Процессы выветривания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский Университет Дружбы Народов

Реферат

Процессы выветривания

Содержание

Введение

1. Основные понятия

1.1 Денудация

1.2 Выветривание

1.3 Зона выветривания

1.4 Кора выветривания

2. Разновидности выветривания

2.1 Физическое выветривание

2.2 Химическое выветривание

2.3 Биологическое выветривание

Источники

Введение

В зависимости от природных условий, свойств горных пород, продолжительности и истории процесса формируются типы и разновидности коры выветривания: юные или древние, остаточные, транзитные или аккумулятивные, кислые, нейтральные или щелочные, богатые или бедные набором, минералов и элементов питания растений, благоприятные или неблагоприятные для развития почв того или иного уровня плодородия. Поэтому знание процессов образования и типов коры выветривания является одним из важнейших условий правильного понимания происхождения и свойств почв и почвенного плодородия.

Хотя термин «выветривание» широко вошел в геологию и почвоведение, нельзя считать его удачным. Некоторые советские и западные исследователи употребляют термин «изменение», но он не получил признания в русском языке. Наиболее полно современное представление обо всей совокупности процессов разрушения горных пород, транспорта и переотложения продуктов разрушения, образования свежих осадочных пород в тесном сочетании с почвообразованием передает термин, предложенный А.Е. Ферсманом (1934) -- гипергенез (гипергенные процессы, гипергенная оболочка).

1. Основные понятия

1.1 Денудация

Денудация - (от лат. "денудо" - смыв) - совокупность процессов сноса продуктов разрушения горных пород, создаваемых в основном выветриванием, с возвышенных участков суши в понижении рельефа. Главными агентами денудации являются сила тяжести, текучие воды, ветер, движущиеся ледники. Процессы денудации наиболее интенсивно проявляются на возвышенных участках суши, называемых областями денудации, и приводят к постепенному выравниванию земной поверхности, к разрушению целых горных систем и превращению их в денудационные равнины.

1.2 Выветривание

Выветривание (гипергенез) - основа почвообразовательного процесса, заключающаяся в превращении твердых горных пород в рыхлые образования. Разрушению породы, лежащей в основании почвенного горизонта или же на недавно обнажившейся поверхности, способствуют физические (механическое распадение), химические и биологические (под влиянием жизнедеятельности организмов) факторы. В результате выветривания нередко возникают своеобразные формы рельефа, зависящие от характера и свойств горных пород. При выветривании происходит не только разрушение, но и образование растворов, новых минералов, горных пород, накопление полезных ископаемых.

Рис. Схема образования коры выветривания гранитов на тектонически неактивных площадях (по Н.М. Страхову): 1 - свежая порода; 2 - зона дресвы, химически малоизмененной; 3 - гидрослюдисто-монтмориллонитово-бейделлитовая зона; 4 - каолинитовая зона; 5 - охры А1203; 6 -- панцирь Fe2О3 + А12О3

1.3 Зона выветривания

Зона выветривания - та верхняя часть литосферы, которая в отдельных частях и в отдельные геологические моменты может слагаться из различного материала, как изверженных и метаморфических массивных, так и рыхлых осадочных пород, но в пределах которой процессы направлены в сторону разрушения и раздробления пород и образования коры выветривания.

1.4 Кора выветривания

Континентальная геологическая формация, образующаяся на земной поверхности в результате выветривания горных пород, называется корой выветривания. Продукты изменения, оставшиеся на месте своего первичного залегания, называют остаточной корой выветривания, а перемещённые на небольшое расстояние, но не потерявшие связи с материнской породой -- переотложенной корой выветривания. Некоторые геологи к коре выветривания относят продукты размыва и переотложения почв и остаточной коры выветривания, именуя их аккумулятивной корой выветривания (пролювий, делювий и т. д.). По форме залегания различают площадную кору выветривания, перекрывающую плащом коренные породы (мощность -- десятки см -- первые десятки м), и линейную, вытянутую в одном направлении и проникающую в глубь коренной породы по трещинам (выклиниваются на глубине нескольких десятков м от поверхности Земли, реже достигают глубины 100--200--1500 м).

Виды коры выветривания:

1. Латеритная кора. Развивается в условиях тропиков на породах, обогащенных железом, титаном и алюминием. Важнейший фактор -- окисление. Продукты этой коры обычно сложены окислами и гидроокислами указанных элементов и имеют кирпично-красный цвет.

2. Каолиновая кора. Формируется в условиях умеренного климата на породах гранитного состава, богатых калинатриевыми полевыми шпатами. Важнейший фактор -- гидролиз. Кора сложена каолиновыми глинами с обломками неразложившихся полевых шпатов. Типичное замещение:

K[AlSi₃O₈] --> Al₄[Si₄О₁₀][OH]₈

3. Гидрослюдисто-глинистая кора. Образуется в степной зоне умеренных широт, где осадков мало и гидролиз происходит слабо. Характерный минерал -- монтмориллонит (Al₂,Mg₃)[Si₄O₁₀][OH]₂ * nН₂О.

4. Обломочная кора. Формируется в пустынной зоне, горных областях и в тундре. В верхнем слое такой коры концентрируются пылеватые породы, ниже накапливаются пески, еще ниже -- более крупные остроугольные обломки и так далее до почти неразрушенных коренных пород.

В самой верхней части любой коры выветривания, как древней, так и современной, в результате деятельности животных и растительных организмов располагаются почвы, т.е. слои (мощностью от нескольких сантиметров до 2-3 м), обогащенные органическими веществами и обладающие плодородием.

С корами выветривания связаны различные полезные ископаемые: глины, бокситы (богатые алюминием), железные руды (латериты) и др.

2. Разновидности выветривания

2.1 Физическое выветривание

горный порода выветривание кора

Основным фактором физического выветривания являются резкие колебания температуры, вызывающие неравномерное изменение объема горных пород и слагающих их минералов. Эта неравномерность приводит к растрескиванию пород и к распадению их на глыбы, которые в свою очередь подвергаются дальнейшему измельчению. Интенсивность и результаты проявления выветривания в разных районах определяются главным образом климатическими условиями, составом, структурой и цветом пород, определяющими их механические свойства, характером их первичной трещиноватости ( т. е. трещинами, не связанными с выветриванием (главным образом - это трещины отдельности и тектоническая трещиноватость)) и длительностью выветривания, которое, естественно, распадается на последовательные стадии.

Рис. Скала Труба Дьявола в Великобритании -- пример того, что обычно называют формами выветривания. Известняк подвергся воздействию морозного выветривания, и осталась часть, наименее затронутая выветриванием

Для районов с резкими колебаниями суточных температур (например, пустыни или высокогорные районы) характерны температурное выветривание. Здесь днем поверхность горных пород нагревается до +60…70 0 С, а ночью, благодаря большому излучению, охлаждается до 00 С и ниже. Вследствие попеременного нагревания и остывания горных пород на поверхности постоянно изменяется их объем, чему способствует также окраска горных пород, их строение и влажность. Так, например, темноокрашенные породы нагреваются солнечными лучами быстрее светлоокрашенных, а охлаждаются те и другие примерно одинаково. Из-за неравномерных изменений объема различных горных пород, а также слагающих их минералов происходит растрескивание породы. Появившиеся мелкие трещины с течением времени увеличиваются в длину и ширину, и горная порода распадается на отдельные глыбы или более мелкие частицы.

Породы, слагающие горные склоны, обычно по-разному реагируют на процесс температурного выветривания. Поэтому одни участки склонов быстро разрушаются, а другие дольше сопротивляются выветриванию. Более плотные породы образуют выступы, карнизы, столбы, островерхие скалы и др., а на месте легковыветривающихся пород возникают впадины.

Морозное выветривание происходит под действием воды при температурах ниже 00 С. Вода проникает в мелкие трещины горных пород и при отрицательной температуре замерзает в них, увеличиваясь при этом в объеме на 10-11 %. Она оказывает на стенки трещин большое давление, трещины постепенно расширяются и даже самые прочные породы со временем распадаются на обломки той или иной величины.

В результате физического выветривания часть продуктов разрушения горных пород не переносится процессами денудации, а остается на месте, образуя скопления обломков горных пород, которые называются элювием. Элювий часто накапливается на плоских или слабовыпуклых участках гор.

2.2 Химическое выветривание

Химическое выветривание -- разрушению горных пород и минералов под влиянием воздуха, воды и организмов. В результате химического выветривания образуются коллоидные продукты, в том числе глинистые материалы, простые соли (напр., кальцит, гипс), формируется состав поверхностных и грунтовых вод. Наиболее энергично протекает в почве и коре выветривания. В.В. Докучаевым установлено, что химическое выветривание зонально, его зоны шире почвенных и растительных зон. Например, в тундре и северной тайге химическое выветривание принципиально одинаково. Особенно интенсивно оно протекает в равномерно тёплых и влажных районах тропиков и субтропиков. (Краткая географическая энциклопедия, Том 4)

Рис. Окисленный пирит

Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода -- энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород -- гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды:

KAlSi₃O₈+H₂O>HAlSi₃O₈+KOH

Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии CO₂ KOH переходит в форму карбоната:

2KOH+CO₂=K₂CO₃+H₂O

Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации -- присоединению частиц воды к частицам минералов. Например:

2Fe₂O₃+3H₂O=2Fe₂O·3H₂O

В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы, содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов:

2FeS₂+7O₂+H₂O=2FeSO₄+H₂SO₄;

12FeSO4+6H2O+3O2=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3;

2Fe2(SO4)3+9H2O=2Fe2O3·3H2O+6H2SO4

В соответствии с приведенной последовательностью Б.Б. Полынов установил 4 стадии химического выветривания:

1) обломочная, при которой породы превращаются в рыхлые продукты физического выветривания, еще не претерпевшие химических изменений;

2) обизвесткованного элювия, когда начинается разложение силикатов, сопровождаемое удалением хлора и серы и обогащением пород карбонатами;

3) глин, когда продолжается разложение силикатов и происходят отщепление и вынос оснований (Са, Na, Mg и К), а также образование каолиновых глин на кислых породах и остаточных глинистых продуктов монтмориллонитового, бейделлитового и ноптронитового состава на основных;

4) латеритов, завершающая химическое выветривание, когда отщепляется и выносится кремнезем силикатов и накапливаются кварц и очень устойчивые гидраты окиси алюминия и железа в виде остаточных глинистых продуктов -- латерита (от лат. later -- кирпич).

2.3 Биологическое выветривание

Биологическое выветривание - механическое, химическое и другие виды разрушения и изменения горных пород в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Современные исследования показали, что ведущее место в разрушении горных пород по масштабности и глубине осуществляемых реакций и изменений занимают почвенные организмы, в первую очередь, микроорганизмы и грибы. Многочисленные данные подтверждают, что в естественных условиях все горные породы и минералы как на поверхности Земли, так и на глубинах до нескольких километров населены разнообразными микроорганизмами, которые разрушают и выщелачивают горные породы. Разрушение происходит как при прямом, так и при косвенном воздействии микроорганизмов.

Рис. Биологическое выветривание застывшей лавы лишайником, Ла-Пас

Известны следующие механизмы такого воздействия: непосредственное окисление переменно-валентных элементов, действие биогенных кислот и щелочей, хелатообразование (образование комплексных соединений металлов) и биосорбция. Переменно-валентные элементы, находящиеся в минералах и горных породах в восстановленном состоянии, служат источниками энергии для почвенных автотрофов, которые переводят их в окисленную форму. Автотрофные бактерии наиболее легко окисляют сульфиды, переводя двухвалентную серу в шестивалентную форму сульфатов, из которых возникают разнообразные вторичные судьфатные минералы, в том числе гипс. Кроме серы, источниками энергии для автотрофов служат Ft, Mn, Sb, Cu, Mo, U и некоторые другие элементы. Способностью к продуцированию кислот и щелочей обладают все микроорганизмы, но наиболее активны автотрофы и грибы. Так, бактерии-нитрификаторы образуют азотную и азотистую кислоты, серные бактерии - серную и сернистую кислоты. Гифы грибов продуцируют органические кислоты: уксусную, щавелевую, янтарную и др. Металлоорганические комплексы (хелатообразование) образуются и действуют одновременно с биогенными кислотами, щелочами и другими микробными метаболитами в результате активной деятельности гетеротрофных микроорганизмов и служат основным механизмом разрушения горных пород. Биосорбция - это накопление бактериями и грибами различных микроэлементов и концентрация их в местах массового развития этих микроорганизмов. В основе биосорбции лежит взаимодействие химических элементов с поверхностными структурами клеток микроорганизмов, микробными метаболитами. Биосорбция некоторых металлов (Au, U, Cu, Cd) сейчас используется в биотехнологии. Установлено, что микроорганизмы участвуют в выветривании всех основных групп минералов - силикатов и алюмосиликатов, сульфидов и их аналогов, арсенитов, оксидов и гидроксидов. Таким образом, биологическое, а не физико-химическое выветривание, является основным механизмом разрушения горных пород.

Однако стоит отметить, что в органическом (биологическом) выветриваниеи 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.

Список источников

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

· Источник: В.Б. Караулов, М.Н. Никитина Геология. Основные понятия и термины

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

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

· Экологический энциклопедический словарь. -- Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989

Размещено на Allbest.ru