Выветривание горных пород: основные типы, их особенности и характеристики

Весь геологический период или век сопровождается выветриванием горных пород. Это достаточно сложный и продолжительный процесс, при котором разрушается поверхность минералов, либо они подвергаются абсолютному изменению. Важным условием для этого можно считать присутствие H2O, CO2, O2 и колебания температуры либо взаимодействие с местной флорой и фауной.

Преобладание различных условия либо факторов на участках формирования пород, определяет три основных разновидности процессов выветривания:

• органические;
• химические;
• физические.

Все эти разновидности имеют тесную взаимосвязь и чаще всего проявляются в сочетании друг с другом. Может преобладать какая-то конкретная форма, соответствующая условиям окружающей природы. Зачастую такие виды выветривания горных пород имеют место на суше. Намного реже можно столкнуться с этим явлением в условиях водных бассейнов

Как происходит выветривание, и какие остаточные продукты оно формирует?

В классическом понимании продукты, задержавшиеся в породе, принято именовать элювием. По большей части так называют скопления рыхлых обломочных пород с разным составом, будь то глина или глыбы. Также это обломочные накопления солидных продуктов инсоляции (горизонты, корки и калькреты) и метасоматиты.

Выветриваемые продукты формируются в ходе естественных исторических изменений земной коры. Со временем меняется рельеф, климат местности, структура почвы и тектонический режим. Здесь формируются переотложенные скопления, различающиеся между собой вариантом переноса и садиментационными окружающими факторами.

Так, например, одна из разновидностей выветривания горных пород – эрозия. По сути, это выветривание минеральных элементов движущимися ледниками, потоками воды, ветра и гравитацией. Также подобные процессы иногда называют денудацией, то есть, не выветривание, сопровождающееся сносом.

При выветривании имеют место два ключевых условия. Разрушение материнской породы (процессы физического характера), а также химические процессы, включая реакции сообщения/обмена, окисления и гидратации. Как правило, эти два аспекта сочетаются друг с другом в различных соотношениях. При этом первый, как правило, становится подготовкой к химическому этапу.

Типы выветривания и их особенности

Теперь поговорим более подробно о каждом геологическом типе выветривания и о его характерных особенностях.

Физический тип

Процесс физического выветривания, как было сказано выше, основан на дезинтеграции или дроблении материнской породы. При этом существенных изменений в составе зёрен минерального происхождения не происходит. Эти процессы можно считать характерными для такой географии широт, как Антарктика, Арктика, а также для аридных местностей (полупустыни, пустыни) и горных районов.

Эти процессы протекают в условиях температурных изменений. Это может быть замерзание воды с последующим оттаиванием, биологические факторы (деятельность живности в корнях растительности или роющих животных), а также соляная кристаллизация в капиллярных водах. Между тем никаких видимых трансформация состав обломочных частей не претерпевает.

Среди основных факторов механического выветривая первостепенную важность имеют температурные перемены в течение сезонов и даже суток. В породе горы скапливаются зёрна, различающиеся между собой составом. Каждая категория таких зёрен может по-разному реагировать на температурные изменения. Основное их отличие состоит в коэффициенте линейного и объёмного расширения, который отражён в специальной расчётной таблице.

В ходе физических выветривающих процессов может иметь место кристаллизация. Так, вода, замерзая, превращается в лёд. За счёт этого её объём увеличивается почти на 10%. Это приводит к расклиниванию породы трещинами и, в итоге, к разрушению.

Немалое влияние имеет тектоническое напряжение, при которых изгибаются породистые пласты. В результате происходит их сминание и образуются разрывы. Целостность породы при этом нарушается.

Следующие два фактора, ударное действие ветра (корразия) и волн (абразия), также считаются важными при физическом выветривании разных типов горных пород. Морской прибой и водные течения механически разрушают коренные породы. Ударные волны с песчинками и камнями обрушают и растворяют породу. Имеет место и подводная абразия, которую можно встретить на океаническом, морском и озёрном дне.

Глубина водоёма при это может составлять несколько десятков метров, в случае с озёрами, или сотен метров, при подводной абразии в морях и океанах.

При денудации и эрозии имеет место гравитационное влияние. Именно оно определяет первичное разделение обломочных материалов. Так крупные части пород скапливаются преимущественно в различных местах на склонах, а также у подножий гор. Более мелкие частицы уходят с водой или разносятся ветром, иной раз на многие километры от мест разрушения.

Типы физического выветривания различаются между собой в зависимости от фактора, под действием которого происходит разрушение породы. Это может быть разрушение под действием солнечных лучей, снега, мороза, льда и биологических факторов.

По части определённых процессов, происходящих в массивах, физический и химических тип породистого разложения имеют определённые схожести. То есть, и в первом, и во втором случаях имеют место разрушительные химические процессы. Однако в случае с физической категорией, механические факторы значительно преобладают.

Химический тип

В геологии представляет собой сложные химико-биологические, сопровождающие распадением горных пород. Также имеют место различные реакции биохимического и биогенного характера. Действие органических кислот, кислорода, аммиака, углекислоты, азотной и серной кислот, а также воды можно отнести к основным факторам химического выветривания горных пород.

Под влиянием этих факторов происходят выщелачивательные, гидратационные, окислительные, растворяющие, гидролизные и карбонатизационные процессы. Щёлочи, катионы металлов, гидроксиды и оксиды при этом выносятся из активной зоны.

Важнейшим агентом при химическом типе считается биогенный фактор. Он влияет на различные, взаимосвязанные процессы выветривания в литосфере, гидросфере и атмосфере. Под действием биомассы оказывается каталитическое действие на синтез и деградацию. Формируется благоприятная среда, в которой действуют активные бактериальные компоненты.

Водная структура – это определяющий фактор. По сути водная среда со свойствами слабых электролитов диссоциирует на OH^– и H⁺ ионы. В этой связи водная среда способствует растворению практически любых, известных на сегодня минералов.

Кислотно-щелочной показатель pH также влияет на растворимость некоторых минеральных компонентов, формирующихся в процессе минерально-химического выветривания. К примеру, гидроксид железа подвержен растворению – таким образом, растворяющие водные массы способны переносить его, но только в кислых средах. Когда раствор нейтрализуется, гидроксид осаждается. А вот алюминия гидрат растворяется не только в кислых, но и щелочных средах.

Таким образом, фактор растворимости непосредственным образом влияет на перенос компонентов и условия, в которых они осаждаются. Помимо кислотно-щелочного фактора важную роль в химико-физических условиях растворения среды и миграции частиц играет восстановительно-окислительный потенциал (Eh).

Одним из ключевых факторов при химическом типе считаются продукты разрушенной органики. В первую очередь речь идёт об остатках растительного происхождения, образующих гуминовые кислоты. Последние в свою очередь окисляют среду и способствуют разложению силикатов. Наличие органических веществ способствует формированию восстановительной среды.

Таким образом, растворимость большинства закисных соединений в этом случае более выражена, чем у окисных. Микробы существенным образом влияют на сульфатную редукцию, участвуют в образовании водорода и переведении окисного железа в нерастворимую форму.

Наконец, свой особый вклад в процессы химического выветривания и выхода побочных продуктов из мест разложения материнской породы вносит углекислота. Она образует с отдельными группами металлов растворимые соединения. Карбонат металла в сочетании с углекислотой переходит в бикарбонат, который имеет более высокий показатель растворимости.

Подводный тип

Процессы выветривания горных пород имеют место не только на суше, но, как уже было сказано выше, на дне различных водоёмов, преимущественно океанов и морей. Если рассматривать последние, то при наличии морской воды, богатой минералами, а также при смене температур, газовых режимов и давления происходит растворение горной породы и минералов. При этом формируются новообразования элювиального типа с продуктами биологической, метасоматической и химической природы.

Сочетание всех этих процессов в подводной среде приводит к изменению состава минеральных разностей, которые могут присутствовать здесь на дне либо во взвешенном состоянии. Такую совокупность принято называть гальмиролизом. При этом он относится не только к минеральным образцам на морском дне, но и к продуктам вулканической активности.

К числу ключевых факторов разложения минералов в подводной среде принято относить:

• воду;
• состояние газов;
• биос;
• давление;
• степень солёности;
• температурный режим и его изменения.

В зависимости от глубины водоёма, на которой происходят процессы разложения, схема воздействия этих факторов меняется. В зоне подводного разложения температура, при которой происходят процессы распада и выветривания, более низкая, если сравнивать её с температурным режимом химического выветривания в континентальной среде.

С увеличением глубины, на котором формируется донный осадок, растёт показатель давления. На 200 метрах он составляет порядка 20 атмосфер, а на глубине 10 тысяч метров – до 1000 атмосфер. Таким образом, растворимость газов и твёрдых веществ возрастает. Более активно и в краткий период проходят химические процессы. Также меняется их эффективность и направление.

Высокая скорость скопления осадков не влияет на развитие процессов выветривания под водой. Это обусловлено тем, что осаждаемые материалы долгое время не контактировали с природными водами, вследствие их перекрытия новыми осадочными слоями. При этом солёные воды не успевают оказывать выраженного химического воздействия на эти материалы.

По мере удаления от линии берега на море и в океанах, скорость накопления осадков снижается. По этой причине гальмиролиз проявляется более активно на глубоководных участках водоёмов. Также его активность обусловлена от жизнедеятельности микроорганизмов и скорости осадочного скопления.

Растворённое вещество имеет свойство мигрировать в вертикальном направлении, а его частицы – цементироваться. Под действием гидратации, гидролиза, миграции, восстановления и окисления гальмиролизированные осадки синтезируются в другие минеральные породы. К их числу можно отнести:

• фосфориты;
• гидроксид марганца и железа;
• цеолит;
• шамозит;
• карбонаты;
• глауконит;
• цеолит;
• глинистые породы.

Формируются преимущественно фосфатные породы. Бактериальная микрофлора выступает катализатором при гальмиролизе. Они ускоряют химический процесс, однако не изменяют направленность и продукты, которые они продуцируют в процессе.

Химико-физические условия водной среды непосредственным образом влияют на ход и проявление выветривания под водой. Последнее при этом достигает апогея в развитии при нулевых и малых скоростях накопления осадков в районах подводных хребтов и глубоководных областей.

Напоследок хотелось бы упомянуть о фумарольной и гидротермальной переработке осадочных образований в местах вулканической активности. Здесь преобладают сульфат-ионные составы, а также пирокластические осадки пепла, которые наряду с кислой средой и высокими температурами делают глинозём подвижным. Это, в свою очередь, формирует белоцветной и пестроцветной элюфий, который по Калугину называется сольфатарно-фумарольная кора выветривания.