відновниками, так як легко з'єднуються з киснем при своєму розкладанні, використовуючи його з води і мінералів.

В результаті окис заліза Fe2 O3 переходить в закис FeO, гідрати якої мають зеленуватий колір. Утвориться сиза глиниста маса, подстилающая торфовища, називається глеем, а процес його освіти - Оглеєні. Таким шляхом відбувається утворення мінералів, позбавлених кисню (пірит, марказит).

Процеси повного розчинення мінералів у воді спостерігаються в соленосних товщах, гіпсах, вапняках, доломітах і в меншій мірі в мергелях. З цими породами пов'язано утворення карстових порожнин і пустот. Інтенсивність розчинення гірських порід залежить не тільки від розчинності складових її мінералів, але і від властивостей породи - трещиноватости, структури і текстури. Швидкість розчинення гірських порід підвищується зі збільшенням швидкості циркуляції підземних вод.

Таким шляхом в результаті процесів вивітрювання магматичних і метаморфічних порід, багатих алюмосиликатами (граніти, гнейси) утворилися родовища каоліну. Каолін в умовах земної поверхні - мінерал досить стійкий. У жарких, але вологих кліматичних умовах, відбувається подальше розкладання каоліну на гідроокис алюмінію (складова частина бокситу) і кремнезем.

Накопичення кінцевих продуктів гідролізу железомагнезіальних силікатів (водних оксидів Al, Fe, Si) спостерігається в жарких кліматичних зонах тропіків і субтропіків.

Руйнування гірських порід відбувається під впливом органічних кислот, що виділяються при життєдіяльності організмів, а також під дією продуктів розпаду залишків рослин і тварин. Одночасно з цим відбувається захоплення різних мінеральних елементів гірської породи як поживних речовин: К, Са, SiO2. Мg, Nа, Р, S, Аl, Fe та інших.

В результаті вивітрювання гірських порід за участю живих організмів і біохімічних процесів відбувається формування грунтового шару. Останній складається з мінеральних часток (глини, пилу, піску, щебеню), органічних речовин (гумусу), живих організмів (головним чином бактерій і грибків), грунтової вологи та повітря.

Процеси вивітрювання призводять до накопичення пухких щебеністих, піщаних і глинистих мас - продуктів вивітрювання гірських порід.

Продукти вивітрювання підрозділяються на дві групи:

- рухливі, які несуться з місця руйнування,

- залишкові, які залишаються на місці руйнування.

Рухливі продукти під впливом сили тяжіння і денудаційних процесів видаляються зі схилів і накопичуються біля підніжжя - кам'яні особини і кам'янисті развалкі.

Ландшафти безладного нагромадження брил отримали назву «кам'яних морів». Області оголених горизонтально лежачих шарів, що утворюють террасообразной поверхні з вертикальними уступами між ними носять назву кам'янистих пустель (в Сахарі їх називають гаммади). На краю уступів пласти розчленовані на останці конусоподібної форми. Зниження між останцами покриті розсипами кам'яних брил і щебенем.

Процеси вивітрювання залежать, в першу чергу від кліматичного чинника, який обумовлює фізико-географічну зональність продуктів вивітрювання елювій і грунт гірських порід.

Для північних (полярних і приполярних) країн найбільш характерні продукти температурного і морозного вивітрювання - елювіальний розсипи.

Для північних широт з помірно кліматичними умовами властивий елювій, що складається з суміші щебеню, дресви, піску і пилу.

В умовах середніх широт алюмосилікати каолінізіруются. При розкладанні железомагнезіальних силікатів утворюються нерідко промислові скупчення проміжних продуктів вивітрювання бейделлітових, монтморіллонітових та інших глин.

Натрієві алюмосилікати (альбіт нефелин) в результаті гідролізу перетворюються в цеоліти.

В умовах жаркого і теплого клімату, зі зміною сухих і дощових сезонів, силікати і алюмосилікати розкладаються з поступовим виносом кремнезему і лужних земель і гидратацией оксидів Fe і Al. В результаті виникає латеритними кора вивітрювання, що характеризується скупченням в елювії великих мас гидроокисей заліза і алюмінію.

В аридних (посушливих) умовах переважає температурне вивітрювання, продуктами якого є скупчення уламкового матеріалу - кам'яні розвали, щебінь, пісок та пил.

Географічна зональність процесів і продуктів вивітрювання чітко простежується на грунтовому покрові. При просуванні з півночі на південь спостерігається послідовна зміна тундрових грунтів подзоле, а останніх чорноземами, каштановими грунтами, солончаками і солонцями (середня зона) і, нарешті, червоноземи (тропіки та субтропіки).

В даний час під корою вивітрювання розуміють зовнішню подпочвенную частина літосфери в межах континентів, де відбувається перерозподіл хімічних елементів у відповідності з місцевими ландшафтно-геохімічними умовами.

Значення процесів вивітрювання полягає в тому, що при вивітрюванні гірських порід:

- відбувається механічна дезінтеграція (механічний розпад) і хімічне розкладання гірських порід. В результаті утворюються дрібно, - і тонкораздробленние продукти вивітрювання (піски, глини) і розчини (істини і колоїдні);

- разом з механічною дезінтеграцією різко підвищується активність речовини гірських порід - здатність вступати в хімічну і фізико-хімічну взаємодію з навколишнім середовищем (хімічні реакції окислення, гідратації, сорбції, гідролізу і т.д.);

- зростає рухливість речовини гірських порід і. отже, здатність переміщатися, мігрувати. Продукти вивітрювання переміщуються різними способами (вітром, текучими водами, диффузионно і т.д.) і в різному стані: у вигляді суспензій, у ваблених стані, у вигляді істинних і колоїдних розчинів.

Подальше накопичення і осадження утворює товщу осадових порід, тобто вивітрювання є основним постачальником уламкового матеріалу і розчинених речовин. У них часто укладені різноманітні і цінні родовища заліза, марганцю, золота, платини, кассеріта, алмазу і ін. Самі осадові гірські породи є будівельним матеріалом (глини) і хімічним сировиною (калійна сіль, гіпс).

Продукти вивітрювання, що залишаються на місці (елювій), утворюють родовища каолінів, бокситів, нікелевих і марганцевих руд і т.д. За складом елювії можна відновити процес зміни гірських порід, різні стадії вивітрювання, кліматичні умови, в яких відбувалося вивітрювання.

- викликають зміни фізичного стану гірських порід і показників їх механічної міцності. Виветрелие гірські породи мають знижені показники механічної міцності і тому слабо стійкі в обнажениях підземних гірничих виробок, в схилах кар'єрів, але вони легко розробляються.

- виступають в якості фактора рельефообразования. При цьому в загальній спрямованості процесу, що веде до сплощення і вирівнюванню рельєфу, значна роль відводиться фактору часу. Чим довший період протікання процесів вивітрювання і знесення продуктів руйнування, тим більший досягається ефект