Изменения в минералах и горных породах при их выветривании. Зональность процессов выветривания

Содержание

Введение...................................................................................................................3

Глава 1. Основные понятия....................................................................................4

Глава 2. Глобальные преобразования горных пород........................................5

Глава 3. Свойства и особенности коры выветривания.......................................7

3.1 Процессы образования обогащенных энергией активных эндотермических соединений и систем................................................................9

3.2 Структура коры выветривания......................................................................11

3.3 Кора выветривания и почвообразование......................................................13

3.4 Элементарные процессы выветривания минералов и пород...................16

Заключение.............................................................................................................24

Список литературы................................................................................................25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Важнейшим звеном геологического круговорота веществ на Земле является процесс выветривания горных пород и формирования коры выветривания. Соответственно протекающим в зоне выветривания поглощению и рассеянию энергии, все процессы и реакции, совершающиеся в ее пределах, можно разделить на две категории: выделяющие энергию — экзоэнергетические и поглощающие энергию — эндоэнергетические. Эти экзо- и эндоэнергетические взаимодействия, тесно переплетаясь одни с другими, и создают те частные циклы и те части общих циклов превращения материи, которые свойственны коре выветривания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Основные понятия

Выветривание — то разрушение и те превращения минералов и горных пород, которые совершаются под влиянием действия солнца, агентов атмосферы, организмов и растворов, образующихся при выпадении атмосферной воды и ее циркуляции в верхней оболочке литосферы. Известный географ А. Пенк ограничивает процесс выветривания лишь теми эффектами действия указанных факторов, которые совершаются на месте и не сопровождаются перемещением материала. Однако большинство других авторов не следуют этому ограничительному толкованию и подчиняют выветриванию, чуть ли не все процессы денудации. Во всяком случае, очевидно, что сущность процессов выветривания отнюдь не определяется действием ветра, как это можно полагать при буквальном понимании русского термина.

Кора выветривания — это верхняя часть литосферы, попадая в которую, твердый массивный, материал более глубоких зон земной коры превращается в рыхлое пластическое состояние и увеличивает поверхность своего соприкосновения с газообразной, парообразной и жидкой средой более внешних оболочек земной коры.

Зона выветривания - та верхняя часть литосферы, которая в отдельных частях и в отдельные геологические моменты может слагаться из различного материала, как изверженных и метаморфических массивных, так и рыхлых осадочных пород, но в пределах которой процессы направлены в сторону разрушения и раздробления пород и образования коры выветривания.

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Глобальные преобразования горных пород

На дне океанов и морей преобладает процесс отложения осадков и там температура и давление являются относительно постоянными. Но не очертания морей и материков в течение времени существования нашей планеты резко изменялись и изменяются ныне, и там, где теперь мы наблюдаем море, раньше могла быть и в будущем может быть суша. И, рассматривая этот процесс разрушения горных пород в историко-геологическом масштабе, мы должны признать его крупнейшим фактором превращения материи, характерным для поверхностной части литосферы.

Переход горных пород из массивного в кластическое состояние или, как говорят, выветривание массивных пород, не ограничивается изменением лишь только формы их, но связывается с целым рядом процессов движения и превращения материи. В самом деле, всякое раздробление массива, монолита горной породы или вообще глыбы твердого тела влечет за собой, прежде всего, увеличение свободной поверхности этого тела, т. е. поверхности раздела между ним и окружающей его средой. Но нам хорошо известно, что всякая поверхность раздела, т. е. граница между твердым и жидким или твердым и газообразным состоянием материи обладает совершенно особыми физико-динамическими свойствами, и эти свойства проявляют себя количественно тем больше и качественно тем ярче, чем больше отношение поверхности раздела к ограничиваемой ею массе, т. е., иными словами, чем больше удельная поверхность. Колоссальное возрастание общей и удельной поверхности по мере размельчения твердого тела общеизвестно. Громадное количество молекулярных сил, которые до раздробления твердого тела уравновешивались между собой внутри его, после раздробления вступают во взаимодействие с новой средой, и, естественно, чем больше поверхность

 

 

соприкосновения с этой новой материальной средой, тем успешнее протекают эти взаимодействия. Нам известны многочисленные примеры этих воздействий и проявлений поверхностных сил. Сюда относится поглощение поверхностью газов, паров и ее сцепление с жидкими телами, но самым замечательным и существенным моментом в превращении материи является то обстоятельство, что, достигая известных размеров удельной поверхности, твердые тела, оставаясь таковыми, т. е. не растворяясь и не переходя в жидкое состояние, приобретают способность вступать своей поверхностью во взаимодействия с диссоциированными ионами растворов — иначе говоря, начинают принимать участие в реакциях химического характера. С другой стороны, хорошо известно также, что в прямой связи с увеличением удельной поверхности находятся процессы распыления и растворения твердых тел. Как бы ни был велик удельный вес какого-либо твердого тела, например, железа или меди, но путем размельчения куска такого металла его можно превратить в такой тонкий порошок, который не будет тонуть в воде. Отношение поверхности отдельной крупинки такого порошка к массе этой же крупинки достигает настолько крупных размеров, что совокупность поверхностных сил сцепления, возникающих между крупинкой и облекающей ее водой, значительно преобладает над весом ее (силой тяжести). И крупинка или остается в воде во взвешенном состоянии или же падение ее совершается со скоростью бесконечно малой величины и практически не улавливается наблюдением.

Так совершается распыление твердой материи не только в жидкой, но и в газообразной среде. И так как взаимодействие между поверхностью распыленной твердой частицы и жидкостью по мере уменьшения частицы возрастает, то неудивительно, что это состояние физического распыления

 

 

постепенно переходит в диссоциацию, т. е. распад молекул на ионы, иначе говоря, в химическое растворение. Все это делает очевидным, что всякая классическая твердая масса при прочих равных условиях является более активной и деятельной, нежели то же количество массы, состоящей из, того же материала, но представленное в форме сплошной плотной глыбы.

Глава 3. Свойства и особенности коры выветривания

 
Разрушение и раздробление массивных горных пород есть, таким образом, процесс перехода материи в более активное состояние. При этом процессе меняется форма материи и энергии. И такой трансформации подвергается как поглощаемая горными породами космическая и в особенности солнечная энергия, так и внутренняя энергия частичных сил, присущая твердому состоянию материи и как бы освобождаемая при его раздроблении.

Этот процесс, являясь чрезвычайно знаменательным и характерным для верхней оболочки литосферы, естественно обособляет эту оболочку от остальной ее массы, и эту-то обособленную оболочку мы и будем называть корой выветривания.

Итак, кора выветривания есть та верхняя часть литосферы, которая слагается рыхлыми продуктами раздробления изверженных и метаморфических пород.

Сопоставляя плотность этих изверженных и метаморфических пород с рыхлым состоянием коры выветривания, жидким состоянием гидросферы и газообразным атмосферы, мы убедимся, что по мере передвижения из глубин земной коры к ее периферии, материя стремится принять все более и более рассеянное или, иначе говоря, дисперсное состояние. И можно сказать, что различие между этими оболочками заключается, по преимуществу, в степени

 

 

дисперсности материи. Количественный характер этого различия выявляется особенно ярко, если принять во внимание, что минералы изверженных и метаморфических пород заключают в себе рассеянные пузырьки жидкостей, паров и газов, что водные растворы, пары и газы циркулируют между твердыми частицами рыхлой коры выветривания, а атмосфере и гидросфере свойственны, как известно, распыленные твердые тела. Итак, каждая из этих оболочек представляет своеобразную сложную дисперсную систему, и эти дисперсные системы отличаются одна от другой не только по степени дисперсности материи, но и по свойствам дисперсионной среды и рассеянной в ней дисперсной фазы.

В глубоких частях литосферы дисперсионной средой является твердая масса, а дисперсная фаза представлена рассеянными включениями жидкостей и газов; гидросфера имеет своей дисперсионной средой жидкую воду, а дисперсными фазами здесь являются растворенные газы и твердые тела; атмосфера — газообразная среда с распыленными парами и твердыми телами. У этих оболочек границы между дисперсионной средой и дисперсными фазами ясны и достаточно определенны. Что же касается коры выветривания, то она как раз характеризуется неопределенностью этих границ, и в ее пределах переходы дисперсионной среды в дисперсную фазу обычны на сравнительно небольших пространствах. Так, например, в песке с порозностью в 30—40°/о дисперсионной средой является, несомненно, твердая масса, но в наносах, у которых порозность достигает 60°/о и более, твердая масса уже переходит в дисперсную фазу, а воздух или вода, заключенные в порах, становятся дисперсионной средой.

Все эти свойства и особенности коры выветривания являются, как мы это видели, результатом ее рыхлого раздробленного состояния. Но как ни значительно и ни характерно это состояние для коры выветривания, все же ни это состояние само по себе, ни те следствия, которые непосредственно из него вытекают, не являются достаточным материалом не только для полной, но и для общей характеристики этой оболочки. И для того, чтобы завершить эту характеристику, необходимо обратить внимание и на некоторые другие категории явлений.

3.1 Процессы образования обогащенных энергией активных эндотермических соединений и систем

Было бы, однако, большим заблуждением характеризовать кору выветривания как только область рассеяния энергии и образования инертных соединений. В этом случае кора выветривания обратилась бы, в конце концов, в хранилище обесцененной косной неподвижной материи—в оболочку, самую возможность существования которой мы не так давно отрицали. И действительно, в этой же коре выветривания, как мы покажем это дальше, в громадном количестве и многообразии протекают и диаметрально противоположные процессы — процессы поглощения и накопления энергии — процессы образования обогащенных энергией активных эндотермических соединений и систем.

Тот, кому приходилось когда-либо спускаться на пароходе от гор Сретенска вниз по Шилке, по всей вероятности помнит так называемые «Цагаянские дымящиеся горы». Он помнит, понятно, что это, прежде всего не горы, а лишь высокий, крутой обрыв левого берега Шилки, сложенный в этом месте мощной толщей слоистых песков и песчаников. Днем верхняя часть некоторой полосы этого берега выделяет клубы дыма, особенно обильные и густые после дождя, когда они низко стелются над рекой и окутывают пароход, затрудняя дыхание у находящихся на палубе пассажиров. Ночью место выделения дыма обозначается причудливой формы подвижными светящимися пятнами, которые время от времени рассыпаются и огненными змейками сбегают вниз по откосу берега.

Некоторое время это явление считалось загадочным, и высказывалось даже мнение, что здесь имеет место вулканический процесс, но после выяснилось, что в цагаянских песчаниках встречаются пласты лигнита и при постепенном разрушении вышележащего песчаника, когда над лигнитом остается сравнительно небольшой слой рыхлого песка, происходит его самовозгорание, что и является причиной появления дыма. Само собой разумеется, что и в этом случае горение (окисление) сопровождается расходом некоторого количества (тепловой) энергии, но на этот раз расходуется не ювенильрая энергия материи, пришедшей из глубин земной коры, а энергия космическая, предварительно собранная и накопленная особой формой материи — живым веществом.

В самом деле, нам известно, что необходимым условием жизни и развития зеленых растений является не только определенное количество тепла, но и света. Солнечное тепло и свет небесных тел — эти формы космической лучистой энергии, которую получает наша планета, поглощаются зелеными растениями в процессе их питания и служат для образования (синтеза) из поступающих в организм растения углекислоты, воды и минеральных элементов почвы новых богатых энергией (эндотермических) соединений: крахмала, клетчатки, сахара, белков и пр. Зеленые растения передают эти соединения другим растительным организмам (паразитам и сапрофитам) и травоядным животным, эти последние плотоядным, а все организмы вообще многочисленным микроорганизмам тления и гниения и таким путем конденсированная космическая энергия распространяется на нашей планете в особой форме «живого вещества».

Размножение и распространение организмов является, следовательно, фактором умножения и распределения на земле поглощенной космической энергии. В связи с теми многообразными превращениями, которые испытывает живое вещество и образуемые им органические соединения, эта энергия принимает различные формы: кинетической, тепловой, химической и др. и вовлекает, как мы увидим дальше, во взаимодействия различные элементы и литосферы, и гидросферы, и атмосферы. Лигнит, обогащенный углеродом, продукт превращения растительных остатков, является лишь одной из многочисленных форм накопления космической энергии. Его горение, так же, как дыхание живых организмов и как тление их трупов и остатков, сопровождается выделением тепла и, следовательно, некоторым рассеянием энергии. Но не следует забывать, что одновременно мириады крупных и мелких организмов, населяющих землю и воду, неизменно поглощают космическую энергию и приобщают ее к процессам, совершающимся на земле.

3.2 Структура коры выветривания

Сформировавшаяся кора выветривания не представляется однородной. Уже на основании изложенного, мы можем выделить в ее пределах достаточно обособленную верхнюю, обозначенную биосферой, часть, которая носит название, почвы.