3.4 Биологическое выветривание

Биологическое выветривание — это механическое разрушение и химическое изменение горных пород под воздействием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Этот вид выветривания связан с почвообразованием. Если при физическом и химическом выветривании происходит только превращение магматических горных пород в осадочные, то при биологическом выветривании образуется почва, в ней накапливаются элементы питания растений и органическое вещество. (В.А. Обручев, 1961).

В почвообразовательном процессе участвуют бактерии, грибы, актиномицеты, зеленые растения, а также различные животные (дождевые черви, землеройные животные, насекомые и др.). Горные породы разлагают и многочисленные микроорганизмы. Так, нитрифицирующие бактерии образуют сильную азотную кислоту, а серобактерии — серную кислоту, которые энергично разлагают алюмосиликаты и другие минералы. Силикатные бактерии, выделяя органические кислоты и диоксид углерода, разрушают полевые шпаты, фосфориты и переводят калий и фосфор в форму, доступную для растений (В.А. Обручев, 1961).

Лишайники, поселившиеся на горных породах, разрушают их посредством выделения специфических лишайниковых кислот и диоксида углерода. Кроме того, гифы лишайника способны проникать в тончайшие поры горных пород, что приводит к их физическому разрушению. Под лишайниками происходит некоторое накопление фосфора, калия, серы и других элементов, наличие которых обусловливает поселение на их месте мхов, а затем и высших растений. Мхи задерживают много влаги, что еще усиливает разрушение пород.

Зеленые растения выделяют органические кислоты и другие биогенные вещества, которые взаимодействуют с минеральной частью, образуя сложные органо-минеральные соединения. Корневые системы избирательно усваивают зольные элементы. После отмирания растений в верхних почвенных горизонтах происходит накопление азота, фосфора, калия, кальция, серы и других биогенных элементов. Кроме того, корни растений, особенно древесных, проникая в глубь горных пород по трещинам, оказывают давление на породы и разрушают их механически.

Водоросли (диатомовые, сине-зеленые, зеленые и др.) также разрушают горные породы. Особенно велика роль диатомовых водорослей, которые для построения своего скелета извлекают из алюмосиликатов кремниевую кислоту (В.А. Обручев, 1961).

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 сульфатные 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 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.

(В.А. Обручев, 1961).