Химическое выветривание. : Геология
Опубликовано: 02.09.2018
Химическое выветривание обусловлено химическим взаимодействием горных пород с окружающей средой (вода, воздух). Поэтому чем больше поверхность соприкосновения этих двух сред, т. е. чем пористее и трещиноватее порода или чем больше она измельчена, тем интенсивнее она химически выветривается. Интенсивности химического выветривания способствует равнинный, слабо расчлененный рельеф, обусловливающий длительное сохранение продуктов выветривания и длительное воздействие на них агентов химического выветривания. Однако определяющую роль играют климатические условия. Наиболее благоприятен для химического выветривания жаркий и влажный тропический климат с высокой среднегодовой температурой, обильными осадками и чередованием дождливых и засушливых сезонов. В этих условиях химическое выветривание достигает конечных стадий; в умеренном климате оно замедляется, а в холодном (при многолетней мерзлоте) практически не происходит: там даже органическая ткань разлагается очень медленно (трупы животных в мерзлом грунте сохраняются почти без изменений в течение тысячелетий).
Главным фактором химического выветривания является поверхностная и грунтовая вода с растворенными в ней углекислотой и кислородом воздуха (в 1 л дождевой воды содержится до 30 см' газа, третью часть которого составляет кислород, десятую — углекислый газ и более половины — азот). Кроме того, дождевая и талая вода, просачиваясь через почву, насыщается органическими кислотами и минеральными соединениями, придающими ей окислительные или щелочные свойства. При взаимодействии с породами и продуктами их разрушения вода теряет одни составные части и обогащается другими, т. е. изменяет химический состав не только горных пород, но и свой и постепенно теряет химическую активность. Поэтому наиболее интенсивно химическое выветривание проявляется на поверхности. С глубиной, с потерей кислорода и углекислоты, а также с насыщением воды растворенными веществами, интенсивность химического выветривания снижается. Глубина действия химического выветривания определяется уровнем грунтовых вод, ниже которого вода почти лишена свободного кислорода. Обычно она не превышает 20—30 м. Однако в зонах тектонических нарушений, характеризующихся интенсивной трещиноватостью пород, вода, не теряя активности, быстро просачивается вниз и глубина химического выветривания значительно увеличивается (иногда до нескольких сотен метров).
Типы реакций при химическом выветривании различны в зависимости от состава горных пород, условий температуры и влажности и от характера самих химических процессов (с потерей, привносом или обменом вещества). При химическом выветривании могут происходить: окисление, гидратация, реже дегидратация, растворение, гидролиз, карбонатизация и восстановление. Некоторые реакции, например растворение хлористого натрия, эндотермические, а большая часть — экзотермические.
Окисление сопровождается переходом закисных низковалентных соединений в окисные высоковалентные и часто изменением синеватой и зеленоватой окраски минералов и пород на красную и желтую. Примером может служить окисление магнетита и переход его в гематит в условиях жаркого климата:
4F3O4 + O2 —► 6Fе2O3.
Окисление сопровождается разрушением кристаллической решетки магнетита и превращением его в аморфную массу, из которой образуется гематит. Замещение магнетита гематитом называется мартитизацией, а псевдоморфозы гематита по магнетиту — мартитом. Гидратация широко распространена в природе и выражается в образовании новых водных соединений путем адсорбции (поглощения поверхностью молекул вещества кристаллизационной воды). Характерна, например, гидратация ангидрита, который под воздействием подземных вод переходит в гипс.
Растворением называется способность молекул одного вещества распространяться вследствие диффузии в другом веществе без изменения их химического состава. Наиболее распространенный в природе растворитель — вода — никогда не бывает химически чистой. Она всегда содержит в растворе или в коллоидном состоянии различные вещества и в том числе большую часть известных химических элементов. Присутствие в воде водородных и гидроксильных ионов, кислорода и углекислоты сообщает ей окислительные свойства, а также усиливает ее окисляющее действие на горные породы и минералы. Все природные вещества растворяются в той или иной степени, но особенно некоторые осадочные породы — калийные и каменная соли, гипсы и известняки, в результате выщелачивания которых образуются огромные карстовые пустоты. Растворение очень широко распространено в природе. Например, только в Евразии ежегодный вынос реками в моря и океаны растворенных химических веществ оценивается в 337 млн. т.
Гидролиз обычно сопутствует растворению. Гидролизом называется обменное разложение вещества под влиянием гидролитической диссоциации воды, сопровождающееся разрушением и воссозданием кристаллических решеток минералов. Гидролизу широко подвергаются силикаты и алюмосиликаты, например полевые шпаты, переходящие в каолинит с промежуточной стадией их преобразования в слюду:
К2А12Si6O16+ЗН2O + СO2 —► Н4А12Si2O9+К2СO3+4SiO2 . nН2O;
Ортоклаз Каолинит
СаА12Si2O8+2Н2O+СO2 —►Н4А12Si2O9+СаСO3.
Плагиоклаз Каолинит
В тропиках процесс продолжается до латеритовой стадии:
Н4А12Si2O9 —► Н2А12O4 + SiO2 . nН2O
Каолинит Латерит
Так как алюмосиликаты и силикаты составляют более половины объема земной коры, гидролиз является одной из наиболее характерных и важных реакций химического выветривания.
В результате обобщения огромного материала по вопросам выветрива-ния Б. Б. Полынов разделил наиболее распространенные элементы горных пород по степени их растворимости и подвижности (по миграционной способности) на пять порядков (табл. 16).
ТАБЛИЦА 16
Миграционные ряды элементов и их состав
| Миграционные ряды элементов | Состав |
| Энергично выносимые |
Легко выносимые
Подвижные
Инертные (слабоподвижные)
Практически неподвижныеС1, (Вг, J), S
Са, Nа, Mg, К
SiO2 (в составе силикатов), Р, Мn
Fе, А1, Тi
SiO2 (кварца)
