Экзогенные геологические процессы

Поверхность Земли хоть и не очень быстро, но непрерывно изменяется под действием различных внешних и внутренних сил. Изменения происходят и в более глубоких участках земной коры.

Под действием энергии Солнца, атмосферы, воды, силы тяжести горные породы разрушаются и тут же образуются вновь из продуктов разрушения. В этом постоянном процессе участвуют и внутренние силы, в частности поднимается вверх из глубинных очагов магма, застывая, не дойдя до поверхности, или извергаясь из вулканов. На геологические процессы влияют притяжение Солнца, Луны, вращение Земли. Ввиду такого разнообразия сил, действующих в верхних оболочках Земли, эти процессы можно разделить на две группы:

• 1) эндогенные, или внутренние;
• 2) экзогенные, или внешние.

Процессы выветривания

Любая горная порода, попадая на поверхность Земли, подвергается разрушению под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы. Она испытывает перепады температур, воздействие вод, нередко агрессивных по отношению к породе; корни растений проникают глубоко в горную породу, выделяя кислоты. Все эти факторы приводят к тому, что порода сначала растрескивается, потом разваливается на куски, а затем рассыпается в мелкую щебенку или превращается в глины.

Этот процесс называют выветриванием. Он является очень важным геологическим процессом, проявляю- 54.

щимся везде и всегда. Надо только помнить, что выветривание — это отнюдь не работа ветра, а сложное явление, включающее в себя разрушение пород в ходе физических, химических и биохимических процессов. Выветривание не происходит на Луне и на Меркурии, где нет атмосферы и гидросферы. Поэтому мы и видим на их поверхности кратеры, возникшие миллиарды лет назад, тогда как такие же по возрасту кратеры на Земле давно уничтожены эрозией и выветриванием.

Физическое выветривание. Наиболее мощный фактор такого выветривания — изменение температуры, как суточное, так и сезонное. Например, в пустынях камни нагреваются днем до +70 °С, а ночью температура может упасть почти до 0 °C. Поэтому горная порода то расширяется, то сжимается. Но ведь обычно породы состоят из различных минералов, коэффициент расширения которых неодинаков, вследствие этого они расширяются и сжимаются по-разному. Темные минералы и породы нагреваются сильнее, чем светлые, поэтому они и разрушаются быстрее. Так горная порода постепенно как бы расшатывается, сцепление между минералами уменьшается, она разламывается на куски, а те, в свою очередь, распадаются на еще более мелкие (рис. 3.1). Порода выветривается (см. рис. 3.1 на цветной вклейке).

Рис. 3.1. Увеличение соприкосновения горной породы с атмосферой при механическом выветривании Температурное выветривание энергичнее всего происходит в пустынных районах, где велик суточный перепад температур (см. рис. 3.2 на цветной вклейке).

Рис. 3.2. Морозное выветривание: а — трещины, заполненные водой; б — при замерзании вода превращается в лед, объем которого на 10% больше; давление льда разрушает породу Другой очень мощный фактор механического разрушения горных пород — замерзающая вода, увеличивающая свой объем при переходе в лед до 10%. Если вода попадает в трещину горной породы и там замерзает, то порода испытывает сильное давление, а лед действует как клин (рис. 3.2). В старые времена, чтобы расколоть большую глыбу камня, в него вбивали деревянные клинья, поливали их водой, и они, разбухнув, разрывали камень. Так же действуют лед, корни кустов и деревьев и растущие в трещинах кристаллы, которые давят на стенки трещин, разрывая горную породу.

Химическое выветривание. В воздухе и воде всегда присутствуют органические кислоты, углекислый газ, кислород. Особенно важна вода, способная разлагаться на положительные водородные ионы (Н⁺) и отрицательные гидроксильные ионы (ОН~). Поэтому вода может реагировать с горными породами. Эту ее способность усиливают и другие растворенные в ней ионы, особенно HCOg, SO|~, СП, К⁺, Na⁺. Все они взаимодействуют с различными атомами в кристаллических решетках минералов, разрушая их.

Химические реакции, наиболее распространенные при выветривании:

Химическое выветривание в основном протекает при окислении, гидролизе, гидратации и растворении.

Например, окисление минерала пирита (FeS₂) приводит к образованию бурого железняка, или лимонита (Fe₂0₃ • пН₂0), широко распространенного минерала. Именно поэтому на месторождениях сульфидных руд, содержащих пирит, возникает так называемая шляпа из лимонита коричневого цвета.

Гидратация связана с присоединением воды к минералам и образованию новых. Так, ангидрит (CaS0₄) при присоединении воды (Н₂0) превращается в гипс (CaS0₄ • 2Н₂0):

Гидролиз — это более сложный процесс, заключающийся в разложении минералов силикатов. Особенно показательно в этом отношении разложение хорошо известных полевых шпатов с превращением их в новый минерал — каолинит.

Так как полевые шпаты широко присутствуют во всех магматических породах, например в гранитах, и в метаморфических — гнейсах, кристаллических сланцах, то в результате их химического выветривания образуются залежи каолинита, наиболее чистые разности которых используют для изготовления фарфора.

Растворение пород осуществляется главным образом углекислотой, содержащейся в воде. Она особенно агрессивна по отношению к карбонатным породам — известнякам, мергелям, доломитам, а также сульфатным — ангидриту, гипсу. Растворение вызывает образование в породах воронок, борозд и пещер. Этот процесс называют карстом, по наименованию плато Карст в северо-западной части Динарского нагорья на Балканском полуострове.

Надо отметить большое значение биогеохимического выветривания, связанного с воздействием на горные породы разнообразных микроорганизмов, включая лишайники и мхи. Все они извлекают из минералов горных пород определенные химические элементы, такие как С1, К, Р, S, Са, Mg, Na и др. То, что растения — мхи и лишайники — действительно извлекают из горных пород эти элементы, доказывает анализ золы растений, в которых содержание химических элементов во много раз больше, чем в горных породах. Вырабатываемые корнями растений органические кислоты и углекислый газ влияют на усиление растворения пород. В лесах, особенно тропических, за год скапливается более 200 кг на 1 га отмершего органического вещества, которое, выделяя различные кислоты, как бы разъедает горные породы.

Все виды выветривания в природе могут действовать одновременно.

Кора выветривания. Разрушение горных пород в результате выветривания приводит к накоплению обломков, глыб, дресвы. Этот разрушенный и неперемещенный материал называют элювием, а совокупность различного элювия на той или иной площади — корой выветривания.

Формирование коры выветривания происходит при относительно выровненном, сглаженном рельефе, так как на крутых склонах продукты разрушения пород не могут сохраниться и будут смыты. Для образования коры выветривания наиболее благоприятен влажный жаркий климат с большим количеством осадков. В умеренных широтах кора выветривания образуется не так интенсивно. Там она менее мощная. В пустынях же и в тундре распространен только маломощный элювий.

В тропических и субтропических зонах образуется мощная кора выветривания, обладающая определенной вертикальной зональностью. Внизу, на коренных породах, залегают мелкие обломки этих же пород, сменяющиеся выше толщей глинистых пород с гидрослюдой и монтмориллонитом, а верхнюю часть коры выветривания слагают каолинитовые глины. Кроме того, в верхней части распространены гидроокислы алюминия и железа, которые придают коре красный цвет. Этот верхний пласт обладает большой твердостью. За эти качества он получил название латерит (от лат. later — кирпич).

Образование такой коры выветривания представляет собой сложный химический процесс, во время которого происходят вынос некоторых химических элементов из породы и преобразования структуры полевых шпатов с превращением их в каолинит. На разложение минералов в горной породе влияет много факторов: температура, влажность, химический состав вод.

Если кора выветривания покрывает большие площади, то ее называют площадной, а если она приурочена к зонам дробления в пределах, например, разломов, — линейной. Площадные коры выветривания имеют мощность до 100 и более метров.

На разных породах формируются разные коры выветривания, так как минералы пород, подвергающиеся разложению, также различны.

Коры выветривания бывают современные и древние. Известны они начиная с протерозойского времени (например, на Балтийском и Украинском щитах). В девонское время коры выветривания формировались на Тимане, в мезозойское время — в Казахстане, на Урале.

Коры выветривания содержат важные месторождения полезных ископаемых, в частности бокситов, представляющих собой сырье для получения алюминия. Формируются месторождения потому, что из пород выносятся натрий, калий, кальций, магний, а оксиды алюминия и железа остаются и накапливаются. Так как нижняя часть коры выветривания залегает обычно в понижениях рельефа, западинах, глубоких карманах, то там и сохраняются залежи бокситов.

Вопросы

• 1. Что называют выветриванием?
• 2. Какие процессы происходят при физическом выветривании?
• 3. Что представляет собой химическое выветривание?
• 4. Какие факторы действуют при биогеохимическом выветривании?
• 5. Что такое элювий и кора выветривания?
• 6. Какие факторы способствуют формированию коры выветривания?
• 7. Что такое латерит?
• 8. Где образуются современные коры выветривания?
• 9. Как образуются бокситы?
• — ВЫВОДЫ —

Выветривание — разрушение горных пород под действием изменений температуры, а также химических процессов — окисления, гидратации, гидролиза, растворения. Образующиеся на выровненном рельефе коры выветривания содержат бокситы (руду для получения алюминия).