Химическое выветривание

ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ

Особенно возрастает интенсивность химического выветривания, когда в водном рас-творе присутствуют кислород, углекислота и органические кислоты, которые обладают большой активностью и во много раз повышают диссоциацию воды. В зависимости от реак-ции среды в процессе выветривания возникают те или иные характерные ассоциации мине-ралов. Наиболее благоприятные условия для химического выветривания существуют в гу-мидных областях и особенно в тропических и субтропических зонах, где имеет место соче-тание большой влажности, высокой температуры, пышной растительности и огромного еже-годного отпада органической массы (в тропических лесах), в результате чего значительно возрастает концентрация углекислоты и органических кислот, а следовательно, возрастает и концентрация водородных ионов. Химическое воздействие на горные породы оказывают на-ходящиеся в воде растворенные ионы, такие, как НСО3—. SO-4, С1-, Са+, Mg+, Na+, К+. Эти ионы также могут замещать. заряженные атомы в кристаллах или взаимодействовать с ни-ми,. что может приводить к нарушению первичной кристаллической структуры минералов. Процессы, протекающие при химическом выветривании, заключаются в следующих основ-ных химических реакциях: окислении, гидратации, растворении, гидролизе.

Окисление. Процессы окисления наиболее интенсивно протекают в минералах, со-держащих закисные соединения железа, марганца и других элементов. Так, сульфиды в ки-слой среде становятся неустойчивыми и постепенно замещаются сульфатами, окислами и гидроокислами. Направленность этого процесса можно схематически изобразить следующим образом:

FeS2+nO2+mH2ОFeSO4Fe2(SO4)3 Fe2O3nH2O.

пирит сульфат сульфат бурый железняк.

закиси окиси (лимонит).

железа железа.

На первой стадии получаются сульфат закиси железа и серная кислота (1^2804). На-личие серной кислоты значительно усиливает интенсивность выветривания, способствует дальнейшему разложению минералов. На второй стадии сульфат закиси железа переходит в сульфат окиси железа. Последний в свою очередь оказывается неустойчивым и под действи-ем кислорода и водыпереходит в водную окись железа — бурый железняк. Бурый железняк фактически представляет собой сложный минеральный агрегат близких по составу минера-лов гётита (FeO•OH) и гидрогётита (FeO•OH•nH2O). На поверхности ряда месторождений сульфидных руд и других железосодержащих минералов наблюдается «бурожелезняковая шляпа», возникшая в результате одновременных окисления и гидратации. Местами при не-достаточном количестве влаги образуются бедная водой окись железа, гидрогематит (Fe2O3•H2O). В результате процессов окисления магнетит переходит в гематит, как это имеет место в районе КМА. Гематит образуется и при окислении таких минералов, как оливин, пи-роксены, амфиболы, под действием воды, кислорода и углекислоты. Направленность реак-ции следующая:

(Mg, Fe)2[SiO4]Fe2O3+nMg (HCO3)2+mH4SiO4.

оливин гематит растворимый растворимая.

бикарбонат кремнекислота.

магния.

Дальнейший процесс окисления и гидратации может привести к образованию гидро-окислов железа (Fе2O3•nН2O).

Гидратация — это процесс, заключающийся в присоединении воды к первичным минералам горных пород и образовании новых минералов. Можно привести следующие примеры гидратации: 1. Переход ангидрита в гипс по реакции СаSO4+2H2OCaSO4−2H2O (реакция обратима при изменении условий). 2. Переход гематита в гидроокислы железа: Fе2О3+nН2ОFе2О3•nН2О. При гидратации объем породы увеличивается и покрывающие отложения деформируются.

Растворение. Под влиянием воды, содержащей углекислоту, происходит растворение горных пород. Растворение особенно интенсивно проявляется в осадочных горных породах — хлоридных, сульфатных и карбонатных. Наибольшей растворимостью отличаются хлори-ды: соли натрия, калия и др. За хлоридами по степени растворимости стоят сульфаты, в ча-стности гипс, за которыми следуют карбонатные породы: известняки, доломиты, мергели. В результате растворяющей деятельности поверхностных и подземных вод на поверхности растворимых пород образуются карстовые формы рельефа.

Гидролиз. Сложный процесс гидролиза особенно большое значение имеет при вы-ветривании силикатов и алюмосиликатов. Он заключается в разложении минералов, выносе отдельных элементов, а также в присоединении гидроксильных ионов и гидратации. В ходе гидролиза первичная кристаллическая структура минерала нарушается и перестраивается и может оказаться полностью разрушенной и заменена новой, существенно отличной от пер-воначальной и соответствующей вновь образованным гипергенным минералам. В ряде слу-чаев гипергенное преобразование силикатов и алюмосиликатов под влиянием воды, углеки-слоты и органических кислот протекает стадийно с образованием различных глинистых ми-нералов. В качестве примера можно привести схему разложения полевых шпатов (полевой шпатпромежуточный минералкаолинит):

K[AlSi3O8](К, Н20) А12 (ОН)2[A1Si4O10]•nH20A14 (ОН)8[A1Si4O10].

ортоклаз гидрослюда каолинит.

каолинит.

При образовании из полевых шпатов каолинита происходит несколько превращений и реакций: 1. Все катионы К, Na, Са при взаимодействии с углекислотой образуют истинные растворы карбонатов (СаСО3, Na2CО3, К2СОз) и бикарбонатов. В условиях влажного и теп-лого климата карбонаты выносятся за пределы; места их образования. В условиях сухого климата и недостатка влаги карбонаты остаются на месте, образуя твердую корку, или выпа-дают из раствора на некоторой глубине от поверхности. Такой процесс образования карбона-тов называется карбонатизацией.

2. Каркасная структура полевых шпатов превращается в слоевую, свойственную као-линиту и другим глинистым минералам.

3. Часть растворенного кремнезема выносится водой, что подтверждается наличием в твердом стоке речных вод в среднею около 11% SiO2. Значительная часть выносимого крем-незема быстро переходит в коллоидальное состояние и выпадает в виде аморфного гидрати-рованного осадка SiO2•nН2O, который при высыхании и частичной потере воды превращает-ся в опал. Часть SiO2 остается прочно связанной в каолините.

4. Присоединение гидроксильных ионов в каолините. В результате выветривания магматических и метаморфических горных. пород, богатых алюмосиликатами (гранитов, гранодиоритов, гнейсов и др.), образуются месторождения каолина. Каолинит в условиях земной поверхности достаточно устойчивый минерал. Но при благоприятных условиях — высокой температуре, большом количестве атмосферных осадков и огромном растительном отпаде—происходит дальнейшее разложение и образуются наиболее устойчивые соединения — гидроокислы алюминия, такие, как гиббсит, или гидраргиллят, А10(ОН)з—один из рудоносных минералов основной алюминиевой руды — боксита. Иногда гидроокислы алюминия распространены в виде пятен в каолинитах.

При выветривании полиминеральных горных пород наряду с гидроокислами алюми-ния на конечных стадиях образуются гидроокислы железа, иногда марганца, титана. Наи-большая интенсивность химического выветривания проявляется в железисто-магнезиальных минералах (оливин, пироксены, амфиболы) и основных плагиоклазах.