Разложение коренных пород

При разложении коренных пород в коре выветривания большое значение имеют реакции окисления, гидратации, гидролиза и отчасти диализа.

Окисление обусловлено высоким кислородным потенциалом приповерхностной части земной коры, быстро гаснущим с глубиной. Породообразующие минералы коренных пород, сформированные в бедной кислородом обстановке глубоких частей земной коры и не содержащие этого элемента или представленные низковалентными формами соединения с ним, под воздействием окислительной коры выветривания превращаются в кислородные соединения высокой валентности. Наиболее активным окислителем является кислород, находящийся в атмосфере и в растворенном состоянии в воде. Кроме того, в окислительных реакциях участвуют вода, углекислота, соединения ряда элементов высшей формы окисления, минеральные кислоты. В процессе окисления минералы материнских пород, представленные бескислородными или закисными соединениями, переходят в более устойчивые в приповерхностных условиях окисные формы. Так, в коре выветривания концентрируются окислы и гидроокислы ряда металлов (железо, марганец, алюминий и др.).

Гидратация ведет к образованию адсорбционных минеральных систем, присоединяющих своей поверхностью воду и удерживающих её. При этом вода может войти в решетку минерала (гидроксильная вода), образовать твердый раствор (кристаллогидратная вода), войти в каналы решетки минерала (цеолитная вода) или сорбироваться минералом (адсорбированная вода). Процессы гидратации во многом определяют поведение в коре выветривания алюминия, железа и марганца.

Гидролиз связан с обменными реакциями между основаниями минералов коренных пород и водородными ионами электролитически диссоциированной части воды. Интенсивность этого процесса определяется концентрацией водородных ионов (рН), наличием углекислоты, минеральных кислот и температурой воды. При гидролизе разрушаются силикаты, на их месте накапливаются глинистые минералы, а за счет вытеснения катионов образуются свободные окислы и гидроокислы алюминия, кремния, железа, марганца.

Диализ связан с диффузионным удалением из скоплений глинистых продуктов выветривания металлических катионов и их постепенным очищением до «чистых» глин.

Скорость разложения породообразующих минералов в коре выветривания различна — основные и магнезиальные их разновидности разрушаются быстрее кислых и железистых. Согласно С.Голдичу, главнейшие породообразующие минералы могут быть расположены в определенный ряд по степени повышения их устойчивости при процессах выветривания.

Миграция элементов. В процессе выветривания различные промежуточные и конечные продукты разложения могут растворяться и выноситься приповерхностными водами. Их миграция осуществляется в виде взвесей, коллоидных и истинных растворов. Однако наиболее широко развита в природе миграция в виде ионных растворов, особенно на ранних стадиях развития коры выветривания, при окислении находящихся в коренных породах сульфидов, хлоридов и других активных растворителей.

Подвижность химических элементов может быть охарактеризована коэффициентом водной миграции — отношением среднего содержания элемента в воде реки (в мг/л) к произведению из содержания элемента в горной породе бассейна реки (в %) на минеральный остаток воды реки (в мг/л). По такому коэффициенту выделены ряды миграции элементов (табл. 32). К_вм=С_ср:(С_гп×С_мо)

Таблица 32

Ряды миграции элементов при выветривании.

По Б.Полынову и А.Перельману

Номер ряда	Степень подвижности	Элементы	Коэффициент водной миграции
I	Энергично выносимые	Cl, Br, I, S	n ´10 - n ´10^2
II	Легко выносимые	Са, Na, Mo, К (?), F	n
III	Подвижные	SiO2, Р, Мп, Со, Ni, Си	n ´10^-1
IV	Инертные	Fe, Al, Ti	n ´10^-^2

Детальное изучение коры выветривания ультрабазитовых массивов, показало, что в процессе выветривания исходная порода теряет 88,8% первоначальной массы. При этом по коэффициенту геохимической подвижности, представляющему собой отношение содержания химического элемента в конечном продукте коры выветривания к первоначальному его содержанию в исходной породе, наиболее подвижными оказались MgO, SiO₂, CaO, а наименее подвижными ТiO₂, Сr₂О₃, Fe₂O₃.

Следовательно, при разложении легче удаляются элементы неметаллические, а металлы задерживаются и накапливаются в коре выветривания.

9.1.3. Профили и зональность коры выветривания.

В результате разложения минеральной массы коренных пород и избирательной миграции элементов возникают коры выветривания разного состава или разного профиля выветривания, со свойственными им месторождениями полезных ископаемых.

Профиль коры выветривания обычно определяется по степени разложения породообразующих силикатов, фиксирующейся интенсивностью выщелачивания кремнезема, которая в свою очередь зависит от соотношения кремния и алюминия в минеральной массе коры выветривания. По этому показателю, в соответствии с данными Б.Полынова, И.Гинзбурга, И.Седлецкого и др., выделяются три профиля коры выветривания.

Насыщенный сиалитный, или гидрослюдистый профиль характеризуется изменением первичных силикатов в основном при участии реакций гидратного и гидролизного преобразования без существенной миграции кремнезема. Типоморфными минералами коры выветривания этого профиля являются гидрослюды и гидрохлориты, а также бейделлит и монтмориллонит.

Ненасыщенный сиалитный, или глинистый профиль отличается некоторым дефицитом кремнезема, удаленного в значительной степени из коры, выветривания. Типоморфные минералы представлены каолинитом, галлуазитом (2[Al₄Si₄(OH)₈O₁₀]), нонтронитом (Na_0.33Fe³⁺₂(Al,Si)₄O₁₀(OH)₁₂×nH₂O, кварцем (SiO₂).

Алитному, или латеритному профилю свойственны полное или почти полное нарушение связей между глиноземом и кремнеземом и интенсивная миграция последних из коры выветривания. Типоморфные минералы представлены гидроокислами алюминия (гиббсит, Al(OH)₃), а также окислами и гидроокислами железа, отчасти метагаллуазитом.

Первый тип несуществен для формирования полезных ископаемых, со вторым типом связаны месторождения глин и каолина, с третьим типом ассоциированы все важнейшие остаточные месторождения коры выветривания.

Зональность свойственна большинству кор выветривания любого профиля. Она обусловлена двумя причинами.

Во-первых, переходом из глубины к поверхности от свежих невыветрелых пород, через промежуточные зоны незавершенного разложения кконечным продуктам остаточной коры выветривания. По этому признаку зональное строение коры увязывается со стадийностью развития, а последовательное чередование глубинных зон в известной мере соответствует смене профилей кор выветривания.

Во-вторых, зональность коры выветривания определяется дифференциацией минеральной массы при её переотложении из водных растворов, фильтрующихся сверху вниз.

В дифференциации вещества по вертикальному направлению коры выветривания решающее значение имеет изменение кислотности — щелочности среды, определяемое величиной рН.

В верхней, наиболее кислой части разреза коры выветривания основных пород при низком значении рН выпадает Fe(OH)₃. Ниже при более высоком рН выделяются Мп³⁺ и Со³⁺. В ещё более глубоких и обедненных кислородом частях месторождения при рН 5,3—6,8 выпадают Ni(OH)₂, Fe(OH)₂, Со(ОН)₃. Наконец, на самых глубоких горизонтах при рН до 7 и более выделяется главная масса никеля в виде его гидросиликатов.

В процессе развития коры выветривания верхние зоны разрастаются за счет нижних, а самая нижняя—за счет коренных пород.

Согласно А.Никитиной, И.Витовской и К.Никитину, в поперечном сечении коры выветривания намечаются четыре главные зоны (снизу вверх):

1) начальной гидратации и выщелачивания по трещинам пород с преобладанием дезинтеграции;

2) гидратации и начального гидролиза по всей массе породы (глубокого выщелачивания);

3) гидролиза и конечного выщелачивания;

4) конечного гидролиза (образования окислов и гидроокислов).

Зона дезинтеграции содержит значительное количество первичных реликтовых минералов. Здесь же вдоль трещин возникают их гидратированные заменители (слюды, хлориты, гидрослюды, гидрохлориты), а также продукты инфильтрации верхних зон, выпадающие из раствора в щелочной среде; рН этой зоны обычно 8,5—9 и выше.

Зона гидратации и выщелачивания характеризуется накоплением гидрослюд и гидрохлоритов, а также обильных продуктов инфильтрации из верхних зон, сложенных карбонатами и гидросиликатами; рН этой зоны обычно близко к 7,5—8,5.

Зона начального гидролиза содержит скопления нонтронита и каолинита; рН около 5 - 8.

Зона конечного гидролиза характеризуется развитием глинистых продуктов с гидроокислами алюминия (гиббсит), железа, марганца; рН этой зоны ниже 5.

B условиях полного и интенсивного изменения, с образованием зрелой коры выветривания, промежуточные зоны исчезают и формируется кора сокращенного профиля, представленная зоной конечного гидролиза.

В обстановке, сдерживающей развитие изменения коренных пород, выветривание может задержаться на промежуточных стадиях развития с возникновением коры неполного профиля, сложенной продуктами гидратации и начального гидролиза.

Перечень наиболее распространенных минералов коры выветривания кислых и основных изверженных пород по их зонам приведен в таблице.

Таблица

Характерные минералы коры выветривания

Породы	Зона полуразложенных коренных пород (дезинтеграции)	Зона гидратации и гидролиза	Зона остаточных продуктов выветривания (конечного гидролиза)
Основные	Серпентин, тальк, хлорит, вермикулит, керолит, девейлит, сепиолит, палыгорскит, нонтронит, халцедон, опал, кальцит, арагонит, доломит, магнезит, гидромагнезит, ревдинскит, непуит, айдерлит, ревдинит	Нонтронит, ферромонт-мориллонит, феррибей-деллит, каолинит, гидроокислы железа, гидроокислы марганца, асболан, халцедон, опал, галлуазит, аллофан, керолит	Лимонит, гётит, гидрогематит, псиломелан (вад), пиролюзит, халцедон, опал
Кислые	Гидрослюды, гидрохлориты, кальцит, арагонит, магнезит, гидромагнезит, доломит, анкерит, сидерит, гипс	Каолинит, монтмориллонит, бейделлит, нонтронит, галлуазит, аллофан	Лимонит, гётит, гидрогематит, псиломелан (вад), пиролюзит, диаспор, бёмит, гиббсит

9.1.4. Геологические условия образования кор выветривания

Для образования кор выветривания и связанных с ними месторождений полезных ископаемых необходимо сочетание таких природных факторов, как климат, состав коренных пород, их тектоническая структура, рельеф местности, гидрогеология, длительность образования и эпохи формирования.

Климат

Главными элементами климатических условий, определяющими ход и интенсивность разложения коренных пород в коре выветривания, являются температура воздуха и почвы, а также количество и характер выпадающих осадков.

Температура имеет решающее значение в развитии профиля коры выветривания. С повышением температуры увеличивается количество каолинита, а с понижением - возрастает роль гидрослюд.

Низкая температура полярных областей неблагоприятна для формирования коры выветривания.

В обстановке умеренной температуры приполярных широт возникают эмбриональные коры выветривания с выщелачиванием из них легкорастворимых соединений.

Теплый климат средних широт способствует образованию хорошо проработанных кор выветривания, с вынесенными из них в значительной степени щелочами и щелочноземельными элементами, а также некоторой части кремнезема.

Жаркий климат тропиков создает условия для формирования наиболее зрелых кор выветривания, с полным или почти полным выносом из них щелочей, щелочноземельных элементов и кремния. Таким образом, степень разложения моренных пород и зрелость кор выветривания в сильнейшей степени зависят от количества тепла, связанного с температурой воздуха, и возрастают от полярных областей к экватору.

Влажность. Малая влажность полярных областей, где осадки вьпадают в виде снега, исключает образование коры выветривания. Такая же малая влажность низких широт, свойственная пустынному климату, приводит к развитию солонцов и к накоплению здесь корок хлористых, сульфатных и других легкорастворимых соединений.

Среднее и регулярное выпадение осадков, создающее стабильное увлажнение верхней зоны земли, наиболее благоприятно для формирования кор выветривания. Обильные осадки в виде ливней, огромная масса вод которых быстро промывает приповерхностную часть земли, менее содействуют процессам химического разложения коренных пород.

Следовательно, наиболее совершенные климатические условия для формирования кор выветривания с присущими им месторождениями полезных ископаемых складываются в тропиках с круглогодичной высокой температурой воздуха и длительными периодами непрерывного увлажнения почвы, а наименее благоприятные — в суровом климате заснеженных приполярных областей.

Климатические условия определяют региональное зональное распределение кор выветривания разного профиля на поверхности земного шара, соответствующее географической зональности Земли (рис. 207).

В зоне тундр процессы химического разложения настолько ослаблены, что кора выветривания здесь практически не образуется.

В таежно-лесной и степной зонах средних широт формируются коры выветривания гидрослюдистого и глинистого профиля с месторождениями каолиновых, галлуазитовых и монтмориллонитовых глин.

В субтропической и тропической зонах развиваются наиболее зрелые коры выветривания латеритного профиля, с которыми связаны многочисленные месторождения выветривания.

В пустынной зоне возникает специфический приповерхностный слой глинисто-песчаных продуктов аккумуляции, обогащенный хлоридно-сульфатными солями.

Дата добавления: 2015-07-08