Физико-механическое выветривание

В этом процессе выделяется несколько механизмов и стадий. Тектоно-механическое предразрушение скальных и полускальных пород проявляется задолго до выведения магматических, метаморфических, сцементированных осадочных пород в область влияния процессов выветривания. Горные породы в этом случае характеризуются наличием сложной системы макро- и микротрещин, происхождение, конфигурация и протяженность которых могут быть связаны как с особенностями образования породы, так и с последующим развитием в ней напряжений, обусловленных горным: давлением и силами тектонической природы. Когда горные породы оказываются в приповерхностной части земной коры, происходят разгрузка и снятие напряжений. Это приводит к раскрытию ранее уже существовавших микротрещин, увеличению размеров и протяженности макротрещин и возникновению серии новых трещин разгрузок. Формирующаяся в приповерхностной части земной коры зона трещиноватости носит название зоны предразрушения. Она имеет мощность от нескольких десятков метров в платформенных областях до сотен метров в складчатых. Таким образом, еще задолго до взаимодействия с экзогенными агентами выветривания породы как бы подготавливаются к разрушению, что предопределяет ход и характер их дальнейшего гипергенного преобразования. Этот механизм, выветривания может быть назван тектоно-механическим, он свойствен всем типам литогенеза, включая и криогенный тип осадочного породообразования.

Температурный механизм выветривания основан на линейном расширении и сжатии горных пород и минералов, а также фазовых переходах воды. По мере приближения массивов плотных горных пород к дневной поверхности они все более и более испытывают на себе действие температурного фактора, т. е. сезонных и суточных колебаний температуры.

Перепад температур по вертикальному профилю слоя суточных и годовых температурных колебаний приводит к неравномерным и затухающим с глубиной деформациям растяжения или сжатия и соответственно объемно-градиентных напряжений растяжения или сжатия. В приповерхностной части массивов скальных и полускальных пород возникает трещинная зона.

Замерзание воды в макротрещинах продолжает далее действие температурного фактора в разрушении плотных коренных пород. Срабатывает расклинивающий эффект расширения воды при переходе ее в лед. Этот процесс осуществляется, возможно, и снизу, но обязательно сверху, трещины как бы закупориваются вверху ледяной пробкой, и дальнейшее промерзание осуществляется уже в замкнутой системе, в которой могут возникать колоссальные расклинивающие давления, достигающие десятков МПа.

Следствием температурных деформаций и замерзания воды в возникших трещинах является то, что первоначально монолитные массивы скальных пород распадаются на отдельные блоки и глыбы.

Благодаря продолжающемуся действию температурного фактора на поверхности глыб появляется характерная корка шелушения (десквамационная корка), образованная отслаивающимися тонкими плитчатыми отдельностями — чешуйками. В результате многие глыбы приобретают как бы «сглаженную», округлую форму и напоминают окатанные валуны. При этом предполагается, что они занесены на плоские вершины гор древними ледниковыми покровами. Также «сглаживаются» шелушением освобождающиеся из-подо льда участки скальных выступов. Например в «оазисах» Антарктиды суточная амплитуда температуры на поверхности скальных пород достигает почти 40 °С, вследствие чего происходит отслаивание (шелушение) их верхних слоев; Толщина корки шелушения (десквамации) колеблется от 3 до 25 см.

Наряду с температурным действует гидратационный механизм разрушения плотных скальных и полускальных пород, обусловленный расклинивающим действием тончайших водных пленок. Микро- и ультрамикротрещины внутри минеральных зерен и по контактам между ними обычно заполнены пленками связанной воды, которые возникли в результате гидратации или адсорбции водяных паров. Толщина этих пленок определяется свободной поверхностной энергией минеральной подложки, она не постоянна во времени и зависит от колебаний температуры и относительной влажности воздуха или парциального давления водяных паров в пустотах горной породы. Изменения в величине названных параметров определяют пульсацию толщины микропленок, что и обусловливает возникновение расклинивающего давления связанной воды, которое реализуется прежде всего по ослабленным в прочностном отношении участкам — дефектам. В криолитозоне помимо собственно гидратационного широко действует также криогидратацион-ный механизм выветривания, заключающийся в' следующем. Постепенно расширяющиеся микротрещины оказываются способными вмещать некоторое (все более возрастающее во времени) количество свободной (объемной) воды. При ее переходе в лед и увеличении объема на 9% возникает избыточное расклинивающее давление льда, которое, как уже сказано, достигает больших, величин.