Как в процессе физического выветривания образуются обломочные горные породы кратко

Обновлено: 07.07.2024

Представьте, что вы видите перед собой Уральские горы - самую низкую горную систему в мире. Они невысокие из-за возраста Западно-Сибирской плиты. Помню, на географии мне рассказывали про то, как силы природы годами иссекают горные вершины. Горы постепенно тают, но их порода не исчезает с Земли бесследно, а выстилает поверхности равнин обломочными породами.

Как в процессе выветривания рождается обломочная порода

Процесс образования обломочных пород называют выветриванием. Как по мне, выветривание больше всего ассоциируется с ветром, но на самом деле процесс объединяет в себе гораздо больше сил:

воду (дожди, наводнения и т.д.);
тектонические процессы (землетрясения, извержения вулканов);
термодинамические колебания (нагревание и охлаждение).

Начинается процесс преобразования гор в песок с солнечных лучей: они разогревают твердую горную породу днем, а ночью она резко охлаждается. Постоянные перепады температур приводят к появлению трещин на породе.

Ветер и вода делают трещины все глубже. Со временем куски породы начнут отламываться и падать. При перемещении вниз обломки дробятся, превращаясь в гравий и песок.

Обломочные горные породы накапливаются в низинных местах, где впоследствии физико-химических процессов становятся мрамором и кварцитом.

Превращение песка в золото

Все компьютерные процессоры существуют благодаря открытию свойств полупроводников.

Самый распространенный в природе полупроводник - это кремний, который является основой обыкновенного песка. Восстановление кремния из песка производится в печах с использованием кокса. На выходе получается полупроводник с чистотой 99,9% - это не годится для процессоров. Чтобы снизить количество примесей с десятой доли до миллиардной, проводится хлорирование.

На выходе получают глыбу высотой больше 1,5 метров и весом под 100 кг.

Кремниевая глыба полируется и нарезается на пластины с диаметром 12 дюймов. Одна пластина стоит 20$ и продается производителю вычислительной техники, который печатает на ней несколько десятков процессоров стоимостью от 20$ до нескольких тысяч.

Часто, оказываясь на песочном пляже или увязнув в глинистом болоте, я задумывался о происхождении этих удивительных веществ. География, как интересная и развитая наука, систематизирует полученные знания и рассказывает нам о составе земной коры. Изучая эту тему, я наткнулся на множество доселе неизвестных мне фактов, необычных пород и их историй. Как оказалось, это очень интересно.

Состав земной коры

Земная кора характеризуется химическим, минералогическим и петрографическим составом. Остановлюсь на последнем. Проще говоря, петрографический состав – это состав с точки зрения происхождения пород. Согласно ему, породы можно поставить на 3 полки:

Магматические.
Метаморфические.
Осадочные.

Первые образуются в результате охлаждения лавы и магмы как внутри, так и на поверхности Земли. Вторые в списке являются результатом метаморфоз, происходящих с другими породами из-за температуры, давления, газов и других факторов. Но, в данный момент, расскажу про третьи - осадочные породы.

Осадки из пород

Осадочные породы появляются и на дне морских бассейнов, и на суше. Породы, которые образовались на дне морских бассейнов, называются морскими, а те, которые образовались на суше – континентальными.
К осадочным относятся: щебень, дресва, галька, мел, бокситы, доломит и другие.
Одной из групп этих пород являются обломочные горные породы.

Образование обломочных пород

Обломочные породы имеют широкое распространение и образуются вследствие физического выветривания остальных горных пород под воздействием атмосферных вод, ветров, рек, морей, ледников и др. и последующего переотложения.
Бывают они двух видов: рыхлые и сцементированные. К рыхлым относят: валуны, щебень, песок, дресву, глину, гальку, гравий. Вторые же включают в себя: брекчию, песчаник, аргиллит и др. Широко применяются в строительстве, особенно песок, являющийся основой многих строительных смесей. Используются как абразивный материал в производстве кирпича, стекла.

Надеюсь, что помог пролить свет на интересности, которые находятся у нас под ногами.

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.

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

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.

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.

Читайте также: