50. Геохімія процесів вивітрювання

Вивітрювання це перший процес на шляху перетворення кристалічної породи в осадову. Вивітрювання відноситься до гіпергенних процесів. Під гіпергенезом розуміється зміна гірських порід на поверхні Землі на кордоні літосфери, гідросфери та атмосфери. Параметри зони гіпергенезу: Т від -60 до +60 оС, P-1-25 атм; характерні високі концентрації О2, СО2 і Н2О. Вивітрювання включає фізичні, біологічні та хімічні процеси, але безсумнівно домінуючу роль відіграє хімічне вивітрювання. Прикладами фізичного вивітрювання є льодовиковевспахування, розтріскування через різницю температур, фізичний вплив води-замерзання води в тріщинах, і, нарешті, вивітрювання в пустелях при нестачі води під дією переважно вітрової ерозії це теж в основному фізичний процес. Хімічне вивітрювання. Головний фактор хімічного вивітрювання це вода з розчиненими газами.Особливо важливі п'ять типів хімічних процесів: 1) розчинення, 2) гідроліз, 3) іонний обмін, 4) окислювання 5) органічні реакції.

Розчинення - перехід мінералів у форму іонного або колоїдного розчину, є найбільш простим процесом. Утворення розчинності більшості породоутворюючих мінералів дуже мало, і вони практично не розчиняться, виключення з поширених мінералів являє галіт. Розчинність гіпсу в 40 разів менше ніж Галіту.Цікавий кальцит, який погано розчиняється у чистій воді, але в природі його розчинення протікає у великих масштабах завдяки розчиненого у воді двоокису вуглецю - вуглекислоти. СО2 потрапляє в природні води з атмосфери і в результаті при поверхневого окиснення органічної речовини. Чим більше у воді вміст СО2, тим сильніше розчиняється кальцит, це відбувається по реакції: CaCO3 + H2CO3 <-> 2HCO3-+ Ca2 +.\Кальцит, арагоніт, магнезит і доломіт розчиняються однаковим чином, але останні повільніше. Кварц розчиняється шляхом реакції гідратації: SiO2 +2 H2O <-> H4SiO4, при низькому рН розчинність кварцу дуже мала, але при рН> 9 кремнієва кислота, як дуже слабка кислота, слабо дисоціює, що збільшує розчинність кварцу.

H4SiO4 - H + + H3SiO4- Основна частина розчиненого в природних водах кремнезему надходить в них не внаслідок розчинення кварцу, а в результаті інших реакцій вивітрювання.Гідроліз це реакції хімічних сполук з водою з утворенням слабких кислот (H2CO3) або слабких основ (NH4OH). Наприклад, у випадку гідролізу силікатів кремнієва кислота утворюється з реакції типу:ь Mg2SiO4 (Форстер) +4 H2O <-> 2Mg2 + +4 OH-+ H4SiO4 Оскільки у воді знаходиться розчинений вуглекислий газ, загальна реакція гідролізу матиме вигляд: Mg2SiO4 + 4H2CO3 <-> 2Mg2 + + 4HCO3-+ H4SiO4 Вивітрювання інших силікатних мінералів відноситься до такого ж типу реакцій. При гідролізі алюмосилікатів в якості додаткових продуктів реакції (крім кремнієвої кислоти) утворюються глинисті мінерали: 4NaAlSi3O8 (альбіт) + 4H2CO3 +18 H2O <-> 4Na + + 8 H4SiO4 + Al4Si4O10 (OH) 8 (каолініт) +4 HCO3- Частина кремнезему, що звільняється при гідролізі, може переходити в розчин у формі колоїду. (Колоїд - проміжний стан речовини між кристалічною речовиною та істинним розчином. Розмір колоїдних частинок - 10-5 -10-7 см, зберігається поверхня розділу між часткою і середовищем-водою, висока міцність зв'язку між частинками і водою, ще не істинний розчин. Колоїди володіють сорбційними властивостями – поглинають поверхнею і об'ємом інші розчинені речовини, у тому числі іони протилежного заряду. У зоні гіпергенезу переважають негативно заряджені колоїди, які сорбують катіони металів.) В цілому хімічне вивітрювання силікатних мінералів і порід здійснюється за рахунок вмісту СО2 у грунтових водах. Кварц, калієвий шпат і калієві слюди належать до порівняно інертним в хімічному відношенні сполук, тоді як плагіоклаз і темноцветних мінерали є набагато більш реакційноздатними Іонообмінних реакції набувають важливого значення після того, як при початкових реакціях гідролізу утворюються глинисті мінерали, здатні до інтенсивного іонного обміну міжярусних і поверхневих іонів з іонами розчину.