12 Вопрос. Выветривание минералов и горных пород. Виды выветривания.

Выветривание – это совокупность сложных процессов качественного и количественного преобразования горных пород и слагающих их минералов, приводящих к образованию продуктов выветривания. Выветривание происходит за счёт действия на литосферу гидросферы, атмосферы и биосферы. Если горные породы длительное время находятся на поверхности, то в результате их преобразований образуется кора выветривания. Процессы выветривания относят к экзогенным процессам – процессам разрушения, переноса и отложения горных пород и минералов, происходящие на поверхности Земли под влиянием сил денудации – тепла, воздуха, ветра, воды и льда, силы тяжести. Различают три вида выветривания: физическое (лёд, вода и ветер), химическое и биологическое.

Физическое выветривание – это процесс раздробления кристаллических горных пород и минералов на более мелкие обломки без изменения химического состава. При физическом выветривании наибольшее значение имеют сезонная и годовая разницы температур.Горные породы на поверхности суши остывают и нагреваются быстрее, чем на глубине. При нагревании горные породы расширяются, при остывании сжимаются, причем в верхних слоях – больше, чем в нижних, вызывая появление вертикальных и горизонтальных микротрещин. Процесс разрушения усиливается при конденсации и замерзании воды в трещинах, поскольку при замерзании объем воды увеличивается .В результате горная порода покрывается трещинами и с течением времени рассыпается на более мелкие обломки. В результате физического выветривания образуются обломки самых различных размеров, обладающих способностью пропускать воду и воздух, а при сильном измельчении – задерживать их. Большое физическое разрушение пород производит ветер.

Химическое выветривание – это процесс, протекающий под влиянием химического воздействия на породы главным образом кислорода, воды и углекислоты, и приводящий к изменению размеров и химического состава отдельных частиц выветривающихся пород.

Все минералы, образующиеся в земной коре, представлены химическими соединениями разной степени сложности. Процессы физического выветривания, вызывая измельчение горных пород и минералов, увеличивают площадь соприкосновения их с водой и воздухом. Причем увеличение площади соприкосновения происходит очень быстро. При химическом выветривании наиболее распространенными являются реакции окисления, гидратации и дегидратации, гидролиза, растворения и обмена. В результате окисления происходит присоединение кислорода.

Чаще всего окисляются соли металлов, особенно железа. Например, пирит при взаимодействии с кислородом и водой претерпевает следующие изменения:

1. Окисление:

2FeS₂ + 7O₂ + 2H₂O = 2FeSO₄ + 2H₂SO₄;

Пирит

12FeSO₄ + 6H₂O+3O₂ = 4Fe₂(SO₄)₃ + 4Fe(OH)₃

2Fe₂(SO₄)₃ + 9H₂O = 2Fe₂O₈·3H₂O + 6H₂SO₄.

лимонит

В результате реакций образуются лимонит (минерал красного цвета) и серная кислота. Лимонит обладает способностью впитывать воду.

2. Гидратация – реакция, протекающая с присоединением воды. Например, окись железа – гематит (красная железная руда), взаимодействуя с водой

2FeO₃+ ЗН₂О = 2Fe₂O₃ ·ЗН₂О

гематит лимонит

образует гидроокись или тот же лимонит.

2. Дегидратация – процесс обратной гидратации, протекающий обычно в сухих условиях.

3. Гидролиз – реакция взаимодействия алюмосиликатов с водой и углекислотой, сопровождающаяся отщеплением катионов Са²⁺, Mg²⁺- или К⁺ из минералов с одновременным замещением их водородом.

В земной коре наиболее распространены полевые шпаты, которые в условиях влажного климата, взаимодействуя с водой и углекислотой, превращаются в каолинит по схеме:

К₂О ·А1₂О₃. ·6 Si O₂  ·+  2HOH  → Н₂О ·А1₂О₃ ·6Si O₂ + 2KOH.

Биологическое выветривание – это процесс изменения горных пород под влиянием организмов, продуктов их жизнедеятельности и продуктов разложения органических веществ.

При физическом и химическом выветриваниях все простые соли вымываются водой и уносятся сначала в реки, а затем в моря и океаны. При биологическом выветривании растения и микроорганизмы избирательно поглощают часть водорастворимых солей, закрепляя их в форме органического вещества.

Разрушение горных пород происходит под влиянием различных ферментов, имеющих кислую или щелочную реакцию, органических кислот и оснований. Огромную ролько в данном процессе играют- бактерии, грибы, актиномицеты, лишайники, землерои.Таким образом, при биологическом выветривании происходит физическое разрушение и дробление горных пород и минералов, а также их химическое преобразование, т.е. осуществляется их биохимическое разложение с образованием вторичных минералов и комплексных органо-минеральных соединений, большая часть которых закрепляется в верхних слоях почв. Биологическое выветривание относится к почвообразовательным процессам.

Под влиянием всех процессов выветривания образуется более или менее мощный слой коры выветривания, который может состоять из крупных обломков первичных минералов и горных пород, очень мелких частиц вторичных глинистых минералов, окислов и гидроокисей, минералов, находящихся в промежуточных стадиях разложения. Наиболее устойчив из них кварц, наименее устойчивы — простые соли.