Процессы выветривания горных пород и минералов кратко

Обновлено: 02.07.2024

Процессы в зоне гипергенеза

В зоне гипергенеза, соответствующей приповерхностной биокостной части литосферы, выведенные на поверхность либо на дно морского бассейна горные породы стремятся прийти в равновесие с окружающей средой. Основными источниками энергии здесь являются солнечное тепло и в значительно меньшей степени внутренне тепло Земли. Важнейшую роль в гипергенных процессах играют органическое вещество и вода.

Верхней границей служит земная поверхность. Нижняя граница соответствует уровню затухания воздействия на горные породы фотосинтезирующей жизни, что сопровождается резким сокращением содержания кислорода и соответственно изменением химических условий среды (Eh, pH, угнетение процессов окисления, гидролиза, коллоидообразования). Обычная мощность зоны гипергенеза не превышает десятков метров, но иногда гипергенные процессы проявляются на глубинах в сотни и даже первые тысячи метров. Их проявление в глубинных зонах приурочено к зонам трещиноватости, карстовым полостям, поверхностям контактов пород, подземным горным выработкам, сохраняющим связь с земной поверхностью и служащим путями проникновения гипергенных агентов.

В зоне гипергенеза всегда присутствуют два принципиально различных комплекса минеральных образований: 1) материнские породы (субстрат) и 2) продукты гипергенеза.

В зависимости от условий процессы гипергенеза можно разделить на три группы:

поверхностный (или наземный) гипергенез – комплекс явлений и процессов, происходящих непосредственно на поверхности суши или связанных с проникающими в толщи пород инфильтрационными водами;

глубинный (или подземный) гипергенез - комплекс явлений и процессов, происходящих ниже земной поверхности и связанных с воздействием подземных вод, движущихся по водоносным горизонтам или восходящих по проницаемым зонам (заметим, что эти воды также имеют поверхностное происхождение);

подводный гипергенез (или гальмиролиз) - комплекс явлений и процессов, происходящих на дне морей и океанов при взаимодействии морских вод с горными породами.

Формирование продуктов поверхностного гипергенеза связано с процессами выветривания.

Выветривание – это процесс изменения и разрушения минералов и горных пород на земной поверхности под воздействием физических, химических и органических факторов.

В зависимости от того, какие факторы обуславливают процессы преобразования пород, выветривание можно подразделить на физическое (или механическое) и на химическое. Биогенные процессы, очень широко проявленные в процессах выветривания, проявляются как в механическом, так и в химическом воздействии на минеральный субстрат. Механическое разрушение пород при биогенном выветривании осуществляется, например, корнями растений, расширяющими трещины, или роющими организмами (черви, муравьи, термины, суслики, кроты и др.). Биохимические процессы активно воздействуют на минеральное вещество как в процессе жизнедеятельности (например, лишайники извлекают минеральные вещества из минералов, что приводит к разрушению последних), так и поставляя химически активные соединения в процессе разложения (органические кислоты, возникающие при разложении опавшей листвы и пр.).

Взаимодействие минерального и органического вещества приводит к возникновению почвы.

Физическое выветривание

Физическое выветривание подразделяется на температурное и морозное.

Температурное выветривание – разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры. Известно, что при нагревании и охлаждении твёрдые тела изменяют свой объём. Не являются исключением горные породы и минералы. В результате суточных колебаний температуры в массиве горных пород возникают напряжения двух типов.

Напряжения первого типа (называемые объёмно-градиентными) связаны с неравномерным нагреванием поверхностной и более глубоких частей массива; различие температур (и, соответственно, различное расширение) в этих частях массива приводят к образованию трещин, направленных параллельно его поверхности. Вследствие этого происходит шелушение и отслаивание пород, называемое десквамацией.

Десквамация в слоистой карбонатной породе (плато Лаго-Наки, Большой Кавказ)

Десквамация вулканических пород ( вулканический массив Карад-Даг, Крым)

Второй тип напряжений в пределах объёма породы и минерала связан с различием коэффициентов теплового расширения-сжатия минералов. Напряжения этого типа приводят к раскалыванию до уровня минеральных зёрен и далее, по трещинам спайности, до образования частиц размером до сотых долей мм. Быстрее разрушаются темноокрашенные минералы и породы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большими различиями коэффициентов расширения составляющих их минералов.

Так в процессе температурного выветривания массив пород разрушается с образованием обломочных пород различного размера – от щебня до алевритового материала. Суточные колебания температуры проявляются до глубины 1 м, что определяет максимальную мощность возникающих таким путём обломочных отложений.

Наиболее активно температурное выветривание протекает в пустынях и, в несколько меньшей степени, в нивальных областях и в высокогорных районах, не покрытых снегом. Этому способствует сочетание двух факторов: 1) резкие суточные колебания температуры, достигающие 50 о С и 2) обнажённость горных пород ввиду отсутствия растительного покрова и почвенного слоя.

Морозное выветривание – разрушение горных пород в результате периодического замерзания попадающей в трещины воды.

Попадая в трещины, в холодное время суток вода замерзает – превращается в лёд, объём которого, как известно, значительно выше, чем исходный объём воды. Кристаллизующийся лёд оказывает на стенки трещин весьма существенно давление, достигающее 1000 кг/см 3 и более, что значительно выше прочности большинства горных пород. Давление льда приводит к расширению трещин и раскалыванию пород на крупные обломки размером от десятков сантиметров до метров в диаметре. Отсутствие более мелкого материала обусловлено тем, что свободная вода не способна проникать в микротрещины.

Наиболее активно морозное выветривание протекает в холодных и умеренных областях с резкими суточными колебаниями температуры, а также в области развития вечной мерзлоты и в зоне деятельности ледников.

Образующиеся в ходе физического и химического выветривания продукты разрушения могут быть перемещены с места своего образования под действием водных потоков, ветра, движущихся ледников и других экзогенных факторов (процесс перемещения продуктов разрушения горных пород называется денудация) или остаться на месте своего образования. Продукты выветривания, залегающие на месте своего образования, называются элювий. К элювию относят продукты выветривания, не смещённые за пределы площади развития материнских пород (субстата за счёт которого они образовались).

Характерным ландшафтом зон физического выветривания являются каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады. Гаммады представляют собой нагромождения глыб и щебня, образующиеся за счёт выветривания горизонтально лежащих платов горных пород и выноса ветром пылеватых и песчаных продуктов их разрушения. Краю пластов часто расчленены на останцы конусовидной формы, понижения между которыми заполнены россыпями каменных глыб и щебнем.

Говоря о физическом выветривании необходимо подчеркнуть, что оно приводит к механической дезинтеграции пород и минералов, но не приводит к их химическому преобразованию.

Химическое выветривание

Химическое выветривание представляет собой процесс химического преобразования минералов и горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа, органических кислот, а также вследствие биогеохимических процессов.

Преобразование происходит вследствие реакций окисления и гидратации (например, преобразование пирита по схеме FeS₂ + mH₂O + nO₂ – FeSO₄ - Fe₂SO₄ – Fe(OH)₃ – Fe₂O₃ . nH₂O), растворения и гидролиза. Особое место занимают реакции гидролиза - ионного обмена между веществами и водой, приводящие к разрушению даже весьма устойчивых структур силикатов, сопровождающемуся их гидратацией и выносом элементов из кристаллической решётки. Примером такой реакции, может служить разрушение каркасной структуры полевых шпатов (самых распространённых в земной коре минералов) с образованием глинистых минералов и, далее, гиббсита:

Транспортировка веществ происходит почвенно-грунтовыми водами в виде истинных и коллоидных растворов.

Важное значение в процессах химического выветривания имеют органические кислоты, активно способствующие разложению минералов. Процессы химического выветривания протекают ниже почвенного слоя, просачиваясь через который воды обогащаются органическими соединениями.

Необходимыми условиями глубоко химического выветривания являются:

климат, при котором достигается сочетание высоких температур и влажности (гумидный тропический);
обилие и характер растительности (при её разложении образуются органические кислоты, активно разрушающие минералы);
выровненный рельеф, обеспечивающий неподвижность продуктов разрушения;
продолжительность выветривания.

Важно подчеркнуть роль ландшафтных условий. В гумидных ландшафтах развита лесная растительность, обладающая огромной биомассой и разлагающаяся почве микроорганизмами с образованием органических кислот, поэтому почвенные воды гумидных ландшафтов обладают кислой реакцией и активно воздействует на минералы исходных горных пород; в таких условиях выветривание протекает под воздействием постоянного промывания горных пород кислыми растворами.

В аридных ландшафтах, отличающихся недостаточной увлажнённостью, распространена травянистая растительность. Её биомасса в десятки раз меньше биомассы лесов. Кроме того, почвенная микрофлора перерабатывает растительные остатки с образованием высокополимеризованных органических соединений, которые не обладают агрессивными свойствами по отношению к минералам. Почвенные воды имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, поэтому интенсивного промывания выветривающейся толщи агрессивными возами не происходит, и в ней постепенно сохраняются относительно легкорастворимые соединения.

Процессы химического разложения приводят к разрушению кристаллических решёток минералов, даже весьма устойчивых, высвобождению из них химических элементов. Так выветривание гранитов может завершиться формированием за сёт слагающих их минералов толщи глин, обогащённых водными окислами алюминия.

Коры выветривания

Геологические тела, сложенные элювием, то есть продуктами глубокого поверхностного физического, химического, биохимического преобразования горных пород, оставшихся на месте своего образования, объединяют понятием кора выветривания.

Кору выветривания магматических и метаморфических горных пород называют ортоэлювием. Эти породы формировались в условиях, резко отличных от земной поверхности, и поэтому они изменяются наиболее сильно. Соответственно, развивающиеся по ним коры выветривания резко отличаются от материнской породы.

Кора выветривания морских осадочных пород называется параэлювием. Изменение таких пород, по сравнению с магматическими и метаморфическими, часто менее значительно. Поэтому кора выветривания не всегда резко отличается от материнских пород (например, при выветривании глин).

Элювий континентальных отложений обозначается термином неоэлювий. Материнские породы, за счёт которых происходит формирование такого элювия, сами являются переотложенными продуктами выветривания, и в поверхностных условиях уже слабо изменяются; в силу этого неоэлювий часто выражен неотчётливо. Нередко выветривание захватывает только почвенную толщу и коры выветривания не образуется.

Типичным компонентами кор выветривания служат продукты дезинтеграции субстрата, глинистый элювий и латериты.

Продукты дезинтеграции представляют собой подвергшиеся физическому выветриванию (растрескиванию, дроблению) породы субстрата, практически не изменившие химического состава. Примером могут служить глыбовый и щебнистый элювий на гранитных породах в аридных и субаридных областях, доломитовая мука на доломитах и пр. Иногда, в условиях жаркого влажного климата, поверхностная дезинтеграция сопровождается начальным химическим выветриванием – гидролизом, частичным выщелачиванием наиболее подвижных компонентов (например, щебнистые элювиальные суглинки в Центральном Казахстане, образованные за счёт гранитов).

Глинистый элювий – глины, сохранившие реликтовую структуру материнских пород. Глинистый элювий обычно слагает основную массу коры выветривания и подразделяется по минеральному составу (гидрослюдистый, монтмориллонитовый, каолинитовый). Характерен для областей с гумидным климатом.

Разновидностью коры выветривания являются рудные шляпы, формирующиеся при химическом выветривании пород, богатых рудными минералами, обычно сульфидами или другими легкоокисляющимися соединениями. На поверхности рудные шляпы обычно сложены кавернозными железняками, образующими глыбовые и щебневые развалы, выделяющиеся темно- и светло-красной, охристой и буровато-красной окраской, связанной с окислами и гидроокислами железа (гётит, гидрогётит, гидрогематит и др.).

Формирование шляп связано с воздействием воды на рудные минералы: происходит вынос грунтовыми водами легкорастворимых соединений, а в остатке накапливается нерастворимая минеральная масса, образующая шляпу. Так при разложении железосодержащих сульфидных руд часть железа выносится в виде сульфатов, но большая его доля, пройдя через сульфатную стадию, окисляется до гидроксидов и накапливается близ выхода рудных тел на земную поверхность, формируя железную шляпу.

По составу конечных продуктов рудные шляпы подразделяются на оксидные и сульфатные. Первые характерны для жарких и умеренных гумидных областей; вторые – широко развиты в аридных и зонах и зоне вечной мерзлоты.

Оксидные шляпы характеризуются резким преобладанием среди новообразованных рудных минералов гидроокислов железа, а в глинистых фракциях галлуазит-каолинитовой ассоциации; они имеют относительно большую мощность, как правило, многие десятки метров. Сульфатные шляпы отличаются присутствием зоны сульфатов железа и обладают обычно небольшой мощностью (метры, до первых десятков метров).

Поверхностному выветриванию могут подвергаться и залежи нерудных полезных ископаемых. В частности, при поверхностном растворении соляных толщ возникает гипсовая шляпа, или кепрок, представляющая покрышку на залежах солей и состоящая из смеси гипса с глиной, песком и карбонатами. При разложении гипсов формируется шляпа, в состав которой входят вторичный гипс в смеси с песчано-глинистым материалом.

Глубина распространения рудных шляп ниже земной поверхности обычно ограничивается уровнем грунтовых вод и достигает десятков и сотен метров.

Процессы химического выветривания протекают стадийно, что наглядно демонстрируется приведённой выше последовательностью преобразования пирита и полевого шпата. Эта стадийность отчётливо проявляется в развитии и строении и развитии кор выветривания.

Б.Б. Полыновым были выделены стадии развития коры выветривания, наиболее проявленные в ортоэлювии.

Первая стадия – обломочная – характеризуется физическим выветриванием материнских пород, химических преобразований в пределах коры не происходит. Дезинтеграция горных пород, образование в них трещин обуславливает, с одной стороны, их хорошую водопроницаемость, а с другой – резко увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Это создаёт условия для активизации разнообразных физико-химических, химических и биогеохимических процессов, сопутствующих химическому выветриванию.

Приведённая выше последовательность преобразования исходных пород является. Конечно, обобщённой идеальной схемой, иллюстрирующей общую направленность процесса выветривания.

Процесс выветривания может прерваться на любой стадии в связи с неблагоприятным изменением физико-географических условий (например, в связи с аридизацией климата) или под воздействием геологических событий (например, воздымание территории, проводящее к эрозии коры выветривания, либо наоборот, опусканием и захоронения коры выветривания под осадками). Следовательно, очень древняя кора выветривания может быть неполно развитой, а геологически более молодая кора, развивавшаяся на протяжении более длительного времени, может оказаться более хорошо сформированной.

Состав конечных продуктов химического выветривания определяется как степенью эволюции коры, так и составом материнских пород. Для кор, развивающихся по ультраосновным породам, характерно обогащение железом, содержащимся в большом количестве в материнских породах. Иногда такие коры используются в качестве железной руды (например, месторождения на о. Куба, где мощность коры достигает 25 м). Другим элементом, способным образовывать промышленные концентрации является никель, накапливающийся в нижних частях коры выветривания за счёт осаждения из фильтрующихся водных растров (обогащённых в верхних горизонтах коры довольно подвижным никелем).

При этом, вне зависимости от различий состава субстрата, существует определённая закономерность в подвижности элементов (следовательно, и последовательности их выноса из коры), позволившая выделить ряды миграции элементов в корах выветривания.

Ряды миграции химических элементов коре выветривания силикатных пород (по Б.Б. Полынову с упрощениями)

В строении развитых кор выветривания выделяются ряд горизонтов, состав которых соответствует разным последовательным стадиям выветривания субстата. В совокупности эти горизонты образуют профиль коры выветривания. Нижние горизонты, залегающие непосредственно на материнских породах, соответствуют обломочной стадии, вверх степень выветренности повышается.

Например, кора выветривания на гранитах имеет следующее строение профиля (снизу вверх):

1 - горизонт щебенчатой, или обломочной, коры выветривания, образованный дезинтегрированным в ходе физического выветривания гранитом;

2 - гидрослюдистый горизонт, в породах которого, представляющих собой слабосцементированную массу, прослеживается структура исходного граниты, но значительная часть щелочей и щелочноземельных элементов из минералов вынесена, и большая часть полевых шпатов замещена агрегатом тонкочешуйчатых гидрослюд;

3 - коалинитовый горизонт, представляющий собой светлую глинистую массу с отдельными участками рыхлого щебнистого материала и красно-бурые пятна от скопления гидрооксидов железа из этого горизонта полностью удалены все одно и двухвалентные катионы, гидрослюды здесь замещены коалинитом.

При выветривании горных пород иного состава горизонты профиля слагаются другими минералами. Каждый тип горных пород характеризуется своими особенностями состава и строения коры выветривания.

Выветривание является начальным этапом большого геологического круговорота веществ на земной поверхности.

Выветривание — совокупность сложных и разнообразных процессов количественного и качественного изменения горных пород и слагающих их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы.

Горизонты горных пород, где протекают процессы выветривания, называются корой выветривания.

В ней различают две зоны: зону поверхностного, или современного, выветривания и зону глубинного, или древнего, выветривания.

Мощность коры современного выветривания, в которой может протекать почвообразовательный процесс, колеблется от нескольких сантиметров до 2—10 м.

В процессе выветривания различают по преобладающему действию тех или других факторов три формы — физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание — механическое раздробление горных пород и минералов без изменения их химического состава.

Выветривание начинается с поверхности, здесь возникают большие градиенты суточных и сезонных температур. Постепенно выветривание захватывает более глубокие слои породы и затухает в поясе постоянных температур. Наиболее интенсивно оно протекает при больших амплитудах колебания температур; например, в жарких пустынях поверхность пород иногда нагревается до 60—70 °С, а ночью охлаждается почти до 0°С.

Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая, проникая в трещины горных пород, создает капиллярное давление большой силы. Еще сильнее разрушающая сила воды при замерзании.

В результате физического выветривания горная порода уже способна пропускать воздух и воду и задерживать некоторое количество ее. Физическое выветривание, раздробляя и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивает общую поверхность, что создает благоприятные условия для проявления химического выветривания.

Химическоевыветривание — процесс химического изменения и разрушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений.

Важнейшими факторами этого процесса являются вода, углекислый газ и кислород. Вода — энергичный растворитель горных пород и минералов.

Разложение минералов водой усиливается с повышением температуры и насыщением ее углекислым газом; который придает воде кислую реакцию, что увеличивает разрушающее действие на минералы. На ход химического разложения минералов влияет и температура.

Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород — гидролиз приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул воды.

С деятельностью воды связана также гидратация — химический процесс присоединения частиц воды к частицам минералов.

Гидратация наблюдается и в более сложных по составу минералах— силикатах и алюмосиликатах. Она приводит к разрыхлению поверхности минералов, что обеспечивает в дальнейшем их взаимодействие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами выветривания.

Окисление — реакция, широко распространенная в зоне выветривания. Окислению подвергаются многочисленные минералы, содержащие закисное железо или другие способные к окислению элементы.

В процессе окисления изменяется первоначальная окраска горных пород, появляются желтые, бурые, красные тона. Сильно окисленные породы обычно приобретают землистое пористое строение (например, ферраллитная кора выветривания).

В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов и разрушается их кристаллическая решетка.

Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглотительную способность и другие свойства.

Биологическое выветривание— механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием организмов и продуктов их жизнедеятельности. В разрушении горных пород в поверхностных слоях земли активно участвуют живые организмы; нет чисто абиотических (безжизненных) механических и химических процессов выветривания.

При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела минеральные вещества и аккумулируют их в поверхностных горизонтах породы, создавая условия для формирования почв.

С поселением организмов на горной породе ее выветривание значительно усиливается. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную и др.). которые оказывают разрушающее действие на минералы.

Нитрификаторы образуют азотную кислоту, серобактерии и тионовые бактерии — серную. Эти кислоты растворяют многие минеральные соединения и усиливают процесс выветривания.

Слизистые выделения силикатных бактерий, близких к роду Meghatherium, могут разрушать полевые шпаты. Грибы рода Penicillium выделяют вещество, которое разрушает первичные минералы.

Значительное участие в биологическом выветривании массивных пород принимают лишайники, выделяя углекислоту и специфические кислоты. Лишайники разрушают породы как химически, так и отчасти механически проникновением гиф по плоскостям спайности внутрь зерен первичных минералов.

Животные, как и растения, механически разрыхляют горные породы и своими выделениями способствуют их изменению.

При выветривании наряду с разрушением первичных минералов образуются и вторичные минералы.

Процессы выветривания в значительной степени обусловлены климатом. Интенсивность выветривания определяется главным образом температурой и количеством осадков. В условиях засушливого климата растворимые продукты выветривания накапливаются, в условиях влажного климата выщелачиваются.

Поэтому на земном шаре образуются различные типы коры выветривания, различающиеся по минералогическому составу.

Различают два основных типа коры выветривания:

сиаллитную, распространенную в регионах с умеренно-влажным климатом, для нее характерны образование глинистых минералов, преимущественно монтмориллонитовой группы, и гидрослюд, сохранение наиболее устойчивых первичных минералов;

а л л и т н у ю, формирующуюся в условиях влажного субтропического и тропического климата, для которой характерно господство вторичных минералов группы гидроокисей железа и алюминия, почти полное разрушение первичных минералов (кроме кварца), вынос оснований и кремнезема; в составе глинистых минералов преобладают каолинит или галуазит.

4.Учение о факторах почвообразования

Под факторами почвообразования понимаются внешние по отношению к почве компоненты природной среды, под воздействием и при участии которых формируется почвенный покров земной поверхности.

Основатель генетического почвоведения В. В. Докучаев положил начало учению о факторах почвообразования.

Функциональную взаимосвязь между почвенным покровом и главнейшими факторами почвообразования В. В. Докучаев выразил формулой

П =f : (К, О, Г, Р)Т,

где П — почва, К — климат; О — организм; Г — горные породы; Р — рельеф; Т — время.

Перечисленные факторы в их разнообразном сочетании по земному шару создают великое множество типов почв, их комбинаций, сочетаний и комплексов, неповторимую мозаику почвенного покрова.

В. В. Докучаев считал все факторы равнозначными и незаменимыми.

Однако, наблюдая значительную вариабельность в характере почвенного покрова в различных регионах страны и его зависимость от совокупности конкретных природных условий, В, В. Докучаев допускал возможность в тех или иных условиях направляющего действия на процесс почвообразования одного какого-либо из факторов.

Почва как особое природное тело формируется в результате тесного взаимодействия следующих факторов — климата, растительности, почвообразующих пород, рельефа местности и возраста страны (времени).

4.1. Климат как фактор почвообразования

Климат — главный количественный показатель состояния атмосферы и воздействующих на почву атмосферных процессов, прежде всего поступления в почву тепла и воды.

В аспекте геологического времени климат — явление переменное. С изменением климата тесно связана история развития органического мира, а, следовательно, и история развития почвенного покрова Земли.

Климат играет важнейшую роль в закономерном размещении типов почв по земному шару, ему принадлежит огромная роль в установлении определенных циклов динамики почвообразовательных процессов, их специфике и направленности.

Под атмосферным климатом понимается среднее состояние атмосферы той или иной территории (земного шара, материков, стран, областей, районов и т.п.), характеризуемое средними показателями метеорологических элементов (температура, осадки, влажность воздуха и т.д.) и их крайними показателями, дающими амплитуды колебаний в течение суток, сезонов и целого года.

Роль климата в почвообразовании прежде всего в том, что он оказывает влияние на основной фактор почвообразования — растительность. От климата зависит общий характер зонального растительного покрова, энергии биологических процессов в почве.

Из элементов климата непосредственно на почвообразование влияют температура и атмосферные осадки, определяющие типы теплового и водного режимов почвы. Однако водно-тепловой режим, обусловленный климатом данной местности, существенно изменяется растительным покровом.

Климаты подразделяют на группы по термическим условиям и увлажнению.

Основанием для выделения термических групп климата является неодинаковое распределение температуры по различным географическим широтам.

Показателем принимается сумма среднесуточных температур выше 10° за вегетационный период.

По этому показателю выделяются следующие главные термические группы климатов:

Холодные (полярные) менее 600

Умеренно холодные (бореальные) 600-2000

Умеренно теплые (суббореальные) 2000-3800

Теплые (субтропические) 3800-8000

Жаркие (тропические) более 8000

Основанием для выделения групп климата по условиям увлажнения является неодинаковая обеспеченность растительности и почв влагой.

Она определяется соотношением между количеством выпадающих осадков и испаряемостью с открытой водной поверхности, получившим название коэффициента увлажнения. По данному признаку выделяются следующие главные группы климатов:

Коэффициент увлажнения по Высоцкому—Иванову

1.Очень влажные (экстрагумидные) >3

2.Влажные (гумидные) 3—1

3.Полувлажные (семигумидные) 1—0,5

4.Полусухие (семиаридные) 0,5—0,3

5.Сухие (аридные) 0,3—0,5

6.Очень сухие (экстрааридные) : (К, О, Г, Р)Т,

где П — почва, К — климат; О — организм; Г — горные породы; Р — рельеф; Т — время.

В. В. Докучаев считал все факторы равнозначными и незаменимыми.

4.1. Климат как фактор почвообразования

Климаты подразделяют на группы по термическим условиям и увлажнению.

Показателем принимается сумма среднесуточных температур выше 10° за вегетационный период.

По этому показателю выделяются следующие главные термические группы климатов:

Холодные (полярные) менее 600

Умеренно холодные (бореальные) 600-2000

Умеренно теплые (суббореальные) 2000-3800

Теплые (субтропические) 3800-8000

Жаркие (тропические) более 8000

ВЫВЕ́ТРИВАНИЕ, процессы механич. разрушения и химич. изменения горных пород на поверхности суши или небольшой глубине (атмосферное В.) и на дне водоёмов (см. Гальмиролиз ). Осн. факторами, воздействующими на горные породы, являются сезонные и суточные колебания темп-ры, химич. и механич. воздействия атмосферного и грунтового воздуха (в т. ч. O₂, CO₂ и водяных паров), жидкой воды (атмосферной и грунтовой), замерзающей воды, кристаллизующихся солей, макро- и микроорганизмов. Скорость, степень и вид В., мощность чехла продуктов В., их гранулометрич. и минералогич. составы зависят от климата, рельефа, геологич. строения, состава и структуры материнских горных пород. По виду воздействия выделяют два осн. типа В. – физическое и химическое. Биологическое (органическое) В. сводится к биомеханич. и биохимич. изменению горной породы. Обычно типы В. действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает.

Под влиянием внешних факторов первично образовавшиеся камни разрушаются, обретая новые свойства и характеристики. Есть несколько форм агрессивных обстоятельств. Один из типов воздействия на горные породы — химическое выветривание. Примеры и виды преобразившихся минеральных агломератов сведены в таблицу и предлагаются для обозрения.

Определение процесса выветривания камней

Механические, физические разрушения, химические изменения горных пород на земной поверхности, в недрах, на дне водоёмов под воздействием соответствующих факторов называются выветриванием. Это сочетание сложных процессов преобразования минералов, входящих в состав камня, под влиянием атмо-, гидро- и биосферы. Причины, вызывающие изменения, определяются географией региона, его геологическим строением, климатическими условиями, структурой первичной горной породы. Основные факторы влияния на процессы выветривания:

колебания температуры — сезонные, суточные, включая циклы замораживания;
химическое, механическое воздействие воды, атмосферных, грунтовых газов: О2, СО2, влажных испарений;
активность органических образований: макро- и микроорганизмов, флоры и фауны.

Выветривание называют гальмиролизом, если процесс происходит на дне реки, озера, и атмосферным — на суше. Продукты, оставшиеся в горной породе, именуют элювием.

Преобразование минералов разрушением длится веками, распространяется на глубину до 500 м — этот слой называется корой выветривания. Зона современного превращения камня в мягкий грунт — до 2−10 метров.

Элювий представляет собой рыхлые глинистые, обломочные породы разного минерального состава. Схема выветривания является двустадийной: начинается разрушением первичного камня физическими силами, продолжается химическими реакциями, которые происходят на втором этапе преобразований.

Виды ветровых воздействий на минералы

В зависимости от преобладающих факторов, влияющих на разрушение горных пород и процессы преобразования твёрдых камней в рыхлые вещества, существует 4 группы выветривания. Чаще всего в трансформации минералов участвует сразу несколько факторов. Чтобы определить, какой тип разрушения произошёл, нужно знать признаки каждого из видов выветривания:

Физическое — под воздействием сил трения, льда, воды, ветра, температурного режима среды. Механическое измельчение камня способствует переходу процесса разрушения к следующей стадии — преобразованиям внутри минералов посредством реакций между химическими элементами. Инициируют физическое выветривание большие перепады температур, льдообразование, биологические факторы — корневая система растений, деятельность животных. Из-за различий горных пород в прочности скорость разрушений изменчива, что приводит к образованию причудливых скальных форм: колонн, столбов, ворот.
Химическое выветривание — комплекс процессов, в результате которых разрушение проникает в структуру минералов, изменяя их состав, превращает в новые соединения. Растворение горных пород, окисление элементов, входящих в агломераты — направления разрушительных химических реакций.
Биологическое или органическое выветривание выражается в действиях, совершаемых живыми образованиями — от растений, бактерий до человека. Ходьба по каменным поверхностям, дробление скал корнями деревьев, грибы, пробивающие асфальт — это всё примеры биогенных механических разрушений. Биохимические процессы выветривания вызывают мхи-лишайники: они вытягивают некоторые элементы из минералов, что приводит к распаду последних. Выделяемые организмами агрессивные вещества — ещё один источник дезинтеграции камней.
Радиационное (ионизирующее) разрушение пород происходит от солнечного излучения. Продуктом такого выветривания является, например, лунный грунт — реголит.

Взаимодействие организмов с распавшимися каменными частицами — это начало почвообразования. Изменения скоплений выветрелых минералов происходят постоянно, рыхлый грунт переносится водой, ледниками, ветром, накапливается в некоторых местах в больших количествах. Так зарождаются месторождения полезных ископаемых осадочного происхождения.

Химическое разрушение от внешней среды

Этот тип выветривания чаще встречается в тропиках и субтропиках. Обводнённые трещиноватые карбонатные породы — идеальная среда для протекания процессов химического выветривания. Можно перечислить основные типы реакций, происходящих между элементами минералов и активными веществами внешней среды, они следующие:

Окисление — анионы кислорода соединяются с катионами минеральных агломератов.
Растворение — способность химических элементов камня распадаться в воде чистой или с включениями иных веществ. Влага из атмосферы преобразуется в угольную кислоту, когда смешивается с СО2.
Гидролиз, гидратация — реакции с Н2О. Взаимодействие молекул воды и компонентов породы приводит к получению новых минералов. В первом случае — нескольких простых веществ, во втором — одного более сложного продукта.
Выщелачивание — активный реагент зависит от окружающей среды, в которой находится камень. Для воды — угольная кислота, для почвы — гумидная, атмосферы — серная (в виде кислотного дождя). Химические вещества растворяют часть минеральных образований в агломератах.

Выветривание — процесс длительный, измеряется миллионами лет. Сокращению сроков разрушения способствуют антропогенные сбросы агрессивных реагентов в грунт, водоёмы, атмосферу.

Примеры новообразований посредством химии

В результате химического выветривания из твёрдых пород магматического происхождения (гранитов, базальтов, гнейсов) получаются податливые глины. К числу продуктов окисления, гидролиза, миграции разрушенных частиц вещества относятся также карбонаты, фосфориты, цеолиты, гидроксиды железа, марганца. Некоторые примеры превращений твёрдых камней в рыхлые отложения сведены в таблицу преобразований при химическом выветривании.

Исходный минерал	Воздействие реагентов	Продукт хим. реакции
Пирит — железный, серный колчедан. Твёрдость 6−6,5 по шкале Мооса, цвет — светло-латунный.	Окисление кислородом	Лимонит — бурый железняк. Минерал охряно-жёлтого оттенка до чёрного, тв. 1,5−5,5. Способен впитывать воду.
Гематит — красная железная руда. Окрашенность до тёмно-вишнёвого тона, тв. — 5,5−6,5.	Гидратация	Лимонит. Описание выше.
Ангидрит — сульфат кальция. Цвет от синеватого до белого, по Моосу — 3−3,5: ногтем не царапается.	То же	Гипс — может быть серым, красноватым, розовым, синим, желтоватым, бесцветным. Твёрдость — 1,5−2.
Полевые шпаты — силикатные минералы, основа половины горных пород земной коры. Кристаллы бесцветные, розовые или любой окраски, тв. 6 единиц.	Гидролиз	Каолин, каолинит — белая глина, может впитывать воду. Высокая огнеупорность. Ценное полезное ископаемое. Применяется во многих отраслях народного хозяйства.

Химическое выветривание в известняках, доломитах, кальцитах происходит быстрее, чем в кварцевых песчаниках, а повышение температуры ускоряет процесс разрушения. Благодаря химическому типу выветривания, в недрах находится много месторождений полезных ископаемых. Часть из них разрабатывается, другие пребывают в государственном резерве, третьи пока ещё не разведаны.

Читайте также: