Физическое выветривание горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Российский Государственный Университет нефти и газа

имени И.М.Губкина

Кафедра геологии

Курсовая работа по теме:

«Физическое выветривание горных пород»

Москва

2010

Оглавление

Введение

1. Физическое выветривание

2. Температурное выветривание

3. Десквамация

4. Морозное выветривание

5. Другие виды физического выветривания

6. Трещиноватость и виды отдельности

7. Продукты выветривания

Заключение

Список используемой литературы и ссылки

Введение

Горные породы, слагающие земную кору, подвергаются денудации в результате их предварительного выветривания. Этот процесс приводит к появлению рыхлых (дисперсных) новообразований зоны гипергенеза, существенно отличных по своим физическим свойствам от исходных коренных пород.

Выветривание -- это разрушение пород на земной поверхности и их превращение в продукты, которые являются более устойчивыми в новых физико-химических условиях. Многие породы первоначально образовывались при высоких давлениях и температурах и при отсутствии воды и воздуха. Продукты выветривания могут сильно различаться по составу, и даже те из них, которые при одних условиях являются устойчивыми, при изменении условий могут стать неустойчивыми.

Термин “выветривание” не отражает всей сложности процесса, но широко распространен в геологической, географической, почвенной литературе. В качестве синонима употребляется термин “гипергенез” , введенный А. Е. Ферсманом. В едином и сложном процессе выветривания условно выделяются две основные взаимосвязанные формы:

1) физическое выветривание;

2) химическое выветривание.

Иногда выделяют еще органическое выветривание. Однако роль организмов и их воздействие на горные породы сводятся или к механическому разрушению, или химическому разложению. Следовательно, органическое выветривание включается в условно выделенные две формы единого процесса.

В своей работе я остановлюсь на физическом выветривании.

1. Физическое выветривание

Физическое (механическое) выветривание горных пород и минералов связано с колебаниями температуры (температурное выветривание), механическим воздействием замерзающей в трещинах и порах горных пород воды (морозное выветривание), развивающейся корневой системой деревьев, жизнедеятельностью роющих животных, кристаллизацией солей и др. В результате в горных породах и минералах образуются и расширяются трещины, по которым породы и минералы распадаются на обломки разных размеров: глыбы, щебень, дресву, песок. При этом состав конечных продуктов выветривания не меняется и полностью зависит от минерального состава, структуры и текстуры исходных пород.

На картинке фигуры выветривания на склоне г. Демерджи, Крым (рис. Н. В. Короновского).

2. Температурное выветривание

Температурное выветривание обусловлено нагревом поверхности горных пород солнечными лучами (инсоляция) и суточными и сезонными колебаниями температуры. Горные породы подвергаются то нагреванию, то охлаждению. При нагревании происходит расширение и увеличение их объёма, при охлаждении - сжатие и уменьшение объёма горной породы. 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. Попеременно возникающие при этом растягивающие и сжимающие напряжения ослабляют силу сцепления между минеральными зёрнами, приводит к образованию мелких трещин и дроблению пород на обломки разного размера.

Этому значительно способствует неодинаковое термическое расширение главнейших породообразующих минералов и проявление анизотропии (коэффициент линейного расширения у одного и того же минерала неодинаков в разных направлениях) у минералов кристаллического строения. Например, коэффициент объёмного расширения кварца в два раза больше, чем у ортоклаза, а коэффициент линейного расширения кристаллов кварца и кальцита в одном направление в два раза больше, чем в другом. Поэтому особенно интенсивно разрушаются много минеральные горные породы (граниты, гнейсы и др.).

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. Поэтому быстрее разрушаются крупнокристаллические полиминеральные горные породы, такие как гранит, габбро и др.

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 наиболее интенсивно протекает в областях, характеризующихся резкими контрастами температур, особенно суточных, сухостью воздуха и отсутствием или слабым развитием растительного покрова, смягчающего температурное воздействие на почвы и горные породы. Особенно интенсивно температурное выветривание в пустынях, где количество выпадающих атмосферных осадков не превышает 200--250 мм/год, малая облачность, суточные колебания температуры нередко достигают 40--50 °С, громадный дефицит влажности. Относительная влажность летом может снижаться до 10%, а иногда и ниже. В этих условиях горные породы под действием солнечных лучей сильно нагреваются до температур, значительно превышающих температуру воздуха (особенно темноцветные минералы), ночью же сильно охлаждаются. Так, в пустыне Каракумы летом при температуре воздуха в 40 °С песок на поверхности днём нагревается до 70-80 °С, а ночью охлаждается до 25-30°С.

3. Десквамация

В пустынях и горных областях при резких колебаниях суточных температур развивается процесс десквамации, или шелушения (от латинского «дескуамо»- снимаю чешую). Породы, за сутки нагреваясь и остывая на определённую небольшую глубину, начинают отслаиваться по трещинам, возникающим параллельно поверхности выхода породы. Образовавшаяся корка обычно распадается на плитчатые обломки или чешуи. В результате неправильные по форме глыбы превращаются в почти правильные шары, напоминающие каменные пушечные ядра (например, в Восточной Сибири, в долине реки Нижняя Тунгуска). Наиболее отчётливо десквамация проявляется в мономинеральных породах плотного сложения, таких как мергели, плотные известняки и др.

4. Морозное выветривание

Морозное выветривание - механическое разрушение горных пород в результате воздействия периодически замерзающей в трещинах и порах воды. Когда вода, находящаяся в порах и трещинах горной породы, при понижении температуры превращается в лёд, объём её увеличивается на 10-11%, что отвечает увеличению давления до 790 кг на 1 см². Такое давление способно разорвать даже самые твёрдые и прочные горные породы, и они раскалываются на отдельные глыбы и обломки. Особенно это характерно для высоких полярных и субполярных широт, а также в горных районах, преимущественно выше снеговой границы. 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.

5. Другие виды физического выветривания

Механическое воздействие на горные породы оказывают корневая система деревьев и роющие животные. По мере разрастания деревьев увеличиваются в размерах их корни. Они давят с большой силой на стенки трещин и раздвигают их как клинья и тем самым вызывают раскалывание породы на отдельные глыбы и обломки. Часть таких глыб выталкивается вверх. Механическое воздействие оказывают и различные роющие животные, такие, как земляные черви, муравьи, грызуны и др.

Раздробляющее действие на горные породы оказывает кристаллизация солей в капиллярных трещинах. Лучше всего это явление протекает в условиях сухого и жаркого климата. Днём при сильном нагревании горных пород влага по капиллярным трещинам подтягивается к поверхности и испаряется, а соли, содержащиеся в воде, кристаллизуются. Постепенный рост кристаллов приводит к расширению капиллярных трещин. Монолитность породы нарушается, и со временем порода распадается на обломки.

6. Трещиноватость и виды отдельности

выветривание разрушение порода трещиноватость

При механическом разрушение большое значение имеет трещиноватость горных пород, возникшая значительно раньше выветривания.

Образование трещиноватости (то есть комплекса трещин разного направления) связано с различными причинами, главными из которых являются происхождение горной породы (первичные трещины) и тектонические движения земной коры (тектонические трещины). Эти трещины в горных породах могут быть как видимыми, так и скрытыми. Но при физическом выветривание они расширяются, образующиеся мелкие частицы породы выносятся, трещины становятся открытыми, процессы выветривания при этом активизируются и, наконец, породы распадаются на отдельные блоки или глыбы.

Форма блоков или глыб, называемых отдельностью, обусловлена наличием в горных породах пересекающихся систем трещин.

Одинаковая или близкая отдельность может встречаться у разных по происхождению пород (осадочных, магматических, метаморфических), но некоторые виды отдельности свойственны определённым породам. Так, граниты распадаются на блоки, похожие на параллелепипеды, при дальнейшем выветривание углы блоков округляются и они приобретают эллипсоидную форму.

Для некоторых базальтов характерна шаровая, а для диабазов - столбчатая отдельность. В осадочных горных породах встречаются пластовая, или плитообразная, отдельность, образование которой связано с трещинами напластования, отделяющими один слой от другого, и перпендикулярными к ним трещинами, образующимися в процессе перехода рыхлого осадка в горную породу.

Для рассланцованных метаморфических пород характерна плитчатая отдельность.

7. Продукты выветривания

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.

Стоит отметить, что все продукты выветривания возникают в результате взаимосвязанных процессов физического и химического выветривания.

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, 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.

Заключение

Таким образом, мы изучили роль физического выветривания в разрушение горных пород и минералов, что способствует более лёгкому получению необходимых человеку пород.

О деятельности выветривания наиболее правильно написал В.А. Обручев: "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".

Следует подчеркнуть условность подразделения процессов выветривания на физические и химические. Это единые сложно взаимосвязанные процессы, действующие одновременно, особенно в верхнем слое почвы и материнских пород. Можно говорить лишь о преобладании физического или химического процесса в зависимости от климата, рельефа, состава горных пород и других факторов.

Список используемой литературы

1. А.К. Соколовский Общая геология. М.: книжный дом Университет, 2006

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

3. Энциклопедия для детей: ГЕОЛОГИЯ. М.: Аванта+, 2000

4. Мильничук В.С., Арабаджи М.С. Общая геология: Учебник для вузов М.: Недра, 1989

Ссылки:

1. www.geoweb.ru

2. www.mgu.ru (кафедра геологии)

Размещено на Allbest.ru