ЛЕКЦИЯ 5. Гипергенез и кора выветривания

Горные породы, сформировавшиеся в недрах Земли, могут достигать ее поверхности. В этом случае они попадают в условия, которые отличаются от тех, в которых они сформировались. В новых условиях массивные горные породы теряют первоначальную физическую и химическую устойчивость - начинается процесс их разрушения. Весь комплекс физико-химических явлений, происходящих на поверхности Земли, А.Е.Ферсман назвал гипергенезом. В геологической литературе часто встречается старое название этого процесса - выветривание. Но выветривание это лишь часть комплекса явлений, связанная с деятельностью ветра, и его употребление правомерно только в этом узком понимании. Понятие же гипергенеза охватывает все многообразие процессов, которое можно разделить на физическое и химическое разрушение. Оба эти типа проявляются совместно, хотя в разных условиях один из них может преобладать над другим. Рассмотрим каждый из этих процессов.

Физическое разрушение или дезинтеграция - происходит в силу ряда причин.

1. Дилатация - означает расширение, растяжение - под этим термином понимают разрушение горных пород, связанное с их расширением. Это происходит, когда горные породы сформировавшиеся в условиях высоких давлений, попадают на поверхность Земли. Здесь величина давления резко падает до нормального атмосферного. Сжатые и уплотненные под высоким давлением горные породы, не испытывая внешнего давления начинают расширяться и при этом образуются трещины.

2. Температурное разрушение - вызвано суточными и сезонными колебаниями температуры. Предполагают:

- что разные породообразующие минералы обладают разными скоростями нагревания и охлаждения. Эта разница приводит к ослаблению сил сцепления между зернами минералов и растрескиванию горных пород;

- в горных породах в различном количестве всегда есть микротрешины и поры. В условиях низких температур, попавшая в них вода замерзая, увеличивается в объеме и тем самым оказывает давление, за счет которого микротрещины увеличиваются и это влечет растрескивание пород. В условиях сухого и жаркого климата, вода по трещинам устремляется к поверхности и испаряется. При этом могут кристаллизоваться соли, содержащиеся в воде, которые также оказывают давление на трещины и приводят к разрушению.

3. Механическое разрушение пород рас тениями - корневая система проникает по трещинам, расширяя и увеличивая их, что и приводит к разрушению пород.

4. Химическое разрушение - в поверхностных условиях происходят химические реакции, которые приводят к образованию новых минералов, устойчивых в этих условиях. Химическими реагентами являются поверхностные и подземные воды, часто минерализованные и содержащие О₂, СО₂ и т.п. Основные типы химического разрушения - растворение, окисление, гидратация и гидролиз. Рассмотрим их.

Растворение происходит под действием воды минералов и горных пород. Наиболее растворимы - карбонаты, галоиды, сульфаты. Образующиеся при этом пустоты в массиве горных пород приводят к обвалам и разрушению. Установлено, что химические элементы, входящие в состав горных пород, обладают разной способностью растворяться и выноситься, т.е. подвижностью. По этому признаку они группируются на:

Окисление происходит под действием кислорода и воды на минералы, в формулу которых входят Fe, Cu, Mn, Al. Наиболее интенсивно окисление наблюдается в сульфидах. Так для минерала пирита реакция проходит:

FeS₂ +mO₂ +nH₂O → Fe₂O₃. nH₂O (лимонит), большое количество которого над сульфидными месторождениями называют “железная шляпа”.

CuFeS₂ +H₂O+O₂ +CO₂ → Cu₂O+Cu₂ (CO₃)(OH)₂ +Fe₂O₃ nH₂O

Гидратация - процесс вхождения в кристаллическую решетку минералов молекулы воды. Типичный пример - превращение ангидрита в гипс: CaSO₄ +2H₂ O → CaSO₄ H₂O

Гидролиз - процесс разрушения кристаллической решетки под действием воды и ионов в силикатах и алюмосиликатах. Например, у полевых шпатов:

каркасная структура превращается в слоевую,

из кристаллической решетки выносятся растворимые соединения К, Na, Ca;

Процесс гидролиза проходит в несколько стадий, количество которых как и конечный продукт зависят от климатических условий. Так при умеренном климате ортоклаз превращается в каолинит, и на этом процесс завершается. Но если эта реакция происходит при жарком и влажном климате, то процесс гидролиза продолжается и каолинит переходит в боксит (окислы и гидроокислы Al).

В последние десятилетия геологи большое значение стали придавать процессам гипергенеза, происходящих под водой, с общим названием гальмиролиз. В результате образуются Fe-Mn-Si руды, глауконит и глины.

Рассмотренные различные процессы гипергенеза, как правило, протекают совместно. Но интенсивность каждого из них не одинакова и, зависит прежде всего от климата, т.е. от количества осадков и температуры. Н.М.Страхов (плакат) показал, как в разных климатических зонах изменяется соотношение между химическим и физическим процессами разрушения.

Продукты гипергенеза - минералы и горные породы. Они могут оставаться на месте или перемещаться в условиях расчлененного рельефа.

Элювий - это продукты физического разрушения, оставшиеся на месте после своего образования. Они представляют собой обломочный материал разного размера - от глыб (курумы) до элювиальных песков и глин.

Коллювий - те же продукты физического разрушения, но смещенные к подножию склона горы (осыпи, обвалы). Причем их перемещения быстрые.

Формирование коры выветривания