Агенты выветривания

Основными агентами преобразования горных пород в коре выветривания являются:

1) вода;

2) кислород;

3) углекислота;

4) кислоты;

5) организмы;

6) колебания температуры.

Вода представляется наиболее действенным агентом выветривания. Она осуществляет:

1) растворение, перенос и отложение природных химических соединений в коре выветривания;

2) растворение твердых, жидких и газовых агрессоров (кислород, углекислота, кислоты и др.) и доставку их на участки разрушения горных пород;

3) разложение породообразующих минералов материнской породы при гидратации и гидролизе;

4) регулирование физико-химической обстановки процессов преобразования горных пород в коре выветривания, обусловленное вариациями ее кислотности — щелочности (рН), окислительно-восстановительного потенциала (Eh) и химического состава растворенных в ней веществ.

Одним из главных источников воды в коре выветривания являются атмосферные осадки, просачивающиеся вглубь Земли. При подземной циркуляции вода проходит через три зоны: 1) аэрации, или просачивания, 2) полного насыщения с активным водообменом, 3) полного насыщения с замедленным водообменном (зона застоя) (рис. 203).

Наиболее активные реакции разложения горных пород с участием подземных вод происходят в зоне аэрации. Нижняя граница зоны аэрации совпадает с уровнем грунтовых вод, повторяющим топографический профиль местности. Зона аэрации наиболее водообильна на водораздельном плато и менее — на склонах долины, где осадки в большей мере стекают по поверхности земли.

Ниже уровня грунтовых вод находится зона полного водного насыщения с активным водообменом, который обеспечивается поступлением воды из зоны аэрации и разгрузкой её в речную сеть.

Ниже она постепенно переходит в зону полного насыщения с замедленным водообменом при очень медленном перемещении водяной массы.

В зонах полного насыщения с активным и замедленным водообменом и осуществляется в основном отложение минеральных веществ, инфильтрованных из зоны аэрации.

Химическая характеристика подземных вод с глубиной претерпевает существенное изменение, в зависимости от состава пород, омываемых подземными водами.

Как показывают наблюдения, кроме поверхностных вод (атмосферных осадков) значительную (а в ряде случаев главную) роль в формировании многих гипергенных образований играют эндогенные гидротермальные процессы. Вопрос о разграничении продуктов эндо- и экзогенных процессов до сих пор остается нерешенным. Многие исследователи неоднократно предпринимали попытки найти четкие критерии их различия (Ф.В.Чухров [56], Г.Т.Волостных [5], Н.М.Риндзюнская [46] и др.). Этот путь является, по-видимому, тупиковым, поскольку в зоне гипергенеза происходит не механическое смешение продуктов эндо- и экзогенеза, а формирование самостоятельной группы, гипергенных пород и геологических тел (формаций), возникающих при сложном взаимодействии разнообразных источников энергии и веществ.

Кислород играет главную роль в реакциях окисления, имеющих большое значение при образовании коры выветривания. В этих реакциях участвуют:

1) кислород атмосферы;

2) кислород, входящий в состав воздуха, растворенного в воде;

3) кислород минеральных соединений окислительно-восстановительных реакций.

Углекислота активно участвует в процессах окисления и преобразует некоторые силикаты в карбонатные соединения. В этом преобразовании может участвовать как углекислота атмосферы, так и углекислота воздуха, растворенного в воде, обычно резко обогащенного этим соединением (от 0,03% в атмосфере до 2,14% по объему в дождевой воде при 20°С, т.е. в несколько десятков раз).

Кислоты неорганического и органического состава интенсифицируют процесс разложения горных пород в коре выветривания, придавая ему определенную химическую направленность. Из неорганических наибольшее значение имеет серная кислота, возникающая при окислении сульфидов. Этот процесс максимально реализуется при воздействии гидротерм, т.е. носит преимущественно эндогенный характер. Из органических кислот наиболее распространены гумусовые кислоты, образующиеся при гниении растительных остатков на поверхности земли.

Организмы интенсифицируют процесс преобразования горных пород при выветривании и придают ему специфическую биохимическую направленность. Организмы, главным образом растения и бактерии, принимают участие в преобразовании горных пород у поверхности земли:

1) они регенерируют кислород и углекислоту, поставляя, таким образом, важные агенты изменения горных пород в зоне гипергенеза;

2) они обменивают Н-ионы на катионы породообразующих соединений, необходимые для их питания, поддерживая кислые условия разложения пород;

3) обладая свойством выборочной концентрации в своем составе некоторых элементов почв, они способствуют их накоплению в продуктах, образующихся при отмирании (известны организмы — концентраторы железа, марганца, ванадия, алюминия, меди, цинка, кобальта, лития, бериллия и других элементов);

4) некоторые группы бактерий, водорослей и мхов непосредственно разлагают породообразующие силикаты, заимствуя из их состава такие элементы, как кремний, калий, фосфор, магний, кальций, необходимые им для питания. Такое преобразование иногда идет в больших масштабах, приводя к решающим изменениям материнских пород.

Температура в коре выветривания, хотя и колеблется в довольно узких рамках (обычно от +20 до —20°С), тем не менее играет значительную роль в разложении горных пород. Изменение температуры даже в этих границах меняет растворимость газов в воде и в связи с этим изменяет скорость реакций разложения породообразующих минералов. Согласно закону Аррениуса, повышение температуры ускоряет ход реакций, их интенсивность и степень выщелачивания растворимых соединений. При увеличении температуры на 10°С скорость реакций гидролиза возрастает в 2—2,5 раза (Н.Страхов). Смена положительной температуры отрицательной приводит к замерзанию породы и находящейся в ней воды, усиливает физическое выветривание горных пород в деятельном слое коры выветривания, простирающемся до уровня, где температура никогда не опускается ниже нуля. Изменение температуры по вертикали от верхних к нижним частям земной коры в ряде случаев заметно регулирует ход химических преобразований, смену растворения породообразующих элементов их выпадением в осадок и др.

В последние годы комплекс процессов, связанных с влиянием температур на преобразование пород в приповерхностных условиях расширен, введено понятие термального гипергенеза как комплекса процессов и явлений, происходящих в зоне гипергенеза под влиянием проникающих в нее термальных вод — ювенильных, элизионных, артезианских и др. Термальный гипергенез приводит к возникновению трех типов гипергенных тел: экзогидротермальных штоков, жил, колонн, линз; гидротермокарстовых тел и гидротермальных кор. Все они являются приповерхностными частями гидротермальных систем.

Дата добавления: 2015-07-08