Реферат: Выветривание и денудаци

 TOC o «1-3» ВВЕДЕНИЕ____________________________________________________ GOTOBUTTON _Toc423236237   PAGEREF _Toc423236237 2

1. ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ______________________________ GOTOBUTTON _Toc423236238   PAGEREF _Toc423236238 2

2. ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ______________________________ GOTOBUTTON _Toc423236239   PAGEREF _Toc423236239 2

3. РОЛЬ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА В ПРОЦЕССАХХИМИЧЕСКОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ______________________________________________ GOTOBUTTON _Toc423236240   PAGEREF _Toc423236240 2

Использованная литература____________________________________ GOTOBUTTON _Toc423236241   PAGEREF _Toc423236241 2


ВВЕДЕНИЕ

Горныепороды, слагающие земную кору, подвергаются денудации в результате ихпредварительного выветривания. Этот процесс приводит к появлению рыхлых(дисперсных) новообразований зоны гипергенеза, существенно отличных по своимфизическим свойствам от исходных коренных пород.

Выветривание— это разрушение пород на земной поверхности и ихпревращение в продукты, которые являются более устойчивыми в новыхфизико-химических условиях. Многие породы первоначально образовывались привысоких давлениях и температурах и при отсутствии воды и воздуха. Продуктывыветривания  могут сильно различаться посоставу, и даже те из них, которые при одних условиях являются устойчивыми, приизменении условий могут стать неустойчивыми.

Б. Б. Полынов выделил четыре стадии выветривания,характеризующие единый протекающий во времени непрерывный процесс гипергенеза.Первая  стадия  характеризуется преобладающей рольюфизических факторов выветривания с образованием крупнообломочных и мелкозернистыхпродуктов механического распада массивных горных пород. В условиях суровогоклимата и активной денудации современное выветривание нередко ограничиваетсяэтой первой стадией. Вторая стадия характеризуется щелочной реакцией среды засчет извлечения в раствор оснований при гидролизе минералов. На этой стадииобразуются вторичные минералы в результате окисления, гидратации, гидролиза икарбонатизации первичных минералов. Среди вторичных алюмосиликатов на этойстадии преобладают минералы группы монтмориллонита и нонтронит. Приотносительном избытке в породах кальция в продуктах выветривания происходитнакопление карбоната кальция, нередко образующего корку на обломках массивныхпород, Б. Б. Полынов именует эту стадию “обызвесткованной” или насыщеннойсиаллитной корой выветривания”; наибольшее распространение она имеет в условияхумеренного климата при выветривании изверженных иметаморфических пород. В горных районах современные рыхлые образования насклонах часто относятся именно к этому типу.

Третьястадия—остаточной ненасыщенной сиаллитной коры выветривания — характеризуетсядальнейшим выносом из продуктов выветривания щелочных и щелочноземельныхэлементов, вследствие чего реакция среды становится кислой. В этой обстановкесреди вторичных алюмосиликатов преобладают галлуазит и каолинит. Развитие этойстадии выветривания имеет место в условиях замедленной денудации и относительноболее обильного увлажнения.

 В четвертой стадии образуется остаточнаяаллитная кора выветривания, характеризуемая накоплением окислов кремния, железаи алюминия. Развитие ее определяется сочетанием активного химическоговыветривания с замедленной денудацией в условиях жаркого и влажного климата.

Образованиеслоя выветрелых пород облегчает денудацию иодновременно затрудняет дальнейший доступ агентов выветривания к свежим,неизмененным коренным породам. Удаление процессами денудации выветрелого слояактивизирует 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 формрельефа. Подвижное (динамическое) равновесие не исключает поступательногоразвития, в силу которого равновес сдвигается в ту или иную сторону. Еслипреобладающую роль приобретает денудация, мощностьсовременных продуктов в ветривания для новыхусловий равновесия уменьшается. При замедленной денудации и, следовательно,более длительно выветривании равновесие будетдостигнуто при больших значениях мощности продуктоввыветривания.

Термин“выветривание” не отражает всей сложности процесса,но широко распространен в геологической, географической, почвенной литературе. В качестве синонимаупотребляется термин “гипергенез”, введенный А. Е. Ферсманом. В едином исложном процессе выветривания условно выделяютсядве основные взаимосвязанные формы: 1) физическое выветривание; 2) химическое выветривание.Иногда выделяют ещеорганическое выветривание. Однако роль организмов и их воздействие на горныепороды сводятся или к механическому разрушению, или химическому разложению.Следовательно, органическое выветривание включается в условно выделенные двеформы единого процесса.

<span Arial",«sans-serif»">

1. ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ

Физическоевыветривание вызывается разнообразными факторами. Взависимости от природы воздействующего фактора характер разрушения горных пород при физическомвыветривании различен. В одних случаях процесс разрушения происходит внутрисамой горной породы без участия внешнего механическидействующего агента. Сюда относится изменение объема составных частейпороды, вызываемое колебанием температуры. Такое явление может быть названотемпературным выветриванием. В других случаях горные породы разрушаются подмеханическим воздействием посторонних агентов.Такой процесс может быть условно названмеханическим выветриванием.

Температурноевыветривание происходит под воздействием суточных и сезонных колебанийтемпературы, вызывающих неравномерное нагревание и охлаждение горных пород. При этом минеральные зерна, слагающие горныепороды, испытывают то расширение, при повышении температуры, то сжатие, при еепонижении. Таким образом, в горных породах попеременно возникают сжимающие ирастягивающие усилия. Расширение и сжатие пород более интенсивносказываются в самой приповерхностной части пород.Наибольшему разрушению в результате температурного выветривания подвержены полиминеральныегорные породы, такие, как граниты, габбро, гнейсыи др. Различные минералы, из которых состоят такиепороды, обладают неодинаковым коэффициентом объемного расширения, поэтому приизменении температуры они испытывают деформации в различной степени. К тому жекоэффициент линейного расширения даже у одного итого же минерала меняется в зависимости от направления в кристалле (проявлениеанизотропии).

Врезультате длительного воздействия колебанийтемпературы и различных коэффициентов расширения минералов взаимное сцепление отдельных минеральных зерен в горнойпороде нарушается, она растрескивается и распадается на отдельные обломки. Наинтенсивность температурного выветривания влияют также окраскагорной породы и размеры слагающих ее минеральных зерен. Известно, что подвлиянием солнечных лучей (инсоляции) значительносильней нагреваются темноцветные .минералы.Вследствие этого быстрее разрушаются темноокрашенные,а также; крупнозернистые горные породы.

Температурноевыветривание наиболее интенсивно протекает в областях, характеризующихсярезкими контрастами температур, особенно суточных, сухостью воздуха иотсутствием или слабым развитиемрастительного покрова, смягчающего температурное воздействие на почвы и горныепороды. Особенно интенсивно температурное выветривание в пустынях, гдеколичество выпадающих атмосферных осадков не превышает 200—250 мм/год, малая облачность,суточные колебания температуры нередко достигают 40—50? С, громадный дефицитвлажности. Относительная влажность летом может снижаться до 10%, а иногда иниже. В этих условиях горные породы под действиемсолнечных лучей сильно нагреваются до температур, значительно превышающих температуру воздуха(особенно темноцветные минералы), ночью же сильно охлаждаются. Именно впустынях особенно ярко выражен процесс шелушения, или десквамации,при котором от поверхности горных пород отслаиваются чешуи или толстыепластины, параллельные поверхности породы.

Температурное выветривание интенсивно протекает также навершинах и склонах гор, не покрытых снегом и льдом,где воздух прозрачнее и инсоляция значительносильнее, чем в прилежащих низменностях. В ряде случаев температура воздуха днемздесь может достигать +20—+30°С, а ночью падаетпочти до точки замерзания.

Механическое выветриваниепроисходит под механическим воздействием посторонних агентов. Особеннобольшое разрушительное действие оказывает замерзание воды. Когда вода попадаетв трещины и поры горных пород, а потом замерзает, она увеличивается в объеме на9—10%, производя при этом огромное давление. Такая сила преодолеваетсопротивление горных пород на разрыв, и они раскалываются на отдельные обломки. Наиболее интенсивноерасклинивающее действие производит замерзающая водав трещинах горных пород. Но под влиянием замерзающей воды легко дробятся ипороды с высокой пористостью, в которых поровоепространство занимает около 10—30% объема(песчаники и другие осадочные породы). Процессы, связанные с воздействиемпериодически замерзающей воды, часто называют морозным выветриванием. Ононаблюдается в высоких полярных и субполярных широтах, а также в горных районахвыше снеговой линии, где в ряде случаев проявляется и температурноевыветривание.

Такое же механическое воздействие нагорные породы оказывают корневая система деревьев и роющие животные. По мереразрастания деревьев увеличиваются в размерах их корни. Они давят с большойсилой на стенки трещин и раздвигают их как клинья итем самым вызывают раскалывание породы на отдельные глыбы и обломки. Частьтаких глыб выталкивается вверх. Механическое воздействие оказывают и различныероющие животные, такие, как земляные черви,муравьи, грызуны и др.

Дезинтеграцию пород вызывает также рост кристаллов в капиллярных трещинах и порах.Это хорошо проявляется в условиях сухого климата, где днем при сильномнагревании капиллярная вода подтягивается кповерхности и испаряется, а соли, содержащиеся в ней, кристаллизуются. Поддавлением растущих кристаллов капиллярные трещинырасширяются, что и приводит к нарушению монолитности горной породы и ее разрушению.

ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ

Разрушению горных пород под влияниемфизического выветривания всегда в той или инойстепени сопутствует химическое выветривание, а вряде случаев последнее играет решающую роль. Это отражает тесную взаимосвязьразличных форм единого процесса выветривания. Физическая дезинтеграция резкоувеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Главными факторамихимического выветривания являются вода, кислород, углекислота и органическиекислоты, под влиянием которых существенно изменяются структура и составминералов и образуются новые минералы, соответствующие определеннымфизико-химическим условиям. Важнейший фактор химического выветривания — вода,которая в той или иной степени диссоциирована наположительно заряженные водородные ионы (Н+) и отрицательно заряженные гидроксильные ионы (ОН-).Это определяет ее возможностьвступать в реакцию с кристаллическим веществом. Высокая концентрация водородныхионов в растворах способствует ускорению процессов выветривания.

Особенновозрастает интенсивность химического выветривания, когда в водном раствореприсутствуют кислород, углекислота и органические кислоты, которые обладаютбольшой активностью и во много раз повышают диссоциацию воды. В зависимости отреакции среды в процессе выветривания возникают те или иные характерныеассоциации минералов. Наиболее благоприятные условия для химическоговыветривания существуют в гумидных областях иособенно в тропических и субтропических зонах, где имеет место сочетаниебольшой влажности, высокой температуры, пышной растительностии огромного ежегодногоотпада органической массы (втропических лесах), в результате чего значительно возрастает концентрацияуглекислоты и органических кислот, а следовательно, возрастает и концентрацияводородных ионов. Химическое воздействие на горные породы оказывают находящиесяв воде растворенные ионы, такие, как НСО3—.SO-4, С1-, Са+,Mg+, Na+,К+. Эти ионы также могут замещать.заряженные атомы в кристаллах или взаимодействовать с ними,. что может приводить к нарушению первичнойкристаллической структуры минералов. Процессы,протекающие при химическом выветривании, заключаются в следующих основныххимических реакциях: окислении, гидратации, растворении, гидролизе.

Окисление. Процессы окисления наиболее интенсивно протекают в минералах, содержащих закисныесоединения железа, марганца и других элементов.Так, сульфиды в кислой среде становятся неустойчивыми и постепенно замещаются сульфатами, окислами и гидроокислами. Направленностьэтого процесса можно схематически изобразить следующим образом:

FeS2+nO2+mH2О<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">®

FeSO4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®Fe2(SO4)3 <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol;mso-no-proof:yes">®Fe2O3<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Wingdings;mso-no-proof:yes">žnH2O.

                              пирит                     сульфат  сульфат      бурыйжелезняк

                                                               закиси     окиси        (лимонит)  

                                                               железа     железа

Напервой стадии получаются сульфат закиси железа исерная кислота(1^2804). Наличие серной кислоты значительноусиливает интенсивность выветривания, способствует дальнейшему разложениюминералов. На второй стадии сульфат закиси железа переходит в сульфат окисижелеза. Последний в свою очередь оказывается неустойчивыми под действием кислорода и воды -переходит вводную окись железа— бурый железняк.Бурый железняк фактически представляет собойсложный минеральный агрегат близких по составу минералов гётита(FeO·OH)и гидрогётита(FeO·OH·nH2O).На поверхности ряда месторождений сульфидных руд и других железосодержащих минералов наблюдается“бурожелезняковая шляпа”, возникшая в результатеодновременных окисления и гидратации. Местами принедостаточном количестве влаги образуются бедная водой окись железа,гидрогематит (Fe2O3·H2O).В результате процессов окисления магнетит переходит вгематит, как это имеет место в районе КМА. Гематитобразуется и при окислении таких минералов, как оливин, пироксены, амфиболы,под действием воды, кислорода и углекислоты. Направленность реакции следующая:

(Mg, Fe)2[SiO4]<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

Fe2O3+nMg(HCO3)2+mH4SiO4.

                                               оливин      гематит растворимый растворимая

                                                                                 бикарбонат  кремнекислота

                                                                                     магния

Дальнейшийпроцесс окисления и гидратации может привести к образованию гидроокислов железа(Fе2O3<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Playbill">·

nН2O).

Гидратация—это процесс, заключающийся в присоединении воды кпервичным минералам горных пород и образовании новых минералов. Можно привестиследующие примеры гидратации:1. Переход ангидрита в гипс по реакции СаSO4+2H2O<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol; mso-no-proof:yes">Û

CaSO4-2H2O(реакция обратима при изменении условий).2. Переход гематита в гидроокислы железа: Fе2О3+nН2О<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">ÛFе2О3·nН2О.При гидратации объем породы увеличивается ипокрывающие отложения деформируются.

Растворение.Под влиянием воды, содержащей углекислоту, происходитрастворение горных пород. Растворение особенно интенсивно проявляется восадочных горных породах— хлоридных, сульфатных и карбонатных.Наибольшей растворимостью отличаются хлориды: соли натрия, калия и др. Захлоридами по степени растворимости стоят сульфаты,в частности гипс, за которыми следуют карбонатныепороды: известняки, доломиты, мергели. В результате растворяющей деятельностиповерхностных и подземных вод на поверхности растворимых пород образуются карстовыеформы рельефа.

Гидролиз.Сложный процесс гидролиза особенно большое значение имеет привыветривании силикатов и алюмосиликатов. Онзаключаетсяв разложении минералов, выносе отдельных элементов, а также в присоединении гидроксильных ионов и гидратации. В ходе гидролизапервичная кристаллическая структура минерала нарушается и перестраивается иможет оказаться полностью разрушенной и заменена новой, существенно отличной отпервоначальной и соответствующей вновь образованным гипергеннымминералам. В ряде случаев гипергенное преобразование силикатов и алюмосиликатов под влиянием воды,углекислоты и органических кислот протекаетстадийно с образованием различных глинистых минералов. В качестве примера можнопривести схему разложения полевых шпатов (полевой шпат<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">®

промежуточныйминерал<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®каолинит):

K[AlSi3O8]<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">®

(К, Н20) А12 (ОН)2[A1Si4O10]·nH20<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol;mso-no-proof:yes">®A14(ОН)8[A1Si4O10]

ортоклаз           гидрослюда                                         каолинит.

каолинит


При образовании из полевых шпатов каолинита происходитнесколько превращений и реакций:1. Всекатионы К,Na,Сапри взаимодействии с углекислотой образуют истинные растворы карбонатов (СаСО3,Na2CО3,К2СОз)ибикарбонатов. В условиях влажного и теплого климата карбонаты выносятся запределы; места их образования. В условиях сухого климата и недостатка влагикарбонаты остаются на месте, образуя твердую корку, или выпадают из раствора нанекоторой глубине от поверхности. Такой процесс образования карбонатовназывается карбонатизацией.

2.Каркаснаяструктура полевых шпатов превращается в слоевую, свойственную каолиниту идругим глинистым минералам.

3.Частьрастворенного кремнезема выносится водой, что подтверждается наличием в твердомстоке речных вод в среднею около11% SiO2.Значительная часть выносимого кремнезема быстропереходит в коллоидальное состояниеи выпадаетв виде аморфного гидратированного осадкаSiO2·nН2O, которыйпри высыхании и частичной потере воды превращается в опал. ЧастьSiO2остается прочно связанной в каолините.

4. Присоединение гидроксильныхионов в каолините. В результате выветривания магматических и метаморфическихгорных .пород, богатых алюмосиликатами (гранитов, гранодиоритов, гнейсов и др.), образуютсяместорождения каолина. Каолинит в условиях земной поверхности достаточноустойчивый минерал. Но при благоприятных условиях — высокой температуре,большом количестве атмосферных осадков и огромном растительном отпаде—происходит дальнейшее разложение и образуются наиболееустойчивые соединения — гидроокислы алюминия, такие, как гиббсит, или гидраргиллят,А10(ОН)з—один из рудоносных минералов основной алюминиевой руды — боксита. Иногда гидроокислыалюминия распространены в виде пятен в каолинитах.

Привыветривании полиминеральных горных пород наряду с гидроокисламиалюминия на конечных стадиях образуются гидроокислыжелеза, иногда марганца, титана. Наибольшая интенсивность химическоговыветривания проявляется в железисто-магнезиальных минералах (оливин,пироксены, амфиболы) и основных плагиоклазах.

3. РОЛЬ ОРГАНИЧЕСКОГОМИРА В ПРОЦЕССАХ ХИМИЧЕСКОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ

Всложных процессах химического разложения минералов и горных пород велика рольбиосферы. Биогеохимическое воздействие на горные породы начинается уже с первыхпоселенцев на скальных поверхностях горных пород— различных микроорганизмов, лишайников имхов. В результате такого воздействия на скальной поверхности породы после ихотмирания появляются углубления, заполненныеcyхим органическимвеществом (биомасса микробных и других тел). Всеэто подготавливает условия для последующего заселения скал высшими растениями исопутствующей им фауной. Роль организмов в химическом выветривании определяетсятем, что они поглощают из разрушаемой породы химические элементы в соответствии со своими биологическимипотребностями (как питательные вещества). К числу таких элементов относятся Р,S,С1,К, Са,Mg,Na, Sr,В, в меньшей степениSiиAl,Feи др.

Анализзолы растений показывает, что содержание и соотношение элементов в нейвследствие различной интенсивности их биологического поглощения существенноиные, чем в исходных породах, В золе содержится в десятки раз больше Р,S, в несколько раз больше К, Са,Mg,а также микроэлементов, меньшеSi,Alи Fe. Вместе с тем наличие взолеSiиAlсвидетельствует о том, что уже первичная камнелюбиваярастительность разрушает прочные связи между кремнеземом и глиноземом вкристаллической решетке алюмосиликатов. Следует отметить, что организмыучаствуют не только в разложении первичных минералови усвоении их элементов, но и в построении из этих элементов, которые послеотмирания и минерализации органического вещества сохраняются в виде особыхбиогенных соединений. Таким образом, биологическийкруговорот веществ, свойственный верхней части коры выветривания и особеннопочвенного покрова, характеризуется определеннойцикличностью и направленностью развития—от поглощения живыми организмами элементов изразрушаемых пород до отмирания организмов, минерализации органических веществ ивозврата элементов в окружающую среду в новом качестве. Этот процесс протекаетмногоступенчато. Иногда имеет место ряд различных по продолжительности циклов,связанных с разной продолжительностью жизни организмов, включая самые короткие— микробиологические.

Такимобразом, воздействие органического мира на горные породы сводится или кфизическому разрушению их, или к химическому разложению. Следует подчеркнутьусловность подразделения процессов выветривания нафизические и химические. Это единые сложно взаимосвязанные процессы, действующие одновременно, особенно в верхнемслое почвы и материнских пород. Можно говорить лишьо преобладании физического или химического процессав зависимости от климата, рельефа, состава горных пород и других факторов.

Избирательныйхарактер выветривания. В природныхусловиях отмечается неравномерность выветриваниягорных пород. Это связано с различной степенью трещиноватости горных пород. По трещиноватым зонамлегче всего проникают вода и другие компоненты атмосферы и протекает интенсивный процессвыветривания в глубину, в результате которого образуются крупные,иногдас вертикальными склонами отрицательные формы рельефа (в случае выноса разрушенных частей). В слоистых и неоднородных посоставу и твердости горных породах легче всего выветриваются менее прочные илиболее растворимые породы.

<span Times New Roman",«serif»">Использованная литература<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman"">1.<span Times New Roman"">   

.Оллиер К.Выветривание: Пер. с англ. — М. Недра, 1987.

<span Times New Roman"">2.<span Times New Roman"">   

Соловов А. П. Геохимические методы поисков месторождений полезныхископаемых: — М. Недра, 1988 г.

<span Times New Roman"">3.<span Times New Roman"">   

ЯкушоваА. Ф., ХаинВ. Е., Славин В. И. Общаягеология: М. МГУ, 1988 г.
еще рефераты
Еще работы по геологии