Выветривание горных пород. Факторы. Главные химические реакции зоны гипергенеза

Тема. 
Выветривание горных пород. Факторы. Главные химические реакции зоны гипергенеза: гидролиз,  карбонатизация, окисление, восстановление, гидратация

Введение

 

        Экзогенные  процессы начинаются с подготовки  горных пород к переносу, с  их разрушения. Горные породы, залегающие  на поверхности или близ нее, подвергаются воздействию солнечных  лучей, воды, воздуха, организмов. Из-за  неравномерного нагревания порода  растрескивается; особенно способствует  этому замерзание воды, попавшей  в трещины. 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 пород на земной поверхности и их превращение в продукты, которые являются более устойчивыми в новых физико-химических условиях.

 

Различают несколько типов выветривания, которые могут преобладать в разной степени:

• Физическое или механическое (трение, лёд, вода и ветер)
• Химическое
• Биологическое (органическое)
• Радиационное (ионизирующее)

 

Физическое выветривание

 

 

 

          Чем  больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Следующим шагом в механическом выветривании является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается в объёме на 1/10 своего объёма, что способствует ещё большему выветриванию породы. Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Селевые потоки, ветер, сила тяжести, землетрясения, извержения вулканов также содействуют физическому выветриванию горных пород. Механическое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создаёт благоприятные условия для химического выветривания. В результате катаклизмов с поверхности могут осыпаться породы, образуя плутонические породы. Всё давление на них оказывают боковые породы, из-за чего плутонические породы начинают расширяться, что ведёт к рассыпанию верхнего слоя пород.

 

Следы Физического выветривания

Химическое выветривание

 

 

                Химическое выветривание — это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественное изменение их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Вода — энергичный растворитель горных пород и минералов. Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород — гидролиз, приводит к замене катионов щелочных и щелочноземельных элементов кристаллической решётки на ионы водорода диссооциированных молекул воды:

                                  

                                                                          KAlSi3O8+H2O→HAlSi3O8+KOH

 

                 Образующееся основание (KOH) создает в растворе щелочную среду, при которой происходит дальнейшее разрушение кристаллической решётки ортоклаза. При наличии углекислого газа KOH переходит в форму карбоната:

                                                                                 2KOH+CO2=K2CO3+H2O

 

                 Взаимодействие воды с минералами горных пород приводит также и к гидратации — присоединению частиц воды к частицам минералов. Например:

                                                                                2Fe2O3+3H2O=2Fe2O·3H2O

 

                    В зоне химического выветривания также широко распространена реакция окисления, которой подвергаются многие минералы, содержащие способные к окислению металлы. Ярким примером окислительных реакций при химическом выветривании является взаимодействие молекулярного кислорода с сульфидами в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окислей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов.

                                                                         2FeS2+7O2+H2O=2FeSO4+H2SO4;

 

                                                               12FeSO4+6H2O+3O2=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3;

                                                                   2Fe2(SO4)3+9H2O=2Fe2O3·3H2O+6H2SO4

      

Следы химического выветривания

Биологическое выветривание  

 

 

 

          Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения).В процессе своей жизнедеятельности они воздействуют на горные породы механически (разрушение и дробление горных пород растущими корнями растений, при ходьбе, рытье нор животными). Особенно большая роль в биологическом выветривании принадлежит микроорганизмам.

 

Радиационное выветривание

 

 

 

          Радиационным выветриванием называется разрушение пород под действием радиационного, или солнечного излучения. Радиационное выветривание оказывает влияние на процессы химического, биологического и физического выветривания. Характерным примером породы, подверженной радиационному выветриванию, может служить реголит на Луне.

 

Продукты выветривания

 

         Продуктом  выветривания в ряде областей Земли на дневной поверхности являются курумы. Продуктами выветривания в определённых условиях становятся щебень, дресва, «шиферные» обломки, песчаные и глинистые фракции, включая каолин, лессы, отдельные обломки горных пород различных форм и размеров в зависимости от петрографического состава, времени и условий выветривания.

 

Факторы

           Выветривание происходит за счёт совокупного воздействия на верхнюю оболочку литосферы агентов (факторов) выветривания из гидросферы, атмосферы и биосферы. В результате образуются кора выветривания и продукты выветривания. Выветривание может проникать на глубину до 500 метров

 

       Кора выветривания

Главные химические реакции зоны гипергенеза:  

 

• Гидролиз
• Карбонатизация
• Окисление
• Восстановление
• Гидратация

 

           Гидролиз имеет особое значение при выветривании минералов класса силикатов и алюмосиликатов, когда в результате воздействия содержащей углекислоту воды возникают новые, более устойчивые к создавшимся условиям соединения, часть из которых может остаться на месте, а часть будет вынесена водой. При этом кристаллическая решетка минералов перестраивается или замещается новой. Таким путем идет последовательное разложение полевых шпатов в гидрослюды и в каолинит. При высоких температурах и влажности каолинит разлагается до наиболее устойчивых гидроокислов алюминия. Следовательно, на месте богатых алюмосиликатами пород возникают месторождения каолинита и алюминиевых руд

 

         Карбонатизация процесс изменения горной породы, приводящий к образованию карбонатов кальция, магния, железа и др. металлов. К. наиболее часто подвергаются основные интрузивные и особенно эффузивные породы под действием гидротермальных растворов, богатых двуокисью углерода.

      химическая реакция, где гидроксид кальция реагирует с углекислым газом и нерастворимыми формами карбоната кальция: Ca(OH) 2 + CO2 → CaCO3 + H2O

      Процесс формирования карбонатов также называют сатурацией

 

 

1

             Окисление — процесс, связанный с действием атмосферного кислорода на минералы, содержащие оксид железа (II) или другие элементы, способные к окислению, например:

                                      4FeCO3 + ЗН2O + O2 = 2Fe2O3 ЗН2O + 4СO2.

           В результате выветривания магматических пород образуются оксиды, переотложенные осадки и растворимые соли.

 

             Восстановление является процессом, обратным окислению, и заключается в потере веществом части или всего содержащегося в нем химически связанного кислорода. В условиях поверхности суши свободный кислород, содержащийся в атмосфере и в водных растворах, обычно приводит к окислению продуктов выветривания, и восстановление при этом, конечно, проявляться не может. Оно участвует в выветривании только там, где почему-либо нет свободного кислорода.

 

            Гидратация — это процесс, заключающийся в присоедине нии воды к первичным минералам горных пород и образовании новых минералов. Можно привести следующие примеры ги дратации:

 

          1. Переход ангидрита в гипс по реакции

 

                                 СаSO4 +2H2 O ÛCaSO4 - 2H2 O(реакция обратима при изменении условий)

 

          2. Переход гематита в гидроокислы железа:

 

                                                   Fе2 О3 +nН2 ОÛFе2 О3 ·nН2 О

 

     Спасибо за  внимание!