Механическую работу производят и разнообразные роющие животные. В заключение следует сказать, что чисто физическое выветривание приводит к раздроблению горных пород, к механическому разрушению без изменения их минералогического и химического состава.
ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ
Одновременно с физическим выветриванием в областях с промывным типом режима увлажнения происходят и процессы химического изменения с образованием новых минералов. При механической дезинтеграции плотных горных пород образуются макротрещины, что способствует проникновению в них воды и газа и, кроме того, увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. это создает условия для активизации химических и биогеохимических реакций. Проникновение воды или степень увлажненности не только определяют преобразование горных пород, но и обусловливают миграцию наиболее подвижных химических компонентов. Это находит особенно яркое отражение во влажных тропических зонах, где сочетаются высокая увлажненность, высоко термические условия и богатая лесная растительность. Последняя обладает огромной биомассой и значительным спадом. Эта масса отмирающего органического вещества преобразуется, перерабатывается микроорганизмами, в результате в большом количестве возникают агрессивные органические кислоты (растворы) . Высокая концентрация ионов водорода в кислых растворах способствует наиболее интенсивному химическому преобразованию горных пород, извлечению из кристаллических решеток минералов катионов вовлечению их в миграцию. Особая роль биосферы в геологических процессах была отмечена в работах крупнейшего русского ученого В. И. Bepнaдcкoго. Он ввел понятие о «живом веществе» как перманентном геологическом деятеле, как. аккумуляторе и перераспределителе солнечной энергии. Он писал: «3ахватывая энергию Солнца, живое вещество создает химические соединения, при распадении которых эта энергия освобождается в форме, могущей производить химическую работу»; «живое вещество есть форма активизированной материи и эта энергия тем больше, чем больше масса живого вещества... К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз.
Окисление особенно интенсивно протекает в минералах, содержащих железо. В качестве примера можно привести окисление магнетита, который переходит в более устойчивую форму - гематит
(FeFe2О4 ~ Fе2Оз). Такие преобразования констатированы в древней коре выветривания КМА, где разрабатываются богатые гематитовые руды. Интенсивному окислению (часто совместно с гидратацией) подвергаются сульфиды железа. Так, например, можно представить выветривание пирита
FeS2 + т02 + nН20 ~ FeSO4 ~ Fe2(SO4) 3 ~ Fе2О3 пН20
Лимонит (бурый железняк)
На некоторых месторождениях сульфидных и других железных руд наблюдаются «6урожелезняковые шляпы», состоящие из окисленных и гидратированных продуктов выветривания. Воздух и вода в ионизированной форме разрушают железистые силикаты и превращают двухвалентное железо в трехвалентное.
Гидратация. Под воздействием воды происходит гидратация минералов, т.е. закрепление молекул воды на поверхности отдельных участков кристаллической структуры минерала. Примером гидратации является переход ангидрита в гипс: ангидрит - CaS04 + 2H20~ ~CaS04 2H20 - гипс. Гидратированной разновидностью является также гидрогётит: гётит - FeOOH + пН2О ~ FeOH nH20 - гидрогётит. Процесс гидратации наблюдается и в более сложных минералах силикатах.
Растворение. Многие соединения характеризуются определенной степенью растворимости. Их растворение происходит под действием воды, стекающей по поверхности горных пород и просачивающейся через трещины и поры в глубину. Ускорению процессов растворения способствуют высокая концентрация водородных ионов и содержание в воде 02, CО2 и органических кислот. Из химических соединений наилучшей растворимостью обладают хлориды - галит (поваренная соль), сильвин и др. На втором месте - сульфаты - ангидрит и гипс.
На третьем месте карбонаты – известняки и доломиты. В процессе растворения указанных пород в ряде мест происходит образование paзличных карстовых форм на поверхности и в глубине (см. гл. 7).
Гидролиз. При выветривании силикатов и алюмосиликатов жное значение имеет гидролиз, при котором структура кристаллических минералов разрушается благодаря действию воды и растворённых в ней ионов и заменяется новой существенно отличной от первоначальной и присущей вновь образованным гипергенным минералам. В этом процессе происходят:
1) каркасная структура полевых шпатов /превращается в слоевую, свойственную вновь образованным глинистым гипергенным минералам;
2) вынос из кристаллической решетки: полевых шпатов растворимых соединений сильных оснований (К, Na, Са), которые, взаимодействуя с СО2, образуют истинные растворы бикарбонатов и карбонатов (К2СО3, Nа2СО3, СаСО3).
В условиях промывного режима карбонаты и бикарбонаты выносятся за пределы места их образования. В условиях же сухого климата они остаются на месте, образуют местами: пленки различной толщины, или выпадают на небольшой глубине от поверхности (происходит карбонатизация);
З) частичный вынос кремнезема;
4) присоединение гидроксильных ионов.
Процесс гидролиза протекает стадийно с последовательным возникновением нескольких минералов. Так, при гипергенном преобразовании полевых шпатов возникают гидрослюды, которые затем превращаются в минералы группы каолинита или галуазита:
К [AlSi3О5) ... (К,Н3О)Al2(ОН)2[AlSi3Оl0) Н2О ... Al4(ОН)5[Si4Оl0]
орmoклазгидрослюдакаолинит
В умеренных климатических зонах каолинит достаточно устойчив и в результате накопления его в процессах выветривания образуются месторождения каолина.
Но в условиях влажного тропического климата может происходить дальнейшее разложение каолинита до свободных окислов и гидроокислов:
Al4(OH)8 [Si4010) Al(ОН)3 + Si02.n H2O
Таким образом, формируются окислы. И гидроокислы алюминия, являющиеся составной частью алюминиевой руды - бокситов.
При выветривании основных пород и особенно вулканических туфов среди образующихся глинистых гипергенных минералов наряду с гидрослюдами широко развиты монтмориллониты(Al2Мg3) [Si4О10](ОН)2 nН2О и входящий в эту группу высокоглиноземистый минерал 6ейде.ллит Al2(ОН)2[AlSi3Оl0) nН2О. При выветривании ультраосновных пород (ультрабазитов) образуются нонтрониты, или железистые монтмориллониты (FeAl2> [Si4О10) (ОН)2 nН2О.
В условиях значительного атмосферного увлажнения происходит разрушение нонтронита, при этом образуются окислы и гидроокислы железа (явление обохривания нонтронитов) и алюминия.
КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ
В результате единого и сложного взаимосвязанного физического, химического и хемобиогенного процессов разрушения горных пород образуются различные продукты выветривания. Остаточные или несмещенные продукты выветривания, остающиеся на месте разрушения материнских (коренных) горных пород, представляют собой один из важных генетических типов континентальных образований и называют элювием. Кора выветривания объединяет всю совокупность различных элювиальных образований. Такая остаточная кора выветривания называется автоморфной (греч. «аутос» - сам). Помимо первичной автоморфной коры выветривания ряд исследователей (П.И. Гинзбург, В.А. Ковда, В.В. Добровольский и др.) выделяют вторичную, или гидроморфную, кору выветривания, образующуюся в результате выноса почвенными и грунтовыми водами химических элементов в виде истинных и коллоидных растворов в ходе формирования первичной автоморфной коры. Эти элементы, выносимые растворами, выпадают в виде минералов в пониженных элементах рельефа. Такую взаимосвязь автоморфной и гидроморфной кор выветривания называют геохимической сопряженностью, что имеет важное значение. Так, например, с автоморфными латеритными корами выветривания с гидроокислами алюминия сочетаются местами расположенные по соседству и орографически ниже залежи бокситов осадочного происхождения. Главное внимание в этой главе уделяется формированию первичной автоморфной коры выветривания.
В истории геологического развития земной коры неоднократно возникали благоприятные условия для образования мощных автоморфных кор выветривания, к числу которых относятся: сочетания высоких температур и влажности, относительно выровненный рельеф, обилие растительности и продолжительность периода выветривания. При достаточно длительном времени выветривания и соответствующих условиях образуются хорошо выраженные зоны коры выветривания, имеющие свои текстурно - структурные особенности и сложенные минералами, отражающими последовательные стадии развития. Значительная мощность и наиболее полный профиль коры выветривания Формировался в тропической лесной области, где выделяются следующие зоны: дезинтегрированная гидрослюдисто-монтмориллонитов-6ейделлитовая каолинитовая – гиббсит – гематит - гётитовая. Благодаря присутствию окислов и гидроокислов А1 и Fe элювий верхней части коры выветривания в сухом состоянии напоминает обожженный кирпич, часто образующий панцири и окрашенный в красный цвет. Поэтому такие коры выветривания называются латеритнымu (лат. латер - кирпич). Приведенные данные показывают, что состав полного профиля автоморфной коры выветривания изменяется снизу вверх от свежей исходной породы до продуктов наиболее глубокого гипергенного преобразования.