Свойства и особенности коры выветривания.

Введение

 

Важнейшим звеном геологического круговорота веществ на Земле является процесс выветривания горных пород и формирования коры выветривания. Соответственно протекающим в зоне выветривания поглощению и рассеянию энергии, все процессы и реакции, совершающиеся в ее пределах, можно разделить на две категории: выделяющие энергию — экзоэнергетические и поглощающие энергию — эндоэнергетические. Эти экзо- и эндоэнергетические взаимодействия, тесно переплетаясь одни с другими, и создают те частные циклы и те части общих циклов превращения материи, которые свойственны коре выветривания.

1. Основные понятия.

 

Выветривание — то разрушение и те превращения минералов и горных пород, которые совершаются под влиянием действия солнца, агентов атмосферы, организмов и растворов, образующихся при выпадении атмосферной воды и ее циркуляции в верхней оболочке литосферы. Известный географ А. Пенк ограничивает процесс выветривания лишь теми эффектами действия указанных факторов, которые совершаются на месте и не сопровождаются перемещением материала. Однако большинство других авторов не следуют этому ограничительному толкованию и подчиняют выветриванию, чуть ли не все процессы денудации. Во всяком случае, очевидно, что сущность процессов выветривания отнюдь не определяется действием ветра, как это можно полагать при буквальном понимании русского термина.

Кора выветривания — это верхняя часть литосферы, попадая в которую, твердый массивный, материал более глубоких зон земной коры превращается в рыхлое пластическое состояние и увеличивает поверхность своего соприкосновения с газообразной, парообразной и жидкой средой более внешних оболочек земной коры.

Зона выветривания - та верхняя часть литосферы, которая в отдельных частях и в отдельные геологические моменты может слагаться из различного материала, как изверженных и метаморфических массивных, так и рыхлых осадочных пород, но в пределах которой процессы направлены в сторону разрушения и раздробления пород и образования коры выветривания.

2. Глобальные преобразования.

 

На дне океанов и морей преобладает процесс отложения осадков и там температура, и давление являются относительно постоянными. Но не очертания морей и материков в течение времени существования нашей планеты резко изменялись и изменяются ныне, и там, где теперь мы наблюдаем море, раньше могла быть и в будущем может быть суша. И, рассматривая этот процесс разрушения горных пород в историко-геологическом масштабе, мы должны признать его крупнейшим фактором превращения материи, характерным для поверхностной части литосферы.

Переход горных пород из массивного в кластическое состояние или, как говорят, выветривание массивных пород, не ограничивается изменением лишь только формы их, но связывается с целым рядом процессов движения и превращения материи. В самом деле, всякое раздробление массива, монолита горной породы или вообще глыбы твердого тела влечет за собой, прежде всего, увеличение свободной поверхности этого тела, т. е. поверхности раздела между ним и окружающей его средой. Но нам хорошо известно, что всякая поверхность раздела, т. е. граница между твердым и жидким или твердым и газообразным состоянием материи обладает совершенно особыми физико-динамическими свойствами, и эти свойства проявляют себя количественно тем больше и качественно тем ярче, чем больше отношение поверхности раздела к ограничиваемой ею массе, т. е., иными словами, чем больше удельная поверхность. Колоссальное возрастание общей и удельной поверхности по мере размельчения твердого тела общеизвестно. Громадное количество молекулярных сил, которые до раздробления твердого тела уравновешивались между собой внутри его, после раздробления вступают во взаимодействие с новой средой, и, естественно, чем больше поверхность соприкосновения с этой новой материальной средой, тем успешнее протекают эти взаимодействия. Нам известны многочисленные примеры этих воздействий и проявлений поверхностных сил. Сюда относится поглощение поверхностью газов, паров и ее сцепление с жидкими телами, но самым замечательным и существенным моментом в превращении материи является то обстоятельство, что, достигая известных размеров удельной поверхности, твердые тела, оставаясь таковыми, т. е. не растворяясь и не переходя в жидкое состояние, приобретают способность вступать своей поверхностью во взаимодействия с диссоциированными ионами растворов — иначе говоря, начинают принимать участие в реакциях химического характера. С другой стороны, хорошо известно также, что в прямой связи с увеличением удельной поверхности находятся процессы распыления и растворения твердых тел. Как бы ни был велик удельный вес какого-либо твердого тела, например, железа или меди, но путем размельчения куска такого металла его можно превратить в такой тонкий порошок, который не будет тонуть в воде. Отношение поверхности отдельной крупинки такого порошка к массе этой же крупинки достигает настолько крупных размеров, что совокупность поверхностных сил сцепления, возникающих между крупинкой и облекающей ее водой, значительно преобладает над весом ее (силой тяжести). И крупинка или остается в воде во взвешенном состоянии или же падение ее совершается со скоростью бесконечно малой величины и практически не улавливается наблюдением.

Так совершается распыление твердой материи не только в жидкой, но и в газообразной среде. И так как взаимодействие между поверхностью распыленной твердой частицы и жидкостью по мере уменьшения частицы возрастает, то неудивительно, что это состояние физического распыления постепенно переходит в диссоциацию, т. е. распад молекул на ионы, иначе говоря, в химическое растворение. Все это делает очевидным, что всякая классическая твердая масса при прочих равных условиях является более активной и деятельной, нежели то же количество массы, состоящей из, того же материала, но представленное в форме сплошной плотной глыбы.

Сера на земной поверхности.

 

Представим себе, что мы находимся где-либо в области действующих вулканических сил, хотя бы, например, в окрестностях Везувия, и наблюдаем действие сольфатор — выделение в парообразном состоянии ювенильной серы. Эти пары серы чуть ли не на наших глазах переходят сначала в жидкое, а потом в твердое состояние. Само собой разумеется, что этот процесс совершается при потере тепла. Образовавшаяся твердая сера не представляет на земной поверхности вполне устойчивого состояния. Рано или поздно, прямым химическим путем или при посредстве микроорганизмов она подвергается окислению, причем эта реакция окисления—соединения с кислородом — имеет экзотермический характер, т.е. сопровождается выделением тепла, и самый процесс окисления серы схематически можно выразить в следующей форме: S + 3O—> SO₃-j-432kdg,' т. е. соединение 32.06 г серы с 48 г кислорода образует 80.06 г серного ангидрида и сопровождается выделением 432 килоджоулей тепловой энергии. Но получившийся серный ангидрид совершенно неустойчив: он, прежде всего, жадно соединяется с водой, переходя в серную кислоту—также энергичный деятель на земной поверхности, дающий путем взаимодействия с различными солями и их основаниями сернокислые соли, причем и эти превращения также отмечаются выделением тепла:

Образующиеся сернокислые соли (сульфаты) более устойчивы, но и они стремятся перейти в наиболее устойчивое состояние.

Термохимические уравнения, иллюстрируют известный закон: сумма материи и энергии есть величина постоянная. Этот закон как бы противоречит закону Лавуазье. В действительности, однако, можно говорить смело и о равенстве масс в правой и левой части с той только оговоркой, что величина массы в 432 кдж. является настолько ничтожной и несоизмеримой с массами серы, кислорода и серного ангидрида, что в ее о вое уравнение S + 3O_>SO_a можно также считать безошибочным (масса, соответствующая 432 кдж., равняется 48 X Ю ⁹ г).форму, наименее растворимой соли—в данном случае сернокислый кальций:

Мы видим, таким образом, что ювенильная сера, достигшая земной поверхности, под влиянием кислорода воздуха и атмосферной воды претерпевает ряд превращений, изменяя как аггрегатное состояние, так и состав своих соединений с другими элементами, причем все эти превращения, сопровождаясь выделением тепловой энергии, приводят серу в состояние наиболее устойчивого и наиболее инертного в данных условиях соединения.

Сера на земной поверхности, в среде кислорода и в присутствии парообразной или капельно-жидкой воды, подобна камню, висящему над пропастью, заключает в себе запас некоторого количества потенциальной энергии. И как сорвавшийся камень и упавший на дно пропасти приходит в относительно покойное состояние, так и сера, расточив энергию во время своих превращений, переходит в наиболее инертное и наименее активное соединение. Мы имеем основание полагать, что приведенный пример характеризует вообще тот ряд превращений, которому подвергается материал ювенильного происхождения, когда он попадает на земную поверхность или в пределы коры выветривания. В результате таких экзотермических превращений выделяемая тепловая энергия должна отчасти переходить во внешние оболочки: гидросферу и литосферу, а отчасти рассеиваться в мировом пространстве и принимать участие уже в процессах космического порядка, а в коре выветривания должны накопляться наиболее инертные и малоподвижные состояния материи. И это отчасти подтверждается большим распространением на земной поверхности и в пределах коры выветривания кислородных, водных, карбонатных и других солеобразных соединений, которые, являясь результатом взаимодействия элементов литосферы с кислородом, водой и углекислотой атмосферы, действительно представляют собой мало активные соединения, соединения, если и способные вступать в реакции, то преимущественно лишь при условии притока энергии извне.

Эти соединения, погружаясь в течение последующих веков вместе с пластами заключающих их осадочных пород в более глубокие оболочки земной коры опять изменяя свои формы состояния и подвергаясь, перегруппировке элементов, принимают новые запасы энергии и снова расточают и рассеивают ее при возвращении в кору выветривания.

Таким образом, как будто выходит, что как раздробление горных пород, приводящее их в более активное состояние, так и совокупность экзотермических реакций, охватывающих появляющиеся в коре выветривания ювенильные соединения — все это направлено к выделению энергии, которая, проявляя себя в пределах коры выветривания в разнообразных формах движений и взаимодействий, в конце концов, в большей или меньшей степени рассеивается в мировом пространстве.

 

3.2 Процессы образования обогащенных энергией активных эндотермических соединений и систем.

 

Было бы, однако, большим заблуждением характеризовать кору выветривания как только область рассеяния энергии и образования инертных соединений. В этом случае кора выветривания обратилась бы, в конце концов, в хранилище обесцененной косной неподвижной материи—в оболочку, самую возможность существования которой мы не так давно отрицали. И действительно, в этой же коре выветривания, как мы покажем это дальше, в громадном количестве и многообразии протекают и диаметрально противоположные процессы — процессы поглощения и накопления энергии — процессы образования обогащенных энергией активных эндотермических соединений и систем.

Тот, кому приходилось когда-либо спускаться на пароходе от гор Сретенска вниз по Шилке, по всей вероятности помнит так называемые «Цагаянские дымящиеся горы». Он помнит, понятно, что это, прежде всего не горы, а лишь высокий, крутой обрыв левого берега Шилки, сложенный в этом месте мощной толщей слоистых песков и песчаников. Днем верхняя часть некоторой полосы этого берега выделяет клубы дыма, особенно обильные и густые после дождя, когда они низко стелются над рекой и окутывают пароход, затрудняя дыхание у находящихся на палубе пассажиров. Ночью место выделения дыма обозначается причудливой формы подвижными светящимися пятнами, которые время от времени рассыпаются и огненными змейками сбегают вниз по откосу берега.

Некоторое время это явление считалось загадочным, и высказывалось даже мнение, что здесь имеет место вулканический процесс, но после выяснилось, что в цагаянских песчаниках встречаются пласты лигнита и при постепенном разрушении вышележащего песчаника, когда над лигнитом остается сравнительно небольшой слой рыхлого песка, происходит его самовозгорание, что и является причиной появления дыма. Само собой разумеется, что и в этом случае горение (окисление) сопровождается расходом некоторого количества (тепловой) энергии, но на этот раз расходуется не ювенильрая энергия материи, пришедшей из глубин земной коры, а энергия космическая, предварительно собранная и накопленная особой формой материи — живым веществом.

В самом деле, нам известно, что необходимым условием жизни и развития зеленых растений является не только определенное количество тепла, но и света. Солнечное тепло и свет небесных тел — эти формы космической лучистой энергии, которую получает наша планета, поглощаются зелеными растениями в процессе их питания и служат для образования (синтеза) из поступающих в организм растения углекислоты, воды и минеральных элементов почвы новых богатых энергией (эндотермических) соединений: крахмала, клетчатки, сахара, белков и пр. Зеленые растения передают эти соединения другим растительным организмам (паразитам и сапрофитам) и травоядным животным, эти последние плотоядным, а все организмы вообще многочисленным микроорганизмам тления и гниения и таким путем конденсированная космическая энергия распространяется на нашей планете в особой форме «живого вещества».

Размножение и распространение организмов является, следовательно, фактором умножения и распределения на земле поглощенной космической энергии. В связи с теми многообразными превращениями, которые испытывает живое вещество и образуемые им органические соединения, эта энергия принимает различные формы: кинетической, тепловой, химической и др. и вовлекает, как мы увидим дальше, во взаимодействия различные элементы и литосферы, и гидросферы, и атмосферы. Лигнит, обогащенный углеродом, продукт превращения растительных остатков, является лишь одной из многочисленных форм накопления космической энергии. Его горение, так же, как дыхание живых организмов и как тление их трупов и остатков, сопровождается выделением тепла и, следовательно, некоторым рассеянием энергии. Но не следует забывать, что одновременно мириады крупных и мелких организмов, населяющих землю и воду, неизменно поглощают космическую энергию и приобщают ее к процессам, совершающимся на земле.

 

Растворение веществ.

 

По мере возрастания степени раздробленности выветривающейся горной породы в водные растворы и газовую фазу постепенно переходят компоненты, которые были связаны в минералах горных пород. Воды, мигрирующие в коре выветривания, благодаря этому приобретают определенный состав, отражающий особенности пород и стадию выветривания. Кислые породы относительно легко отдают в раствор Li, В, Na, C1, К, Si, A1. Воды, проходящие через основные породы, легче обогащаются соединениями Mg, Ca, Ni, Си. Поэтому циркулирующие в породах растворы в одних случаях относительно богаты щелочами и кремнеземом, а в других — щелочными землями.

В изверженных породах также имеются газы в поглощенной форме или в виде пузырьков: С1, СО и СО₂ и H2S, N и др. При разрушении эти породы отдают закись углерода, углекислоту, сероводород, метан, водород, азот, хлор, пары соляной кислоты, аргон.

4. Горные породы и их роль в почвообразовании.

 

Литосфера, т. е. твердая оболочка земного шара, состоит из закономерных ассоциаций различных минералов, образующих определенные типы горных пород. Верхние горизонты этих пород под воздействием климатических и биологических факторов превращаются в почвы. Различия в свойствах почвообразующих горных пород унаследуются почвами. Однотипные почвы, образовавшиеся на неодинаковых горных породах; всегда различаются.

Особенно велико влияние горных пород на начальных стадиях почвообразовательного процесса. Механические свойства горных пород, их плотность и проницаемость, минералогический состав, и химические особенности существенно сказываются скорости и направлении почвообразовательного процесса. Первоначальный запас горных породах фосфора, кальция, серы, калия и других элементов в значительной степени определяет уровень и устойчивость естественного плодородия почв, особенно во влажном климате. При равнинном рельефе вариации свойств почвообразующих пород обычно незначительны. В странах горного рельефа пестрота горных пород исключительно велика, и там прямое их влияние на особенности почвообразования наиболее резко выражено.

Горные породы обычно разделяют на три большие группы: магматические (или массивно-кристаллические), осадочные и метаморфические.

Магматические породы.

 

Массивно-кристаллические породы представляют собой охлажденную и затвердевшую магму, которая вышла на поверхность земли или застыла в виде обширных тел на глубинах. Эти горные породы, как правило, имеют очень плотную массивную структуру, кристаллическое или скрытокристаллическое зернистое строение. По химическому составу они слагаются главным образом из соединений кремния, алюминия, железа, щелочей, магния и кальция. Однако в различных горных породах этого типа соотношение названных компонентов значительно варьирует. Так, в зависимости от содержания и соотношения соединений кремния и щелочей, с одной стороны, железа, кальция и магния — с другой, различают магматические породы кислые и основные. В. целом магматические породы резко отличаются от осадочных.

Кислые магматические породы включают граниты, гранулиты, пегматиты, риолиты, липариты и др. Для них характерно высокое содержание кремнезема (63—77 вес.% SiCb), заметное количество натрия и калия, небольшое содержание железа, ничтожное — кальция и магния, относительно повышенное — фтора и бора. Кислые магматические породы обычно окрашены в светлые и буроватые тона; в них отчетливо различаются кристаллы кварца, полевых шпатов, слюд. Породы содержат повышенное количество рубидия, бария, редких земель, иттрия, молибдена, циркония, урана, радия. В то же время кислые изверженные породы отличаются малым содержанием хрома, цинка, никеля, кобальта, меди, титана. Кислые магматические породы содержат большое количество газов, которые при нагревании могут быть выделены (СО, СОг, H^S, СНз, Н, N, Cl, HC1).

Продукты выветривания и почвы, образующиеся из кислых магматических пород, например гранитов, особенно на ранних стадиях выветривания отличаются рыхлостью, песчанистостью и гравийным характером материала, более или менее достаточным содержанием калия, связанного с минералами группы слюд. Однако в условиях очень влажного климата, при сильном выщелачивании атмосферными осадками почвы, образующиеся из горных пород кислой магмы, быстро утрачивают плодородие и приобретают повышенную кислотность вследствие интенсивного вымывания щелочных и щелочноземельных металлов.

Основные магматические породы, включающие базальт, перидотит, дунит, габбро, характеризуются низким содержанием кремнезема (40— 60 вес.%). Большая часть этого кремнезема связана в алюмосиликатных минералах. Свободный кремнезем в виде кварца содержится лишь в Небольшом количестве. Основные магматические породы в отличие от кислых относительно богаты соединениями железа, марганца, хрома, кобальта, цинка, титана, никеля, меди. Они мало содержат циркония, иттрия, редких земель, бария, рубидия, лития, радия. Горные породы щелочной магмы отличаются очень темной, иногда черной окраской, что объясняется отсутствием кварца и преобладающим содержанием темно-окрашенных минералов, таких, как оливин и др. Продукты выветривания и почвообразования на горных породах щелочной магмы обычно быстро приобретают глинистый характер, длительное время сохраняют щелочную и нейтральную реакцию, отличаются повышенным содержанием почвенного гумуса и вторичных глинных минералов монтмориллонитового типа (рис. 32); почвы, образовавшиеся на таких породах, отличаются высоким и относительно устойчивым плодородием даже в условиях влажного тропического климата.

Между двумя основными группами массивно-кристаллических магматических пород — кислыми и основными — существует ряд переходных групп, среди которых некоторые ближе к основным породам, например андезиты и диабазы, а некоторые, например диориты, наоборот, ближе к породам кислой магмы.

Граниты и близкие к ним породы кислой магмы на севере Европы образуют так называемый Фенно-Скандинавский щит. Обширные пространства заняты гранитами и риолитами в Южном Китае, Латинской Америке (особенно в Бразилии) и Африке. В двух последних широко распространены древние граниты, которые вышли на поверхность в результате длительной эрозий денудации.

Основные породы — базальт, андезит и вулканическая лава являются субстратом современного почвообразования в Западной Грузии, Армении, Турции. Очень большие территории Центральной Индии, так называемое Деканское плато, заняты породами этого же типа. Именно на переотложенных продуктах выветривания этих пород образовались знаменитые по своему плодородию темноокрашенные почвы, так называемые регуры (черные хлопковые почвы). Основные изверженные породы часто встречаются на территории Сибири, Японии, Австралии, Эфиопии, Египта, Чили и Мексики, а также на территориях всех областей третичного, четвертичного и современного вулканизма в Латинской Америке, Африке, Азии и особенно на островах Тихого океана, таких, как Гавайские, Галапагосские и др.

Среди массивно-кристаллических пород преобладают (47%) кислые, т. е. граниты и близкие к ним породы, андезиты составляют 24%, а типичные основные породы — базальты занимают по распространенности третье место и составляют 21%.

 

Метаморфические породы.

 

Метаморфические породы являются как бы переходными между осадочными и массивно-кристаллическими магматическими породами. Если древние осадочные породы после погружения местности подвергались высокому давлению и воздействию особо высоких температур, они могли приобрести сходство с магматическими породами, хотя черты их осадочного происхождения не вполне исчезали. Таковы мрамор, кварциты, сланцы, конгломераты. В числе метаморфических пород особенно важны гнейсы, минералогически и химически близкие к гранитам. Надо отметить, что на поверхности земного шара и гнейсы, и метаморфизированные глинистые сланцы занимают вместе с гранитами, гранулитами и пегматитами огромные поверхности. Не исключено, что сами граниты являются продуктами древнего выветривания, седиментации и глубокого метаморфизма.

 

Заключение.

 

Различия в свойствах почвообразующих горных пород отражаются на характеристиках почв. Однотипные почвы, образовавшиеся на неодинаковых горных породах; всегда различаются.

Массивно-кристаллические горные породы, как правило, имеют очень плотную массивную структуру, кристаллическое или скрытокристаллическое зернистое строение, в условиях очень влажного климата, при сильном выщелачивании атмосферными осадками почвы, образующиеся из горных пород кислой магмы, быстро утрачивают плодородие и приобретают повышенную кислотность вследствие интенсивного вымывания щелочных и щелочноземельных металлов. Продукты выветривания и почвы, образующиеся из кислых магматических пород, например гранитов, особенно на ранних стадиях выветривания отличаются рыхлостью, песчанистостью и гравийным характером материала.Метаморфические породы являются как бы переходными между осадочными и массивно-кристаллическими магматическими породами.Хотя изверженные породы широко распространены, все же основные прверхности земной суши покрыты осадочными породами. Поэтому можно считать, что в современную эпоху почвообразовательный процесс происходит главным образом на осадочных породах.

Список литературы

 

1. Ковда, Основы учения о почвах М., 1981.

2. Самойлова, Почвообразующие породы М., 1983.

3. Полыванов, Кора выветривания Л., 1934.

Введение

 

Важнейшим звеном геологического круговорота веществ на Земле является процесс выветривания горных пород и формирования коры выветривания. Соответственно протекающим в зоне выветривания поглощению и рассеянию энергии, все процессы и реакции, совершающиеся в ее пределах, можно разделить на две категории: выделяющие энергию — экзоэнергетические и поглощающие энергию — эндоэнергетические. Эти экзо- и эндоэнергетические взаимодействия, тесно переплетаясь одни с другими, и создают те частные циклы и те части общих циклов превращения материи, которые свойственны коре выветривания.

1. Основные понятия.

 

Выветривание — то разрушение и те превращения минералов и горных пород, которые совершаются под влиянием действия солнца, агентов атмосферы, организмов и растворов, образующихся при выпадении атмосферной воды и ее циркуляции в верхней оболочке литосферы. Известный географ А. Пенк ограничивает процесс выветривания лишь теми эффектами действия указанных факторов, которые совершаются на месте и не сопровождаются перемещением материала. Однако большинство других авторов не следуют этому ограничительному толкованию и подчиняют выветриванию, чуть ли не все процессы денудации. Во всяком случае, очевидно, что сущность процессов выветривания отнюдь не определяется действием ветра, как это можно полагать при буквальном понимании русского термина.

Кора выветривания — это верхняя часть литосферы, попадая в которую, твердый массивный, материал более глубоких зон земной коры превращается в рыхлое пластическое состояние и увеличивает поверхность своего соприкосновения с газообразной, парообразной и жидкой средой более внешних оболочек земной коры.

Зона выветривания - та верхняя часть литосферы, которая в отдельных частях и в отдельные геологические моменты может слагаться из различного материала, как изверженных и метаморфических массивных, так и рыхлых осадочных пород, но в пределах которой процессы направлены в сторону разрушения и раздробления пород и образования коры выветривания.

2. Глобальные преобразования.

 

На дне океанов и морей преобладает процесс отложения осадков и там температура, и давление являются относительно постоянными. Но не очертания морей и материков в течение времени существования нашей планеты резко изменялись и изменяются ныне, и там, где теперь мы наблюдаем море, раньше могла быть и в будущем может быть суша. И, рассматривая этот процесс разрушения горных пород в историко-геологическом масштабе, мы должны признать его крупнейшим фактором превращения материи, характерным для поверхностной части литосферы.

Переход горных пород из массивного в кластическое состояние или, как говорят, выветривание массивных пород, не ограничивается изменением лишь только формы их, но связывается с целым рядом процессов движения и превращения материи. В самом деле, всякое раздробление массива, монолита горной породы или вообще глыбы твердого тела влечет за собой, прежде всего, увеличение свободной поверхности этого тела, т. е. поверхности раздела между ним и окружающей его средой. Но нам хорошо известно, что всякая поверхность раздела, т. е. граница между твердым и жидким или твердым и газообразным состоянием материи обладает совершенно особыми физико-динамическими свойствами, и эти свойства проявляют себя количественно тем больше и качественно тем ярче, чем больше отношение поверхности раздела к ограничиваемой ею массе, т. е., иными словами, чем больше удельная поверхность. Колоссальное возрастание общей и удельной поверхности по мере размельчения твердого тела общеизвестно. Громадное количество молекулярных сил, которые до раздробления твердого тела уравновешивались между собой внутри его, после раздробления вступают во взаимодействие с новой средой, и, естественно, чем больше поверхность соприкосновения с этой новой материальной средой, тем успешнее протекают эти взаимодействия. Нам известны многочисленные примеры этих воздействий и проявлений поверхностных сил. Сюда относится поглощение поверхностью газов, паров и ее сцепление с жидкими телами, но самым замечательным и существенным моментом в превращении материи является то обстоятельство, что, достигая известных размеров удельной поверхности, твердые тела, оставаясь таковыми, т. е. не растворяясь и не переходя в жидкое состояние, приобретают способность вступать своей поверхностью во взаимодействия с диссоциированными ионами растворов — иначе говоря, начинают принимать участие в реакциях химического характера. С другой стороны, хорошо известно также, что в прямой связи с увеличением удельной поверхности находятся процессы распыления и растворения твердых тел. Как бы ни был велик удельный вес какого-либо твердого тела, например, железа или меди, но путем размельчения куска такого металла его можно превратить в такой тонкий порошок, который не будет тонуть в воде. Отношение поверхности отдельной крупинки такого порошка к массе этой же крупинки достигает настолько крупных размеров, что совокупность поверхностных сил сцепления, возникающих между крупинкой и облекающей ее водой, значительно преобладает над весом ее (силой тяжести). И крупинка или остается в воде во взвешенном состоянии или же падение ее совершается со скоростью бесконечно малой величины и практически не улавливается наблюдением.

Так совершается распыление твердой материи не только в жидкой, но и в газообразной среде. И так как взаимодействие между поверхностью распыленной твердой частицы и жидкостью по мере уменьшения частицы возрастает, то неудивительно, что это состояние физического распыления постепенно переходит в диссоциацию, т. е. распад молекул на ионы, иначе говоря, в химическое растворение. Все это делает очевидным, что всякая классическая твердая масса при прочих равных условиях является более активной и деятельной, нежели то же количество массы, состоящей из, того же материала, но представленное в форме сплошной плотной глыбы.

Свойства и особенности коры выветривания.

 

Разрушение и раздробление массивных горных пород есть, таким образом, процесс перехода материи в более активное состояние. При этом процессе меняется форма материи и энергии. И такой трансформации подвергается как поглощаемая горными породами космическая и в особенности солнечная энергия, так и внутренняя энергия частичных сил, присущая твердому состоянию материи и как бы освобождаемая при его раздроблении.

Этот процесс, являясь чрезвычайно знаменательным и характерным для верхней оболочки литосферы, естественно обособляет эту оболочку от остальной ее массы, и эту-то обособленную оболочку мы и будем называть корой выветривания.

Итак, кора выветривания есть та верхняя часть литосферы, которая слагается рыхлыми продуктами раздробления изверженных и метаморфических пород.

Сопоставляя плотность этих изверженных и метаморфических пород с рыхлым состоянием коры выветривания, жидким состоянием гидросферы и газообразным атмосферы, мы убедимся, что по мере передвижения из глубин земной коры к ее периферии, материя стремится принять все более и более рассеянное или, иначе говоря, дисперсное состояние. И можно сказать, что различие между этими оболочками заключается, по преимуществу, в степени дисперсности материи. Количественный характер этого различия выявляется особенно ярко, если принять во внимание, что минералы изверженных и метаморфических пород заключают в себе рассеянные пузырьки жидкостей, паров и газов, что водные растворы, пары и газы циркулируют между твердыми частицами рыхлой коры выветривания, а атмосфере и гидросфере свойственны, как известно, распыленные твердые тела. Итак, каждая из этих оболочек представляет своеобразную сложную дисперсную систему, и эти дисперсные системы отличаются одна от другой не только по степени дисперсности материи, но и по свойствам дисперсионной среды и рассеянной в ней дисперсной фазы.

В глубоких частях литосферы дисперсионной средой является твердая масса, а дисперсная фаза представлена рассеянными включениями жидкостей и газов; гидросфера имеет своей дисперсионной средой жидкую воду, а дисперсными фазами здесь являются растворенные газы и твердые тела; атмосфера — газообразная среда с распыленными парами и твердыми телами. У этих оболочек границы между дисперсионной средой и дисперсными фазами ясны и достаточно определенны. Что же касается коры выветривания, то она как раз характеризуется неопределенностью этих границ, и в ее пределах переходы дисперсионной среды в дисперсную фазу обычны на сравнительно небольших пространствах. Так, например, в песке с порозностью в 30—40°/о дисперсионной средой является, несомненно, твердая масса, но в наносах, у которых порозность достигает 60°/о и более, твердая масса уже переходит в дисперсную фазу, а воздух или вода, заключенные в порах, становятся дисперсионной средой.

Все эти свойства и особенности коры выветривания являются, как мы это видели, результатом ее рыхлого раздробленного состояния. Но как ни значительно и ни характерно это состояние для коры выветривания, все же ни это состояние само по себе, ни те следствия, которые непосредственно из него вытекают, не являются достаточным материалом не только для полной, но и для общей характеристики этой оболочки. И для того, чтобы завершить эту характеристику, необходимо обратить внимание и на некоторые другие категории явлений.

 

Сера на земной поверхности.

 

Представим себе, что мы находимся где-либо в области действующих вулканических сил, хотя бы, например, в окрестностях Везувия, и наблюдаем действие сольфатор — выделение в парообразном состоянии ювенильной серы. Эти пары серы чуть ли не на наших глазах переходят сначала в жидкое, а потом в твердое состояние. Само собой разумеется, что этот процесс совершается при потере тепла. Образовавшаяся твердая сера не представляет на земной поверхности вполне устойчивого состояния. Рано или поздно, прямым химическим путем или при посредстве микроорганизмов она подвергается окислению, причем эта реакция окисления—соединения с кислородом — имеет экзотермический характер, т.е. сопровождается выделением тепла, и самый процесс окисления серы схематически можно выразить в следующей форме: S + 3O—> SO₃-j-432kdg,' т. е. соединение 32.06 г серы с 48 г кислорода образует 80.06 г серного ангидрида и сопровождается выделением 432 килоджоулей тепловой энергии. Но получившийся серный ангидрид совершенно неустойчив: он, прежде всего, жадно соединяется с водой, переходя в серную кислоту—также энергичный деятель на земной поверхности, дающий путем взаимодействия с различными солями и их основаниями сернокислые соли, причем и эти превращения также отмечаются выделением тепла:

Образующиеся сернокислые соли (сульфаты) более устойчивы, но и они стремятся перейти в наиболее устойчивое состояние.

Термохимические уравнения, иллюстрируют известный закон: сумма материи и энергии есть величина постоянная. Этот закон как бы противоречит закону Лавуазье. В действительности, однако, можно говорить смело и о равенстве масс в правой и левой части с той только оговоркой, что величина массы в 432 кдж. является настолько ничтожной и несоизмеримой с массами серы, кислорода и серного ангидрида, что в ее о вое уравнение S + 3O_>SO_a можно также считать безошибочным (масса, соответст<