Выветривание

10

10

Выветривание - совокупность многих факторов: колебаний температуры; химического воздействия различных газов (0₂) и кислот (углекислота) растворённых в воде; воздействия органических веществ, образующихся в результате жизнедеятельности растений и животных и при разложении их остатков; расклинивающего действия корней кустарников и деревьев. Иногда эти факторы действуют вместе, иногда по отдельности, но решающее значение имеют резкая смена температуры и водный режим. В зависимости от преобладания тех или иных факторов выделяют физическое, химическое и биогенное выветривание.

Физическое выветривание проявляется в механическом разрушении коренных горных пород под воздействием солнечной энергии, атмосферы и воды. Горные породы подвергаются то нагреванию, то охлаждению. При нагревании происходит расширение и увеличение их объёма, при охлаждении - сжатие и уменьшение объёма. Это расширение и сжатие очень невелики; но, сменяя друг друга не день и не два, а целые сотни и тысячи лет, они, в конце концов, обнаружат свое действие. Горные породы состоят из разных минералов, одни из которых расширяются больше, другие меньше. За счёт разного расширения в этих минералах возникают большие напряжения, неоднократные действия которых приводят, в конце концов, к ослаблению связей между минералами и порода рассыпается, превращаясь в скопление мелких обломков, щебня, грубого песка. Особенно интенсивно разрушаются много минеральные горные породы (граниты, гнейсы и др.). Кроме того, коэффициент линейного расширения даже у одного и того же минерала неодинаков в разных направлениях. Это обстоятельство при колебаниях температуры вызывает напряжения и нарушения сцепления минеральных зёрен и в одно-минеральных породах (известняк, песчаник), что приводит со временим к их разрушению.

На скорость выветривания оказывает влияние величина слагающих её минеральных зёрен, а также их окраска. Тёмные породы нагреваются, а значит, расширяются больше, чем светлые, которые сильнее отражают солнечные лучи. Такое же значение имеет и цвет отдельных зерен в породе. В породе, состоящей из зёрен разного цвета, сцепление зёрен будет ослабевать быстрее, чем в породе, состоящей из зёрен одного цвета. Наименее устойчивы к смене холода и жары породы, состоящие из крупных зёрен разного цвета.

Ослабление сцепления между зернами приводит к тому, что эти зерна отделяются друг от друга, порода теряет прочность и рассыпается на свои составные части, превращаясь из твердого камня в рыхлый песок или дресву.

Температурное выветривание особенно активно происходит в областях с жарким континентальным климатом - в пустынных районах, где очень велики суточные перепады температуры и характерно отсутствие или весьма слабое развитие растительного покрова, и малое количество атмосферных осадков. Кроме того, температурное выветривание весьма интенсивно протекает на склонах высоких гор, где воздух прозрачнее и инсоляция гораздо сильнее, чем на соседних низменностях.

Разрушающее действие на горные породы в пустыне оказывают кристаллики солей, образующиеся при испарении воды в тончайших трещинках и увеличивающие давление на их стенки. Капилярные трещинки под действием этого давления расширяются, и монолитность породы нарушается.

Различные породы разрушаются с различной скоростью. Великие египетские пирамиды, сложенные из глыб желтоватых песчаников, ежегодно теряют 0,2 мм своего наружного слоя, что приводит к накоплению осыпей (у подножия пирамиды Хуфу образуются осыпи объёмом 50 м³/год). Скорость выветривания известняков составляет 2 -3 см в год, а гранит разрушается намного медленнее.

Иногда выветривание приводит к своеобразному чешуйчатому шелушению, называемому десквамация пород. Это отслаивание тонких пластинок от поверхности обнажённых пород. В результате неправильные по форме глыбы превращаются в почти правильные шары, напоминающие каменные пушечные ядра (например, в Восточной Сибири, в долине реки Нижняя Тунгуска).

Во время дождя утёсы намокают: одни породы - пористые, сильно трещиноватые - больше, другие - плотные - меньше; потом они опять высыхают. Попеременное высыхание и намокание тоже сказывается на ослаблении сцепления частиц.

Ещё сильнее действует вода, замерзающая в трещинах и мелких пустотах (порах) горных пород. Это происходит осенью, если после дождя ударит мороз, или весной, после тёплого дня, когда на припёке тает снег и вода проникает в глубь утёсов, а ночью замерзает. Значительное увеличение объёма замерзающей воды вызывает огромное давление на стенки трещин, и порода раскалывается. Особенно это характерно для высоких полярных и субполярных широт, а также в горных районах, преимущественно выше снеговой границы. Здесь разрушение горных пород происходит главным образом под влиянием механического воздействия периодически замерзающей воды, находящейся в порах и трещинах горных пород (морозное выветривание). В высокогорных областях скалистые вершины, как правило, разбиты многочисленными трещинами, а их подножия скрыты шлейфом осыпей, которые сформировались за счет выветривания.

Благодаря избирательному выветриванию появляются разнообразные "чудеса природы" в виде арок, ворот и т.д., особенно в пластах песчаников. Для многих районов Кавказа и других гор очень характерны так называемые "истуканы" - пирамидальные столбы, увенчанные крупными камнями, даже целыми глыбами размером 5 - 10 м и более. Эти глыбы предохраняют от выветривания и размывания нижележащие отложения (образующие столб) и похожи на шляпки гигантских грибов.

На северном склоне Эльбруса около знаменитых источников Джилысу есть овраг, называемый "Овраг Замков" - Кала - Кулак, "замки" представлены огромными столбами, сложенными из относительно рыхлых вулканических туфов. Эти столбы увенчаны крупными глыбами лав, раньше слагавших морену, ледниковое отложение, возраст которого 50 тыс. лет.

Морена впоследствии разрушилась, а часть глыб сыграла роль "шляпки гриба", предохранившей "ножку" от размыва. Такие же пирамиды есть и в долинах рек Чегем, Терек и в др. местах Северного Кавказа.

Одновременно и взаимосвязано с физическим выветриванием при соответствующих условиях происходит процесс химического выветривания, вызывающий существенные изменения в первичном составе минералов и горных пород и образование новых минералов. Главными факторами химического выветривания являются: вода, свободный кислород, углекислый газ и органические кислоты. Особенно благоприятные условия для такого выветривания создаются во влажном тропическом климате, в местах с обильной растительностью. Там имеет место сочетание большой влажности, высокой температуры и огромного ежегодного опада органической массы растительных остатков, в результате разложения которых значительно возрастает концентрация углекислоты и органических кислот. Процессы, протекающие при химическом выветривании, могут быть сведены к следующим основным химическим реакциям: окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление хорошо развито, например, в железных рудах Курской магнитной аномалии, где минерал магнетит (FeFe₂O₄) превращается в химически более устойчивую форму - гематит (Fe₂O₃), образующий богатые рудные "железные шляпы", т.е. скопления хорошей руды. Многие осадочные горные породы, такие, как пески, песчаники, глины, содержащие включения железистых минералов, окрашены в бурый или охристый цвет, указывающий на окисление этих металлов.

Гидратация связана с присоединением воды к минералу. Таким образом, ангидрит (CaSo₄) превращается в гипс (CaSo₄^.2H₂O), содержащий две молекулы воды. При гидратации происходит увеличение объема породы, деформация ее и покрывающих отложений.

При гидролизе, т.е. разложении сложного вещества под действием воды, полевые шпаты переходят, в конце концов, в минералы группы каолинита - белые пластичные глины (из них делают лучший фарфор), содержащие алюминий, кремний и молекулы воды. Гора Каолинь в Китае сложена именно такими глинами.

При растворении из горной породы удаляются некоторые химические компоненты. Такие породы, как каменная соль, гипс, ангидрит, растворяются в воде очень хорошо. Известняки, доломиты и мраморы растворяются несколько хуже. В воде всегда содержится углекислота, которая, вступая во взаимодействие с кальцитом, разлагает его на ионы кальция и гидрокарбоната (HCo₃^-). Поэтому известняки всегда выглядят как подвергшиеся травлению, т.е. избирательному растворению. На них образуются желобки, бугорки, выемки. Если известняк местами "испытывает окремнение" (замещение кремнезёмом) и становится более прочным, то эти участки при выветривании всегда будут выступать, образуя, например, такие формы рельефа, как возвышенности.

Биогенное выветривание связано с активным воздействием на горные породы растительных и животных организмов. Даже на самой гладкой скале селятся лишайники. Ветер заносит их мельчайшие споры в самые тонкие трещины или прилепляет к мокрой от дождя поверхности, и они прорастают, плотно прикрепляясь к камню, сосут из него вместе с влагой соли, нужные им для жизни, и постепенно разъедают поверхность камня и расширяют трещины. К разъеденному камню легче пристают, а в расширенные трещины больше набиваются мелкие песчинки и пылинки, которые приносит ветер или смывает вода с вышележащего склона. Эти песчинки и пылинки мало-помалу образуют почву для высших растений (трав, цветов). Их семена приносятся ветром, попадают в трещины и в пыль, набившуюся между слоевищами лишайников и прилипшую к разъеденному им утёсу, и прорастают. Корни растений углубляются в трещины, расталкивают в стороны куски породы. Трещины расширяются, в них набивается ещё больше пыли и перегноя от отживших трав и их корней, - и вот подготовлено место для больших кустов и деревьев, семена которых тоже заносятся ветром, водой или насекомыми. У кустов и деревьев корни многолетние и толстые; проникая в трещины и утолщаясь с годами, по мере роста, действуют словно клинья, расширяя трещину всё больше и больше.

Разрушению пород способствуют разнообразные животные. Грызуны роют огромное количество нор, рогатый скот вытаптывает растительность; даже черви и муравьи разрушают поверхностный слой почвы.

Выделяющиеся при разложении органических остатков углекислый газ и гуминовые кислоты попадают в воду, которая в результате этого резко увеличивает свою разрушающую способность. Растительный покров способствует накоплению влаги и органических веществ в почве, благодаря чему увеличивается время воздействия химического выветривания. Под покровом почвы выветривание происходит интенсивнее, т.к. горную породу растворяют также и органические кислоты, содержащиеся в почве. Бактерии, которые распространены повсеместно, образуют такие вещества как азотная кислота, углекислый газ, аммиак и другие, способствующие скорейшему растворению минералов, содержащихся в горных породах.

Таким образом, процессы физического, химического, биогенного выветривания идут постоянно и повсеместно. Под их влиянием медленно, но неотвратимо разрушаются даже самые прочные горные породы, постепенно превращаясь в дресву, песок и глину, которые водными потоками переносятся на огромные расстояния и, в конце концов, вновь отлагаются в озёрах, океанах и морях.

В процессе выветривания возникают две группы продуктов выветривания: подвижные, которые уносятся на то или иное расстояние, и остаточные, которые остаются на месте своего образования. Остаточные, несмещенные продукты выветривания представляют собой один из важнейших генетических типов континентальных образований и называются элювий.

Совокупность продуктов выветривания различных по составу элювиальных образований верхней части литосферы называется корой выветривания. Формирование коры выветривания, состав слагающих её образований и мощность изменяются в зависимости от климатических условий - сочетания температуры и влажности, поступления органического вещества, а также от рельефа. Наиболее благоприятным для формирования мощных кор выветривания является относительно выровненный рельеф и сочетание высокой температуры, большой влажности и обилие органических веществ.

Элювий может состоять из крупных обломков и из мелких, образующихся при дальнейшем разрушении, в котором главную роль играют химические агенты. Под действием воды содержащей кислород и углекислый газ, все породы, в конце концов, превращаются в песок, или в супесь, или в суглинок, или в глину в зависимости от своего состава кварцит превратится в чистый песок, белый или желтоватый, песчаник даст глинистый песок, гранит - сначала дресву из отдельных зёрен, а затем суглинок, глинистый сланец - глину. Известняк, обычно нечистый, теряет известь, которую растворяет и уносит вода, оставляя примеси в виде глины, чистой или песчаной. Эти конечные продукты выветривания в элювии смешаны с большим или меньшим количеством щебня и обломков, находящихся в разных стадиях своего изменения.

С элювием связаны месторождения бокситов, из которых получают алюминий, каолинов, бурого железняка и других полезных ископаемых. При разрушении коренных горных пород высвобождаются содержащиеся в них стойкие минералы. Они могут образовывать ценные минеральные скопления - россыпи. Например, элювиальные россыпи алмазов над кимберлитовыми трубками, россыпи золота над золотоносными жилами.

Продукт выветривания находящийся на склонах гор и долин, называют делювием, который отличается от элювия тем, что его составные части не находятся на месте первоначального образования, а сползли или скатились под действием силы тяжести вниз. Все склоны покрыты более или менее толстым слоем делювия. Делювий, смачиваемый водой, может смещаться, ползти вниз по склону, обычно очень медленно, незаметно для глаз, иногда - быстро. Сильно пропитанный водой, он превращается в густую грязь, которая ползёт вниз, срывает и комкает дерновый покров, вырывает кусты и даже валит при своём движении росшие на делювии деревья. Такие грязевые потоки, иногда значительной длины и ширины, наблюдались во многих странах. На дне долины они останавливаются, образуя поля густой грязи с комьями дёрна, поваленными деревьями и кустами.

У подножия разрушающихся утёсов, отвалившиеся от них обломки накапливаются, образуя на склонах обширные осыпи, часто легко подвижные и трудно проходимые, состоящие из крупных глыб или из щебня, ползущего под ногами вниз. На плоской поверхности горных вершин выходы твёрдых пород распадаются при выветривании на отдельные части, превращаясь в сплошную россыпь глыб, торчащих в разные стороны. Эти россыпи особенно часты в Сибири и Арктике, где они образуются при совместной работе сильных морозов и влаги туманов, дождей и тающего снега. Но и в тёплом климате вершины гор, поднимающиеся над линией постоянного снега, где климат почти арктический, разрушаются быстро и дают обильные осыпи и россыпи.

"Так, потихоньку, из-за дня в день, из года в год, из века в век, работают незаметные силы над разрушением горных пород, над их выветриванием. Как они работают, мы не замечаем, но плоды их трудов видны везде: сплошная твердая скала, которая первоначально была рассечена только тонкими трещинами, оказывается, благодаря выветриванию, более или менее сильно разрушенной; первые трещины расширены, появились новые в еще большем числе; от всех углов и краев отвалились мелкие и крупные куски и лежат тут же кучками у подножия скалы или скатились вниз по склону, образуя осыпи. Гладкая поверхность скалы стала шероховатой, изъеденной; на ней местами видны лишаи, местами выбоины и щели, местами черные или ржавые подтеки". (Обручев)

Список использованной литературы

Обручев В.А. Занимательная геология. М.: изд-во Академии наук СССР,1961.

Судо М.М. Геология. М.: изд-во МНЭПУ, 1996.

Энциклопедия для детей: ГЕОЛОГИЯ. М.: Аванта+, 1995.

Якушева А.Ф. Динамическая геология. М.: Просвещение,1970.