Выветривание: типы, стадии по Полынову. Продукты выветривания

Выве́тривание — совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием колебаний температуры, циклов замерзания и химического воздействия воды, атмосферных газов и организмов[1].

 

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.

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

 

Физическое или механическое (трение, лёд, вода и ветер)

Химическое

Биологическое (органическое)

Радиационное (ионизирующее)

Физическое или механическое [править | править вики-текст]

"Арка" в штате Юта (США), пример механического выветривания

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.

Химическое [править | править вики-текст]

Скалы у Колыванского озера, Алтайский край

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 водородадиссооциированных 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 образуетсясерная 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

Биогенное [править | править вики-текст]

Биогенное 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 биогенном выветривании принадлежит микроорганизмам.

Радиационное [править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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.

Горные породы, слагающие земную кору, подвергаются денудации в результате их предварительного выветривания. Этот процесс приводит к появлению рыхлых (дисперсных) новообразований зоны гипергенеза, существенно отличных по своим физическим свойствам от исходных коренных пород. Выветривание — это разрушение пород на земной поверхности и их превращение в продукты, которые являются более устойчивыми в новых физико-химических условиях. Многие породы первоначально образовывались при высоких давлениях и температурах и при отсутствии воды и воздуха. Продукты выветривания могут сильно различаться по составу, и даже те из них, которые при одних условиях являются устойчивыми, при изменении условий могут стать неустойчивыми. Б. Б. Полынов выделил четыре стадии выветривания, характеризующие единый протекающий во времени непрерывный процесс гипергенеза. Первая стадия характеризуется преобладающей ролью физических факторов выветривания с образованием крупнообломочных и мелкозернистых продуктов механического распада массивных горных пород. В условиях сурового климата и активной денудации современное выветривание нередко ограничивается этой первой стадией. Вторая стадия характеризуется щелочной реакцией среды за счет извлечения в раствор оснований при гидролизе минералов. На этой стадии образуются вторичные минералы в результате окисления, гидратации, гидролиза и карбонатизации первичных минералов. Среди вторичных алюмосиликатов на этой стадии преобладают минералы группы монтмориллонита и нонтронит. При относительном избытке в породах кальция в продуктах выветривания происходит накопление карбоната кальция, нередко образующего корку на обломках массивных пород, Б. Б. Полынов именует эту стадию “обызвесткованной” или насыщенной сиаллитной корой выветривания”; наибольшее распространение она имеет в условиях умеренного климата при выветривании изверженных и метаморфических пород. В горных районах современные рыхлые образования на склонах часто относятся именно к этому типу. Третья стадия—остаточной ненасыщенной сиаллитной коры выветривания — характеризуется дальнейшим выносом из продуктов выветривания щелочных и щелочноземельных элементов, вследствие чего реакция среды становится кислой. В этой обстановке среди вторичных алюмосиликатов преобладают галлуазит и каолинит. Развитие этой стадии выветривания имеет место в условиях замедленной денудации и относительно более обильного увлажнения. В четвертой стадии образуется остаточная аллитная кора выветривания, характеризуемая накоплением окислов кремния, железа и алюминия. Развитие ее определяется сочетанием активного химического выветривания с замедленной денудацией в условиях жаркого и влажного климата. Образование слоя выветрелых пород облегчает денудацию и одновременно затрудняет дальнейший доступ агентов выветривания к свежим, неизмененным коренным породам. Удаление процессами денудации выветрелого слоя активизирует выветривание, что в свою очередь создает условия для усилен денудации. В итоге между выветриванием и денудацией устанавливается подвижное равновесие, определяющее мощность продуктов выветривания в области положительных форм рельефа. Подвижное (динамическое) равновесие не исключает поступательного развития, в силу которого равновес сдвигается в ту или иную сторону. Если преобладающую роль приобретает денудация, мощность современных продуктов в ветривания для новых условий равновесия уменьшается. При замедленной денудации и, следовательно, более длительн о выветривании равновесие будет достигнуто при больших значениях мощности продуктов выветривания. Термин “выветривание” не отражает всей сложности процесса, но шир о ко распространен в геологической, географиче с кой, почвенной литературе. В качестве синонима употребляется термин “гипергенез”, введенный А. Е. Ферсманом. В едином и сложном процессе выветривания условно выделяются две основные взаимосвязанные фор м ы: 1) физ и ческое выветривание; 2) химическое выветривание. Иногда в ы д еляют еще органическое выветривание. Однако роль организмов и их воздействие на горные породы сводятся или к механическому разрушению, или химическому разложению. Следовательно, о рга н иче с кое выветривание включается в условно выделенные две формы единого процесса.

65. дерновый процесс почвообразования

 

Дерновый процесс вызывается развитием травянистой растительности, которая способна накапливать в почве органические остатки и гумус. Поэтому почва приобретает благоприятные свойства, определяющие ее плодородие; структура становится прочной комковатой, почва обогащается питательными веществами и т. д.

 

Разлагаясь при малом доступе воздуха, корневые остатки трав превращаются в гумус, окрашивающий верхнюю часть почвенного профиля в серый или темно-серый цвет. Одновременно с накоплением гумуса в верхней части почвы под влиянием аккумулирующей роли травянистой растительности происходит накопление кальция, магния, марганца, калия, отчасти железа и других зольных элементов. Благодаря обогащению почвы минеральными соединениями реакция почвенного раствора становится менее кислой, почвенные коллоиды насыщаются основаниями кальция и магния, и верхние горизонты почвы со временем приобретают комковатую структуру. Так, под воздействием травянистых растений постепенно обособляется дерново-гумусовый горизонт, мощность которого достигает 8—15 см, а иногда и более.

 

Интенсивнее всего дерновый процесс протекает в изреженном лесу, на полянах, а также в широколиственных лесах, где в растительном покрове хорошо развиты травы (рис. 13).

 

Сильнее развивается дерновый процесс на карбонатных почвообразующих породах. Наличие кальция и магния в почве способствует коагуляции почвенных коллоидов и закреплению гумуса в верхних ее слоях.

 

Развитие дернового процесса возможно и на бескарбонатных породах — элювии коренных горных пород, если они богаты силикатными формами кальция и магния, обогащены соединениями железа (лимониты). Освобождаясь при выветривании, кальций и магний нейтрализуют кислые продукты, поступающие в массу почвы из лесной подстилки, и мешают проявлению подзолистого процесса. Железо обволакивает тонкой пленкой глинистые частицы и предохраняет их от разрушения, что способствует усилению дернового процесса.Дерновый процесс иногда идет при участии сильно-минерализованных грунтовых вод, богатых кальцием.

 

В этом случае происходит формирование высокогумус-ных (до 18% гумуса) дерновых почв с явными признаками оглссния.Значительную роль в развитии дернового процесса играет механический состав почвообразующих пород и почв. Чем богаче почва илистыми частицами, тем лучше выражен дерновый процесс.Признаки:

 

На виды подзолистые почвы подразделяются по следующим признакам.

 

А) По содержанию гумуса в горизонте Ai (для дерново-подзолистых почв)

 

Г) По степени оглеения (для глеево-подзолистых почв): глееватые — сизовато-ржавые пятна и затеки в горизонтах AiA2 и А2, реже в В; глеевые — сильное оглеение в горизонтах А]А2 и А2, в горизонте В оно ослабевает и отсутствует в породе.

Типично подзолистые почвы. Общая площадь подзолистых почв (совместно с глеепо-подзолистыми) около 140 млн. га. Наиболее широко они распространены в северной и средней подзонах под сомкнутыми хвойными лесами с наземным покровом из зеленых мхов и жестколистных ягодных полукустарников (черника, брусника и др.).

 

Подзолистые почвы отличаются почти полным отсутствием гумусового горизонта, малым содержанием органического вещества, кислой реакцией и значительной выщелоченностью. В естественном состоянии они имеют на поверхности лесную подстилку, под которой непосредственно залегает маломощный гумусовый горизонт, образовавшийся главным образом за счет подкрашивания подзолистого горизонта гумусовыми веществами, вымытыми из подстилки.

 

Развиваясь непосредственно под влиянием подзолообразовательного процесса, подзолистые почвы приобретают своеобразные признаки и свойства. Прежде всего происходит изменение механического состава почвообразующей породы по генетическим горизонтам почвы. Содержание частиц меньше 0,001 мм и в целом фракции физической глины (<0,01 мм) в горизонтах А, А2 и А2 по сравнению с горизонтом В и материнской породой С уменьшается. Количество крупных фракций (>0.01) повышается в верхних горизонтах по сравнению с нижними.

 

В полном соответствии с характером механического состава находится и химический состав подзолистой почвы.Подзолистый горизонт по сравнению с нижележащими обеднен окислами алюминия и железа и окислами кальция и магния. В обратной зависимости находится содержание кремнезема по профилю: больше его в подзолистом горизонте и меньше в иллювиальном и в породе.Такая закономерность в распределении илистой фракции, кремнезема, окислов железа и алюминия по профилю — один из наиболее важных диагностических приз-наков подзолистых почв.

 

Верхние горизонты этих почв сильнокислые (рН29— 5,0). С глубиной кислотность несколько уменьшается (рН 4,5—5,0). Насыщенность основаниями низкая и колеблется в пределах 35—65%, а иногда 10% и менее. Почвы бедны зольными элементами и азотом.