Физическое выветривание, определение, виды

                                            СОДЕРЖАНИЕ.

1. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О ВЫВЕТРИВАНИИ …………………………………….....2
2. ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ………………………………………..............3
3. ТЕМПЕРАТУРНОЕ И МЕХАНИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ, КАК ФАКТОРЫ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД……………………………………....…4
4. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОБЛАСТИ АКТИВНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ФИЗИЧЕСКОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ……………………………………..…..8
5. МОРОЗНОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ……………………………………….................10
6. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА, РАЗМЕРА И ОКРАСКИ СЛАГАЮЩИХ ПОРОДЫ ЗЕРЕН (КРИСТАЛЛОВ), ТРЕЩИНОВАТОСТИ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ВЫВЕТРИВАНИЯ…………………………………………...13
7. КОЛЛЮВИЙ, ЭЛЮВИЙ, И ИХ ОСОБЕННОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА И СВОЙСТВ МАТЕРИНСКИХ ПОРОД………………………….....16
8. ЗНАЧЕНИЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ КАК ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА………………………………………………………………………….….19
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………...………………..22
10. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………..……..23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О ВЫВЕТРИВАНИИ.

Экзогенные процессы начинаются с подготовки горных пород к  переносу, с их разрушения. Горные породы, залегающие на поверхности или  близ неё, подвергаются воздействию солнечных лучей, воды, воздуха, организмов.

Из-за воздействия неравномерного нагревания порода растрескивается; особенно способствует этому замерзание воды, попавшей в  трещины (объём льда больше объёма воды). Вода – хороший растворитель для многих веществ, и в верхних слоях  горных пород, особенно при высокой температуре, происходят, обычно с участием атмосферного воздуха, химические реакции окисления, замещения, реже – восстановления. Корни растений способствуют расширению щелей между частицами породы и проникновению туда воды и воздуха, а вещества, выделяемые животными и растениями, участвуют в химических реакциях. Все эти процессы разрушения и изменения приповерхностных пород называются выветриванием.

Выветривание — это  разрушение горных пород на поверхности  земли или близ нее под влиянием воздействия атмосферы, воды и льда, а также колебаний температуры и жизнедеятельности организмов. Выветривание приспосабливает вещество материнских горных пород к новым условиям существования на поверхности земли при низких давлении и температуре при обилии кислорода и воды. Характерными особенностями выветривания являются окисление, гидратация, образование мелкодисперсных частиц и другие процессы, создающие осадочный материал, качественно отличный от материнских пород и устойчивый на поверхности Земли.

Поэтому выветривание сопровождается увеличением объема (например, переход  ангидритов в гипсы, кизерита в эпсомит  и т. д.), уменьшением удельного  веса у близких по составу минералов, образованием окислов, гидратацией и другими подобными явлениями.

Термин «выветривание» не отражает всей сложности процесса, но широко распространен в геологической, географической, почвенной литературе. В качестве синонима употребляется термин «гипергенез», введенный А. Е. Ферсманом. В едином и сложном процессе выветривания условно выделяются две основные взаимосвязные формы: 1) физическое выветривание; 2) химическое выветривание. Однако роль организмов и их воздействие на горные породы сводятся или к механическому разрушению, или химическому разложению. Следовательно, органическое выветривание включается в условно выделенные две формы единого процесса. (7. Фролов В. Т. Литология Кн.1 / В. Т. Фролов. – М.: Изд-во МГУ , 1992.)

 

 

2. ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ.

Разрушение, измельчение  породы без изменения её химического  состава называется физическим выветриванием. Оно вызывается разнообразными факторами. В зависимости от природы воздействующего фактора характер разрушения горных пород при физическом выветривании  различен. В одних случаях процесс разрушения происходит внутри самой горной породы без участия внешнего механически действующего агента. Сюда относится изменение объёма составных частей породы, вызываемое колебанием температур. Такое явление может быть названо температурным выветриванием. В других случаях горные породы разрушаются под механическим воздействием посторонних агентов. Такой процесс может быть условно назван механическим выветриванием. (2. Короновский Н. В. Общая геология / Н. В. Короновский. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 2002)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ТЕМПЕРАТУРНОЕ  И МЕХАНИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ КАК ФАКТОРЫ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД.

Температурное выветривание – это результат многократного нагревания солнца в дневные часы (расширение горных пород) и замерзания в ночное время. Температурное выветривание происходит под воздействием суточных и сезонных колебаний температур, вызывающих неравномерное нагревание и охлаждение горных пород. При этом минеральные зерна, слагающие горные породы, испытывают то расширение, при повышении температуры, то сжатие, при её понижении. Таким образом, в горных породах попеременно возникают сжимающие и растягивающие усилия. Расширение и сжатие пород более интенсивно сказываются в самой приповерхностной части пород. Наибольшему разрушению в  результате температурного выветривания подвержены полиминеральные горные  породы, такие, как граниты, габбро, гнейсы и др. Различные минералы, из которых состоят такие породы, обладают неодинаковым коэффициентом объёмного расширения, поэтому при изменении температуры они испытывают деформации в различной степени. К тому же коэффициент линейного расширения даже у одного и того же минерала меняется в зависимости от направления в кристалле (проявление анизотропии).

В результате длительного  воздействия колебаний температуры  и различных коэффициентов расширения минералов взаимное сцепление отдельных минеральных зерен в горной породе нарушается, она растрескивается и распадается на отдельные обломки.

На интенсивность температурного выветривания влияют также окраска  горной породы и размеры слагающих её минеральных зёрен. Известно, что под влиянием солнечных лучей (инсоляции) значительно сильней нагревается темноцветные минералы. Вследствие этого быстрее разрушаются темноокрашенные, а также крупнозернистые горные породы. (6. Аллисон А., Палмер Д. Геология )

 

 

 

 

Механическое выветривание происходит под механическим воздействием посторонних агентов. Оно связано с увеличением объёма воды, попавшей при замерзании в трещины, такое же расклинивающее действие на горные породы оказывают и корневая система деревьев (рис. 2), и роющие животные. По мере разрастания деревьев  увеличиваются в размерах их  корни.

Они давят с большой  силой на стенки трещин и раздвигают их как клинья и тем самым вызывают раскалывание породы на отдельные глыбы и обломки. Часть таких глыб выталкивается вверх. Механическое воздействие  оказывают и различные роющие животные, такие,  как земляные черви, муравьи, грызуны. Так же негативное влияние оказывают копытные млекопитающие, которые вытаптывают растительный покров. Люди тоже вносят свою лепту, делая выемки для дорог, проводя тоннели, разрабатывая карьеры и рудники, и возделывая землю. Дезинтеграцию пород вызывает также рост кристаллов в капиллярных трещинах и порах. Это хорошо проявляется в условиях сухого климата, где днем при сильном нагревании капиллярная вода подтягивается к поверхности и испаряется, а соли, содержащиеся в ней, кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов  капиллярные трещины расширяются, что и приводит к нарушению монолитности горной породы и её разрушению. Ослабление и отделение зерен грубозернистых пород, таких, как граниты, называется дезинтеграция зерен. При продолжающемся процессе разрушения отшелушившиеся пластинки и обломки пород испытывают дальнейшие дифференцированные воздействия. Разные минералы реагируют на них по-разному. Темноцветные минералы, например роговая обманка и биотит, поглощают тепло и отдают его легче, чем светлоокрашенные полевые шпаты и кварц. Кроме того, каждый минерал по-своему реагирует на химическое воздействие. Поэтому в агрегате сросшихся минералов, таком, как гранит, напряжения, возникающие при выветривании, стремятся отделить зерна минералов друг от друга. В конце концов, минеральные зерна обособляются, и в результате образуется песок, состоящий из несвязанных между собой зерен различных минералов. Мелкие зерна могут удаляться ветром или водой, а крупные, обычно в виде агрегатов, остаются на месте, подвергаясь дальнейшей дезинтеграции. Дезинтеграция зерен происходит всюду, где обнажаются крупнозернистые породы. (6. Аллисон А., Палмер Д. Геология )

Постепенное разрушение ограниченных трещинами блоков от краев к центру называется сфероидальным выветриванием. Порода вдоль трещин частично или полностью превращается в глину и другие продукты выветривания, тогда как внутренние части монолитов остаются сравнительно свежими и твердыми. Неравномерное увеличение площади испытывающей выветривание поверхности ведет к разрушению породы по вновь образующимся концентрическим трещинам. Мало измененные ядра могут иметь размер валунов, галек или быть еще меньше. Их округлая форма обусловлена выветриванием на месте, а не окатыванием. В случае продолжения выветривания размер ядер под действием дальнейшего шелушения будет уменьшаться до тех пор, пока вся порода не превратится в однородную выветрелую массу.

Таким образом, механическая дезинтеграция плотных горных пород  приводит к образованию обширных развалов, глыб и россыпей щебня (курумов), коллювиальных скоплений щебня у подножия обрывов, протяженных каменных потоков по склонам.

 

Сфероидальное выветривание, при котором угловатые, разбитые трещинами блоки в результате шелушения превращаются в округлые валуны.

Важным фактором физического  выветривания является

разрушительная деятельность моря и рек. Скорость разрушения морских берегов, выступающих в море, может быть очень велика. Берега, сложенные массивными кристаллическими породами, согласно данным

В. П. Зенковича, в настоящее  время размываются со средней скоростью до нескольких миллиметров в год. Берега, сложенные осадочными породами средней устойчивости, под влиянием абразии, отступают со скоростью в несколько сантиметров или дециметров в год. Рыхлые осадочные породы могут размываться морем со скоростью нескольких метров в год (до 15—20 м).

Однако скорость абразии  берега, сложенного любыми породами, постепенно уменьшается по мере выработки некоторого предельного профиля. На скорость абразии влияет ряд особенностей движения воды в прибрежной зоне. Известны почти неразрушающиеся берега, хотя они и сложены относительно рыхлыми породами.

Морская абразия становится очень ощутимой при значительной протяженности береговой линии. Многие острова размываются волнами на глазах человека. Например, остров Гельголанд в Северном море в некоторые периоды абрадировался со скоростью 3 м в год. Общая протяженность его береговой линии уменьшилась за последнюю тысячу лет более чем в 40 раз.

Возникший в июле 1831 г. у  берегов Сицилии вулканический  остров Юлия (уже в августе того же года объявленный Англией принадлежащим  Британской империи) в октябре был почти целиком разрушен волнами, а через год исчез совершенно.

На первый взгляд менее заметна  разрушительная работа рек, временных потоков и дождевых вод. Однако она значительно превышает разрушительную силу моря. По расчетам Барелла около 99% объема разрушаемых пород суши связано с деятельностью рек, но, вероятно, эта цифра преувеличена. При определении соотношения масштабов и темпов разрушительной деятельности моря и рек нужно учитывать, что это соотношение существенно изменялось в пределах каждого крупного геологического ритма в зависимости от размеров материков, их рельефа и других факторов.

Примером интенсивного разрушения поверхности земной коры текучими водами может служить образование оврагов (рис.4). Известны случаи, когда овраги растут со скоростью 10—15, а иногда 60—80 м в год. Возникая в рыхлых породах по ничтожным причинам (дорожная колея, местное уничтожение почвы и т. д.), овраги распространяются в пределах большой площади и причиняют огромный вред.

Велики разрушения, связанные  с боковым перемещением речных русел. Например, бывший центр Кара-Калпакской республики г. Турткуль из года в год подмывался волнами р. Аму-Дарьи и к настоящему времени оказался наполовину смытым. (2. Короновский Н. В. Общая геология / Н. В. Короновский. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 2002.); (6. Аллисон А., Палмер Д. Геология )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОБЛАСТИ АКТИВНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ФИЗИЧЕСКОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ.

Температурное выветривание наиболее интенсивно протекает в областях, характеризующихся резкими контрастами температур, особенно суточных, сухостью воздуха и отсутствием или слабым развитием растительного покрова, смягчающего  температурное воздействие на почвы и температурное выветривание в пустынях (рис.5) , где количество выпадающих атмосферных осадков не превышает 200 – 500 мм/год, малая облачность, суточные колебания температуры нередко достигают 40 – 50 ⁰С, громадный дефицит влажности. Относительная влажность летом может снижаться до 10 %, а иногда и ниже. В этих условиях горные породы, как  и рельсы  (в жаркую летнюю погоду при нагревании расширяются и удлиняются),  подвергаются то нагреванию, то охлаждению и соответственно расширению и сжатию. Но в отличие от рельсов горные породы, например граниты и базальты, состоят из разных минералов, которые обладают различным цветом, строением и, что самое главное, различной теплопроводностью. За счёт разного расширения в этих минералах возникают большие напряжения, неоднократное действие которых приводит, в конце концов, к ослаблению связей между минералами, и порода рассыпается, как говорят, в труху, превращаясь в дресву – скопление мелких обломков, щебня, грубого песка. Поэтому именно в пустынях особенно ярко выражен процесс  шелушения, или десквамации, при котором от поверхности горных пород отслаиваются чешуи или толстые пластины, параллельные поверхности породы.