WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |

«Глава 8. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТМОСФЕРЫ И СУШИ Они сошлись. Волна и камень, Стихи и проза, лед и пламень. А.С. Пушкин Выветривание 8.1. Основные понятия 1. Выветривание – ...»

-- [ Страница 1 ] --

Геофизика. А.Н. Павлов Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru

Глава 8. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТМОСФЕРЫ И СУШИ

Они сошлись. Волна и камень,

Стихи и проза, лед и пламень…

А.С. Пушкин

Выветривание

8.1.

Основные понятия

1. Выветривание – процесс разрушения и изменения горных пород на поверхности литосферы и небольших глубинах под действием физического и химического воздействия атмосферы, подземных вод и организмов.

Физическое выветривание – распадение горной породы на обломки различной величины, без изменения химического состава. Основными факторами этого процесса являются колебания температуры, замерзание и оттаивание воды в трещинах породы, растрескивание породы под воздействием корней растений.

Элювий – продукты выветривания горных пород, залегающие на месте своего образования. По своему составу элювиальные обломки соответствуют подстилающим горным породам. Обычно они имеют неправильную форму с резкими углами и гранями.

Курумы – большие скопления крупнообломочного элювия. На плоских и слабовыпуклых вершинах гор и на поверхности плато курумы часто занимают обширные площади, которые называют «каменными морями».

Делювий – совокупность разнообразных продуктов выветривания (глин, песков, крупных обломков), перемещнных по склону вниз от коренных выходов в результате плоскостного смыва и сползания под действием силы тяжести и морозного сдвига. В логах, осложняющих склоны, щебнисто-каменистый делювий образует линейно вытянутые потоки, называемые «каменными реками».

Коллювий – продукты выветривания, смещнные вниз по склону под влиянием силы тяжести. Образует шлейфы у подножия склонов в результате осыпания обломочного материала. Встречаются не только как современные отложения, но и в ископаемом состоянии.

Пролювий – отложения временных водных потоков (селей, грязевых потоков), возникающих в период ливневых дождей и интенсивного весеннего снеготаяния. Обычно проявлен в виде конусов выноса в низовьях логов. В составе пролювия присутствуют угловатые и полуокатанные глыбы и камни, мелкозм, переотложенный почвенный слой, дерновина, остатки стволов и корней деревьев.

Кары – системы гребешков и выступов, разделенных прихотливо ветвящимися бороздами–желобками. Являются продуктом растворения пород струями атмосферных и речных вод. Реже образуются под действием озрных и морских вод.

Элювий, делювий, коллювий и пролювий взаимосвязаны и приурочены к определенным формам рельефа. Элювий на склонах вовлекается в движение и превращается в делювий, который, достигнув Геофизика. А.Н. Павлов Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru пологих участков склона и подножия, становится коллювием.

Временные водные потоки за короткий промежуток времени существенно перемещают все эти типы обломочного материала и вместе с почвой и сгружают его в виде пролювия у подошв возвышенностей или на некотором удалении от них в прилегающей равнинной местности.

Химическое выветривание – разрушение первичных пород в результате процессов гидролиза, гидратации, карбонизации, растворения и окисления. При этом изменяется состав минералов, из которых состоит исходная горная порода, и возникают новые устойчивые минералы. Определяющими процессами при химическом выветривании являются вода, растворенные в ней соли и кислоты, а также воздух. Особенно активно воздействуют на породу кислород, озон, углекислый газ.

Органическое (органогенное) выветривание – разрушение горных пород под механическим воздействием организмов и выделяемых ими кислот. Эта форма выветривания выделяется не всеми геологами, так как совмещает в себе элементы физического и химического выветривания.

Гидролиз – реакция обменного разложения между водой и химическими соединениями, способными под воздействием воды переходить в более низкомолекулярные соединения с присоединением продуктов диссоциации воды (H+ и OH-).

Гидратация – реакция минералообразования, протекающая с поглощением воды. Включает процесс поглощения воды коллоидами и минералами цеолитной группы (см. любой курс по минералогии или интернет).

Карбонизация – процесс вступления минералов, содержащих ионы кальция, магния, натрия и калия, в реакцию с природными водами, насыщенными углекислотой.

Растворение – полное разрушение минерала с переходом его составляющих в структуру растворителя (в природных условиях – воды).

Окисление – общая группа химических реакций, в основе которых лежит частичное или полное перемещение электронов от одного атома к другому. При окислении низковалентные соединения переходят в высоковалентные, часто с образованием гидратов.

2. Кора выветривания – комплекс горных пород, формирующийся в верхней части литосферы в результате преобразования горных пород под влиянием различных факторов выветривания. Возникает в основном в зоне просачивания и аэрации.

3. Древние коры выветривания – коры выветривания, сформировавшиеся в прошлые геологические эпохи. Известны во всех геологических системах (см.

4. Почва – самый поверхностный слой земной коры, состоящий из нескольких генетических горизонтов, возникших в результате сложного взаимодействия горной породы, климатических факторов, растительных и животных организмов, рельефа местности.

Геофизика. А.Н. Павлов Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru Процессы выветривания Физические процессы.



Нагревание и охлаждение. Связанно с суточными, сезонными и годовыми колебаниями температуры воздуха. Вызывают соответственно увеличение и уменьшение объема минеральных зерен, слагающих горные породы.

Наиболее сильно такие сжатия и расширения протекают в приповерхностных частях горных пород и определяют явление, которое называется шелушением. Результаты этого явления проявляются в виде трещин, параллельных поверхности глыб и создающих отслаивание верхних частей от основной массы породы (см. рис 8.1). В отечественной литературе результаты воздействия на горные породы периодического нагревания и охлаждения получило название температурного выветривания.

Рис. 8.1. Иллюстрация явления шелушения [Горшков, Якушова,1973].

Температурному выветриванию способствуют три важных обстоятельства, связанных с петрографическими особенностями пород.

Первое определяется кристаллическими свойствами минералов, в первую очередь их анизотропией. Напомним, что в соответствии с ней коэффициенты сжатия и расширения зависят от направления, что определяет неравномерность в распределении сил деформаций. Эта неравномерность существенно возрастает в случае, когда порода является полиминеральной.

Второе обстоятельство связано с разнообразной окраской минеральных зерен и породы в целом. Темноцветные породы нагреваются сильнее. Существенно поразному нагреваются светлые и тмные минералы. Поэтому температурное выветривание пстроокрашенных пород происходит более интенсивно, чем пород с однородной окраской.

Трещинноватость пород. Чем гуще система трещин, тем быстрее разрушается порода. Вначале происходит расширение трещин, затем по ним порода начинает распадаться на блоки, отдельные глыбы и куски.

Температурное выветривание наиболее активно протекает в областях с Геофизика. А.Н. Павлов Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru сухим климатом, резко контрастным изменением температуры и слабым развитием растительности. К таким областям в первую очередь относятся пустыни, а также склоны высоких гор. В горах обломки пород, слагающих склоны, периодически обрушиваются вниз, создавая каменные, или глыбовые, осыпи. (см. рис. 8.2).

Рис. 8.2. а – Схема каменных осыпей (коллювий) [Горшков, Якушова, 1973].

б – Фото. Каменная осыпь у подножья скал.

Следует отметить, что попытки экспериментальной проверки температурного выветривания в чистом виде (в лабораторных условиях) не дали положительного результата. Скорей всего этот тип выветривания «работает» в комплексе с другими факторами атмосферного разрушения пород.

Замерзание воды. Известно, что при замерзании вода увеличивается в объеме на 9 %, что создает высокое давление на ограничивающие е поверхности. Наиболее легко при этом разрушаются породы повышенной трещинноватости и пористости. Такого рода процессы иногда называют морозным выветриванием. В сочетании с другими эрозионными процессами морозное выветривание часто создает весьма причудливые формы рельефа (см. рис.8.3).

Рост кристаллов. При воздействии на породу воздуха и атмосферной влаги в трещинах и порах могут возникать новые для первичной породы минералы. Они увеличивают объем породы и способствуют ее разрушению, создавая раздвигающий эффект подобно ледяным клиньям при морозном выветривании.

Разрушение животными и растениями. Мощным фактором механического разрушения пород является корневая система растительности, особенно деревьев. Корни внедряются в трещины пород и Геофизика. А.Н. Павлов Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru способны выталкивать куски породы вверх и в стороны (см. рис. 8.5).

Рис. 8.3. «Игла Венеры» (слева) высотой более 60 м.

Отделилась от скалы (справа) в результате разрушения трещинных пород вдоль вертикальных трещин [Аллисон, Палмер, 1984].

Рис. 8.4. Разрушающее действие корней деревьев.

Кроме того, ветер может валить деревья, выворачивая значительную часть корневой системы, и тем самым механическое разрушение породы продолжается и усиливается. Механической дезинтеграции пород способствует и деятельность животных, роющих норы, «работа» земляных червей и муравьев, вытаптывание растительного покрова животными.

Мощное механическое воздействие на поверхность литосферы оказывает и деятельность людей: проходка туннелей, разработка карьеров, рудников, строительство дорог, городов, распашка земель и т. д.

Химические процессы.

Гидролиз. Характерным примером гидролиза может служить разложение полевых шпатов, которые наиболее широко распространены в земной коре.

Схема этого процесса определяется такого рода цепочкой:

Полевые шпаты промежуточные минералы (гидрослюды, гидрохлориты и др.) 2KAlSi3O8 + 3H2O + 2CO2 Al2Si2O5 (OH)4 + H4SiO4+ 2KHCO3 ;

2NaAlSi3O8 + 3H2O + 2CO2 + Al2Si2O5 (OH)4 + H4SiO4+ 2NaHCO3 ;

CaAl2 Si2 O8 + 3H2O + 2CO2 + Al2Si2O5 (OH)4 + Сa(HCO3) Эти реакции сопровождаются различными превращениями. В частности, реакциями гидратации, в результате которых возникает каолинит, и карбонизации, когда бикарбонаты калия, натрия и кальция могут растворяться в воде. Кварц выносится из ортоклаза и альбита в виде слабых кремниевых кислот или в коллоидной форме в растворах бикарбонатов калия, натрия и кальция.

Каолинит в условиях поверхности Земли является довольно устойчивым минералом. Однако при большом количестве атмосферных осадков, высокой температуре и большом растительном отпаде связь между алюминием и кремнием в процессе гидролиза алюмосиликатов полностью нарушается, и возникают минералы, еще более устойчивые в условиях земной поверхности – боксит (Al2O3nH2O), опал (SiO2nH2O) и др. (последняя стадия выветривания – латеритная).

Гидратация. Реакции с присоединением к минералам гидроксильной группы (ОН)– распространены в природе довольно широко. Это не только образование каолинита, которое рассмотрено выше, но и образование таких минералов, как хлорит, серпентин, тальк, цеолиты. К реакциям гидратации относятся также и такие процессы, как образование гипса из ангидрита и лимонита из гематита:

Карбонизация. Углекислый газ, содержащийся в атмосфере или в почве, поступает в поверхностные воды и реагирует с водой. При этом образуется углекислота:



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |