Физическое выветривание, определение, виды

Температурное выветривание интенсивно протекает также на вершинах и склонах гор, не покрытых снегом и льдом, где воздух прозрачнее и инсоляция значительно сильнее, чем в прилежащих низменностях. В ряде случаев температура воздуха днём здесь может достигать  +20 - + 30 ⁰С, а ночью падает почти до точки замерзания.

Таким образом, физическое выветривание особенно широко распространено там, где происходят быстрые и большие перепады температуры (пустыни) или часты переходы температуры через 0 ⁰С, то есть вода часто замерзает, а затем лёд снова тает (приполярные или высокогорные области). В тех и других природных условиях растительность сравнительно мало защищает горные породы от резких изменений температуры. (2. Короновский Н. В. Общая геология / Н. В. Короновский. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 2002.);(8. Фролов В. Т. Литология Кн.2 / В. Т. Фролов. – М.: Изд-во МГУ, 1993)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. МОРОЗНОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ.

Вода, если она замерзает  при 0° С, примерно увеличивается в объеме на 9%. Такое изменение объема оказывает большой разрушающий эффект. Морозное дробление служит одним из мощнейших процессов при выветривании. Если вода замерзает в замкнутом пространстве, то на вмещающую породу действует очень высокое давление. Теоретическое давление около 200 МПа возможна при температуре около —20°С, что намного выше предела прочности породы на сжатие. Морозное повреждение — не простой процесс. Т. Пауэре приписывает разрушительную силу льда не столько расширению во время превращения воды в лед, сколько гидравлическому давлению еще не превратившейся в лед воды, выталкиваемой на фронте замерзания.

Однако реальное замерзание полностью никогда не происходит в закрытом объеме. Для того, чтобы  вода попала в трещину, трещина должна быть прежде всего открыта. Когда же вода замерзает, лед может выдавливаться, поэтому лишь только часть общего расширения идет на разрушение вмещающей породы. Тем не менее иногда кажется, что лед ведет себя так, как если бы он был почти в закрытой системе. Это может быть следствием переохлаждения воды до температуры порядка —5°С, после чего замерзание происходит очень быстро. Замерзание может быстро завершиться снаружи, делая этим самым систему закрытой. Детально морозное выветривание описано на основе экспериментальных и полевых наблюдений в работе, где обсуждаются эффекты гидравлического давления, упорядоченные структуры воды и взаимосвязанные эффекты замораживания-оттаивания, противодействующие глубокому замерзанию.

Действие мороза проявляется прямо и косвенно. Само по себе образование льда может как рычагом передвигать фрагменты породы. Это осуществляется вдоль плоскостей сланцеватости, или плитчатости, с образованием угловатых обломков. Другая форма действия льда — поднятие или «подвешивание» вследствие непрерывного увеличения массы льда. Морозные клинья имеют длину около 3 м, и при ширине на поверхности в 1 м. Наблюдения морозного расклинивания в северо-западной части Канады на плоских обнажениях кристаллических пород, обладающих листоватостью и отдельностью, свидетельствуют о подъеме на 4 м по вертикали блоков с поперечником 7 м.

В неконсолидированных осадках  имеет место морозное вспучивание. Перемешивая материал, оно не разрушает мелкие частицы. Однако при воздействии на проницаемые породы морозное вспучивание становится важным фактором их механического разрушения. Вспучивание является следствием движения воды по капиллярам из незамерзшей части грунта к ледяным зародышам, где она замерзает, наращивая лед. Тем самым в процесс вовлекаются все новые и новые порции воды. Таким образом изолированные участки льда в подпочвенном слое растут вокруг зародышей. Этот процесс поддерживает высокое поверхностное натяжение воды, поскольку в капиллярах трудно заморозить воду.

На физическое выветривание почв, подвергающихся периодическому замерзанию, оказывает влияние распределение воды в различных горизонтах. В результате исследования  выявлена связь распределения минералов и размеров минеральных частиц почвенного профиля с морозным выветриванием. Те почвенные горизонты, которые содержали больше воды, подверглись максимальному морозному воздействию. При таком обсуждении следует учитывать, что горизонты мелких частиц вмещают много воды. При более глубоком замерзании образуются мощные слои льда, которые приводят к вспучиванию грунта.

Когда замерзание и оттаивание чередуются, происходит движение частиц породы, рассматриваемое как косвенный  эффект морозного воздействия. После оттаивания частицы могут занять новую позицию, а мелкие частицы — попасть в разрывные трещины, препятствующие возвращению частиц в их первоначальное положение. При повторении замерзания и оттаивания порода будет, очевидно, иметь больше шансов быстрее разрушиться, чем при устойчивой низкой температуре, однако, действительные соотношения сложнее.

Морозное выветривание приводит главным образом к осадконакоплению но оно ведет к образованию и эрозионных форм рельефа — зубчатых гребней и береговых обрывов, а иногда остроконечных вершин и цирков, хотя последние в основном связаны с проявлением ледниковой эрозии и зависят от морозного воздействия на характер эрозии и увеличение крутизны задних стенок. Ледниковые цирки возникают и в результате чередования замерзания и оттаивания, но в этом случае обломки накапливаются подснежником, расположенном в выемке рельефа или цирке.

На побережьях в холодных регионах обычное морозное выветривание может воздействовать на береговой обрыв, но в данном случае имеет место особый эффект припая.

Припай — это  козырек льда, прикрепленный к  основанию обрыва на высоте около  30 см выше уровня высокого прилива и который не уносится водой при отливе.

Лед проходит много  циклов замерзания-оттаивания из-за колебаний температуры и, возможно, из-за периодических смачиваний соленой водой. В результате непосредственно над уровнем прилива происходит дробление породы, и образовавшиеся обломки уносятся водой во время шторма. (6. Аллисон А., Палмер Д. Геология / А. Аллисон, Д. Палмер, Пер. с англ. – М.: Мир, 1984.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА, РАЗМЕРА И ОКРАСКИ СЛАГАЮЩИХ ПОРОДЫ ЗЕРЕН (КРИСТАЛЛОВ), ТРЕЩИНОВАТОСТИ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ВЫВЕТРИВАНИЯ.

Горные породы состоят  из разных минералов, одни из которых  расширяются больше, другие меньше. За счёт разного расширения в этих минералах возникают большие напряжения, неоднократные действия которых, приводят, в конце концов, к ослаблению связей между минералами и  порода рассыпается, превращаясь в скопление мелких обломков, щебня грубого песка. Особенно интенсивно разрушаются много  минеральные горные  породы  (граниты, гнейсы и др. ). Кроме того, коэффициент линейно расширения даже у одного и того же минерала неодинаков в  разных направлениях. Это обстоятельство при колебаниях температуры вызывает напряжение и нарушение сцепления минеральных зёрен и в одно – минеральных породах (известняк, песчаник), что приводит со временем к их разрушению. Под влиянием температуры разрушаются и мономинеральные порода благодаря анизотропности слагающих их кристаллов. Например, у кристаллов кварца линейный коэффициент расширения в направлении, перпендикулярном тройной оси, почти в два раза выше такой же величины в направлении, параллельном тройной оси. Еще больше отличаются коэффициенты расширения у кристаллов кальцита, турмалина и некоторых других минералов.

На скорость выветривания оказывает влияние величина слагающих  её минеральных зёрен, а также их окраска. Тёмные породы нагреваются, а значит, расширяются больше, чем светлые, которые сильнее отражают солнечные лучи. Такое же значение имеет и цвет отдельных зёрен в породе .В породе, состоящей из зёрен разного цвета, сцепление зёрен будет ослабевать быстрее, чем в породе, состоящей из зёрен одного цвета. Наименее устойчивы к смене холода и жары породы, состоящие из крупных зёрен разного цвета.

Ослабление сцепления  между зернами приводит к тому, что эти зёрна отделяются друг от друга, порода теряет прочность и  рассыпается на свои  составные  части, превращаясь из твёрдого камня  в рыхлый песок или дресву.

Разные минералы обладают неодинаковой устойчивостью при  выветривании. Степень гипергенной устойчивости наиболее распространенных магматических минералов обратна последовательности их кристаллизации из магматического расплава и в значительной мере обусловлена их кристаллохимической структурой. Наиболее легко разрушаются силикаты с изолированными кремнекислордными тетраэдрами (оливин). Более устойчивы минералы, имеющие цепочечную или ленточную структуру (амфиболы и пироксены). Довольно легко происходит гипергнное преобразование железомагнезиальных слюд. Устойчивость полевых шпатов зависит от их состава: кальциевые плагиоклазы выветриваются так же легко, как пироксены, а натриевые и калиевые полевые шпаты выветриваются с трудом. Наиболее устойчив кварц, структура которого состоит исключительно из кремнекислородных тетраэдров. Как следует из приведённых данных, состав продуктов выветривания в значительной мере обусловлен минералогическим составом исходных горных пород. Минералы, встречающиеся в виде примесей в гравийно-песчаных отложениях (шлиховые минералы) обладают резко различной степенью устойчивости  против выветривания.

Устойчивость некоторых  шлиховых  минералов при выветривании (по А. А. Кухаренко).

Минералы.
Неустойчивые	Умеренно Устойчивые	Устойчивые	Весьма Устойчивые
Оливин Ромбический пироксен Авгит (Fe) Везувиан Обыкновенная роговая  обманка ( Na, Fe ) Пирит Киноварь Меланит	Апатит Диопсид-геденбергит   Ортит Ca- Fe гранаты   Диопсид Актинолит Тремолит Эпидот Цоизит Вольфрамит Шеелит Оттрелит Аксинит Барит Силлиманит	Анатаз Ставролит Дистен Ильменит Гематит Сфен Титаномагнетит Магнетит Монацит Ксенотим Перовскит Колумбит Касситерит	Лимонит Андалузит Топаз Брукит Лейкоксен Хромшпинелиды Рутил Турмалин Золото Платина Осмистый иридий Шпинель Циркон Корунд Алмаз

 

 

Изучение степени стойкости  этих минералов, среди которых много  рудных, представляет большой практический интерес при поисках россыпных  месторождений. Стойкость многих тяжелых минералов против физического выветривания может быть существенно иной, чем устойчивость их в коре выветривания. 
Таким образом, при выветривании происходит не только разрушение первичных минералов, но и возникновение ещё более многочисленных новых, гипергенных. Большая часть глинистых минералов, многочисленные сульфаты, карбонаты, минералы оксидов железа, алюминия, марганца, титана и многие другие имеют гипергенное происхождение. Следовательно, выветривание нельзя рассматривать только как процесс разрушения горных пород. Это одновременно и созидательный процесс, в результате которого формируется особые образования – коры выветривания. (5. Д. Д. Котельников, Ж. Д. Домбровская, Н. Н. Зинчук // Литология и полезные ископаемые. – 1995. - №6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. КОЛЛЮВИЙ, ЭЛЮВИЙ, И ИХ ОСОБЕННОСТИ ВЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА И СВОЙСТВ МАТЕРИНСКИХ ПОРОД.

В процессе выветривания возникают  две группы продуктов выветривания: подвижные, которые уносятся на то или иное расстояние, и остаточные, которые остаются на месте своего образования. Остаточные, несмещённые продукты выветривания представляют собой один из важнейших генетических типов континентальных образований и называется элювий.

Элювий (от лат. eluo - вымываю), рыхлые отложения, возникающие при выветривании исходных (материнских) горных пород на месте их залегания. Элювий слагает коры выветривания и почвы. Различают ортоэлювий кристаллических (магматических и метаморфических) горных пород, метаэлювий уплотненных осадочных пород и неоэлювий молодых рыхлых отложении (в двух последних исходные породы в значительной мере состоят из переотложенных и слабо измененных продуктов выветривания). Наиболее типичен ортоэлювий, состав которого изменяется от щебнисто-глыбового в холодном климате до глинистого во влажном и жарком. По степени разложения различают грубый сиаллитный Элювий, в котором сохраняются первичные алюмосиликаты, кислый сиаллитный Элювий, сложенный главным образом из новообразованных водных алюмосиликатов группы глинистых минералов, и аллитный, или ферраллитный Элювий, в котором значительная часть силикатов разложена и представлена свободными гидроокислами алюминия и железа. 
Совокупность продуктов выветривания различных по  составу элювиальных образований верхней части литосферы называется корой выветривания.

Формирование коры выветривания, состав слагающих её образований  и мощность изменяются в зависимости  от климатических условий – сочетания температуры и влажности, поступления органического вещества, а также рельефа. Наиболее благоприятным для формирования мощных кор выветривания является относительно выровненный  рельеф и сочетание высокой температуры, большой влажности и обилие органических веществ.

Элювий может состоять из крупных обломков и из мелких, образующихся при дальнейшем разрушении, в котором главную роль играют химические агенты. Под действием воды, содержащей кислород и углекислый газ, все породы, в конце концов, превращаются в песок, или в супесь, или в суглинок, или в глину в зависимости от своего состава кварцит превратиться в чистый песок, белый или желтоватый, песчаник даст глинистый песок, гранит – сначала дресву из отдельных зёрен, а затем суглинок, глинистый сланец – глину.