Химическое выветривание горных пород - виды, стадии и примеры

Определение процесса выветривания камней

Механические, физические разрушения, химические изменения горных пород на земной поверхности, в недрах, на дне водоёмов под воздействием соответствующих факторов называются выветриванием. Это сочетание сложных процессов преобразования минералов, входящих в состав камня, под влиянием атмо-, гидро- и биосферы. Причины, вызывающие изменения, определяются географией региона, его геологическим строением, климатическими условиями, структурой первичной горной породы. Основные факторы влияния на процессы выветривания:

• колебания температуры — сезонные, суточные, включая циклы замораживания;
• химическое, механическое воздействие воды, атмосферных, грунтовых газов: О2, СО2, влажных испарений;
• активность органических образований: макро- и микроорганизмов, флоры и фауны.

Выветривание называют гальмиролизом, если процесс происходит на дне реки, озера, и атмосферным — на суше. Продукты, оставшиеся в горной породе, именуют элювием.

Преобразование минералов разрушением длится веками, распространяется на глубину до 500 м — этот слой называется корой выветривания. Зона современного превращения камня в мягкий грунт — до 2−10 метров.

Элювий представляет собой рыхлые глинистые, обломочные породы разного минерального состава. Схема выветривания является двустадийной: начинается разрушением первичного камня физическими силами, продолжается химическими реакциями, которые происходят на втором этапе преобразований.

Виды ветровых воздействий на минералы

В зависимости от преобладающих факторов, влияющих на разрушение горных пород и процессы преобразования твёрдых камней в рыхлые вещества, существует 4 группы выветривания. Чаще всего в трансформации минералов участвует сразу несколько факторов. Чтобы определить, какой тип разрушения произошёл, нужно знать признаки каждого из видов выветривания:

1. Физическое — под воздействием сил трения, льда, воды, ветра, температурного режима среды. Механическое измельчение камня способствует переходу процесса разрушения к следующей стадии — преобразованиям внутри минералов посредством реакций между химическими элементами. Инициируют физическое выветривание большие перепады температур, льдообразование, биологические факторы — корневая система растений, деятельность животных. Из-за различий горных пород в прочности скорость разрушений изменчива, что приводит к образованию причудливых скальных форм: колонн, столбов, ворот.
2. Химическое выветривание — комплекс процессов, в результате которых разрушение проникает в структуру минералов, изменяя их состав, превращает в новые соединения. Растворение горных пород, окисление элементов, входящих в агломераты — направления разрушительных химических реакций.
3. Биологическое или органическое выветривание выражается в действиях, совершаемых живыми образованиями — от растений, бактерий до человека. Ходьба по каменным поверхностям, дробление скал корнями деревьев, грибы, пробивающие асфальт — это всё примеры биогенных механических разрушений. Биохимические процессы выветривания вызывают мхи-лишайники: они вытягивают некоторые элементы из минералов, что приводит к распаду последних. Выделяемые организмами агрессивные вещества — ещё один источник дезинтеграции камней.
4. Радиационное (ионизирующее) разрушение пород происходит от солнечного излучения. Продуктом такого выветривания является, например, лунный грунт — реголит.

Взаимодействие организмов с распавшимися каменными частицами — это начало почвообразования. Изменения скоплений выветрелых минералов происходят постоянно, рыхлый грунт переносится водой, ледниками, ветром, накапливается в некоторых местах в больших количествах. Так зарождаются месторождения полезных ископаемых осадочного происхождения.

Химическое разрушение от внешней среды

Этот тип выветривания чаще встречается в тропиках и субтропиках. Обводнённые трещиноватые карбонатные породы — идеальная среда для протекания процессов химического выветривания. Можно перечислить основные типы реакций, происходящих между элементами минералов и активными веществами внешней среды, они следующие:

1. Окисление — анионы кислорода соединяются с катионами минеральных агломератов.
2. Растворение — способность химических элементов камня распадаться в воде чистой или с включениями иных веществ. Влага из атмосферы преобразуется в угольную кислоту, когда смешивается с СО2.
3. Гидролиз, гидратация — реакции с Н2О. Взаимодействие молекул воды и компонентов породы приводит к получению новых минералов. В первом случае — нескольких простых веществ, во втором — одного более сложного продукта.
4. Выщелачивание — активный реагент зависит от окружающей среды, в которой находится камень. Для воды — угольная кислота, для почвы — гумидная, атмосферы — серная (в виде кислотного дождя). Химические вещества растворяют часть минеральных образований в агломератах.

Выветривание — процесс длительный, измеряется миллионами лет. Сокращению сроков разрушения способствуют антропогенные сбросы агрессивных реагентов в грунт, водоёмы, атмосферу.

Примеры новообразований посредством химии

В результате химического выветривания из твёрдых пород магматического происхождения (гранитов, базальтов, гнейсов) получаются податливые глины. К числу продуктов окисления, гидролиза, миграции разрушенных частиц вещества относятся также карбонаты, фосфориты, цеолиты, гидроксиды железа, марганца. Некоторые примеры превращений твёрдых камней в рыхлые отложения сведены в таблицу преобразований при химическом выветривании.

Химическое выветривание в известняках, доломитах, кальцитах происходит быстрее, чем в кварцевых песчаниках, а повышение температуры ускоряет процесс разрушения. Благодаря химическому типу выветривания, в недрах находится много месторождений полезных ископаемых. Часть из них разрабатывается, другие пребывают в государственном резерве, третьи пока ещё не разведаны.