Геологический цикл формирования горных пород

Экзогенные процессы
ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Цикл процессов, начинающийся с разрушения горных пород и завершающийся формированием новых горных пород из продуктов разрушения.
Экзогенные процессы происходят на земной поверхности (или в приповерхностных зонах).

В зависимости от условий:
Поверхностный (континентальный) гипергенез - комплекс явлений и процессов, происходящих непосредственно на поверхности суши или связанных с проникающими в толщи пород инфильтрационными водами;
Глубинный (подземный) гипергенез - комплекс явлений и процессов, происходящих ниже земной поверхности и связанных с воздействием подземных вод, движущихся по водоносным горизонтам или восходящих по проницаемым зонам (эти воды также имеют поверхностное происхождение);
Подводный гипергенез (или гальмиролиз) - комплекс явлений и процессов, происходящих на дне морей и океанов при взаимодействии морских вод с горными породами.
Поверхностная часть земной коры непрерывно подвергаемая воздействию различных экзогенных факторов и в которой горные породы стремятся войти в равновесие с непрерывно изменяющейся окружающей геологической средой называется зоной гипергенеза
Гипергенный процесс — предложенный в 20-годы ХХ в. академиком Ферсманом термин «гипергенный» для экзогенных образований, генетически связанных с процессами выветривания, то есть сформировавшихся в обстановке низких температур (+25° С) и давлений (1 атм.) при активном участии воды, насыщенной атмосферными газами, прежде всего кислородом.

Классификация экзогенных процессов
Выветривание – разрушение горных пород под воздействием разнообразных экзогенных факторов.
ОСАДОЧНЫЕ
II. Денудация – снос, удаление продуктов разрушения с места их образования.
Экзогенные процессы
Транспортировка – перенос продуктов разрушения на другое место.
Седиментация – осаждение, накопление перемещённого вещества.
Литификация – преобразование рыхлого осадка в прочную горную породу.

I. Выветривание
Экзогенные процессы
Продукты выветривания, залегающие на месте своего образования, называются элювий.
иными словами - к элювию относят продукты выветривания, не смещённые за пределы площади развития материнских пород, за счёт которых они образовались

Агенты выветривания - определённые вещества, объекты и явления, воздействие которых на горные породы приводит к разрушению последних:
солнечная радиация;
вода;
атмосферные газы (в первую очередь свободный кислород);
иные химические реагенты (кислоты, щелочи и т.д.);
живые организмы;
деятельность человека.
В зависимости от набора агентов и характера воздействия, можно выделить три типа выветривания:
1. физическое,
2. химическое,
3. органическое (биогенное).

1. Физическое выветривание
При нагревании любая порода расширяется, при охлаждении – сжимается. Результатом является образование всё большего и большего числа трещин. В конце концов изначально монолитная горная порода дезинтегрируется – распадается на обломки.
Распространяются на небольшую глубину – до 20-30 метров.
Экзогенные процессы
разрушение горной породы под воздействием солнечной радиации и температурных колебаний (нагревание или замерзание).

Экзогенные процессы
В результате физического выветривания образуются особые формы ландшафта. Если выветривание происходит в горной области, где имеются плоские, горизонтальные поверхности, то продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и более мелкого дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи и ландшафты беспорядочного нагромождения глыб, получившие название «каменных морей».
Характерным ландшафтом зон физического выветривания являются каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады.
Гаммады представляют собой нагромождения глыб и щебня, образующиеся за счёт выветривания горизонтально лежащих платов горных пород и выноса ветром пылеватых и песчаных продуктов их разрушения. Края пластов часто расчленены на останцы конусовидной формы, понижения между которыми заполнены россыпями каменных глыб и щебнем.

Процессы физического выветривания проявляются с различной интенсивностью в зависимости от сочетания внешних условий, к числу которых относятся:
Климат. Наиболее благоприятен для развития физического выветривания климат с резкими температурными контрастами, в особенности с большим суточными перепадами температур.
Растительный покров. Наличие растительного покрова предохраняет горные породы от воздействия прямых солнечных лучей и сглаживает температурные колебания. При отсутствии растительного покрова эрозионные процессы протекают интенсивнее.
Рельеф.
Экзогенные процессы
Свойства горных пород, влияющих на темпы физического выветривания:
особенности структуры,
минеральный состав,
окраска.

2. Химическое выветривание
является результатом химических взаимодействий горных пород с атмосферными газами, водой и растворёнными в ней веществами.
Ведущий фактор –
поверхностные и
подземные воды,
содержащие растворённые
кислород и др. химически
активные вещества.
Экзогенные процессы

При химическом выветривании осуществляются разнообразные типы химических реакций:
- Окисление – образование кислородных соединений, переход низковалентных соединений в высоковалентные
- Гидратация – реакция присоединения молекулярной воды.
Пример: образование гипса за счёт его безводного аналога – ангидрита:
CaSO4 + 2H2O = CaSO4⋅2H2O.
- Гидролиз – обменное разложение вещества с образованием гидроксилсодержащих минералов.
Экзогенные процессы
К числу более редких типов реакций, протекающих при химическом выветривании, относятся:
Дегидратация - потери молекулярной воды (в крайне сухом климате).
Восстановление - переход высоковалентных соединений в низковалентные (в условиях глеевой или сероводородной среды).
Растворение - происходит, когда в состав горных пород входят растворимые минералы – хлоридные, сульфатные, карбонатные.
Карбонатизация - реакция ионов карбоната и бикарбоната с минералами.

На ход процессов химического выветривания существенное влияние оказывают условия среды:
Параметры климата – температура и влажность определяют интенсивность химического выветривания и степень разложения первичных минералов.
Химические параметры среды (кислотность-щёлочность, окислительно-восстановительный потенциал).
Минеральный состав горных пород и их проницаемость для водных растворов.
Экзогенные процессы

Стадии химического выветривания
3. Глинистая – полное разложение первичных силикатов и образование глинистых минералов (максимальная в условиях умеренного климата).
4. Латеритная – разложение глинистых минералов (достигается лишь в жарком и влажном климате).
Экзогенные процессы
1. Обломочная – образование тонкообломочных продуктов физического выветривания при незначительных химических изменениях.
2. Обизвесткованного элювия – начальная стадия разложения силикатов и обогащения пород карбонатными соединениями.

3. Органическое (биогенное) выветривание
- разрушение горных пород под воздействием живых организмов
Экзогенные процессы
Механизмы органического воздействия:
воздействие на горные породы выделяемых растениями органических кислот;
влияние выделительной деятельности животных;
поглощение минеральных соединений непосредственно из горной породы и формирование за их счёт новых минеральных веществ;
жизнедеятельность микроорганизмов (включая анаэробные - организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода).

Экзогенные процессы
КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ
Геологические тела, сложенные элювием, то есть продуктами глубокого поверхностного физического, химического, биохимического преобразования горных пород, оставшихся на месте своего образования, объединяют понятием кора выветривания.
Кора выветривания магматических и метаморфических горных пород - ортоэлювий.
Эти породы формировались в условиях, резко отличных от земной поверхности, и поэтому они изменяются наиболее сильно. Соответственно, развивающиеся по ним коры выветривания резко отличаются от материнской породы.
Кора выветривания морских осадочных пород - параэлювий.
Изменение таких пород, по сравнению с магматическими и метаморфическими, часто менее значительно. Поэтому кора выветривания не всегда резко отличается от материнских пород (например, при выветривании глин).
Элювий континентальных отложений обозначается термином неоэлювий.
Материнские породы, за счёт которых происходит формирование такого элювия, сами являются переотложенными продуктами выветривания, и в поверхностных условиях уже слабо изменяются; в силу этого неоэлювий часто выражен неотчётливо.

Экзогенные процессы
Типичным компонентами кор выветривания служат продукты дезинтеграции субстрата, глинистый элювий и латериты.
Например, кора выветривания на гранитах имеет следующее строение профиля (снизу вверх):
1 - горизонт щебенчатой, или обломочной, коры выветривания, образованный дезинтегрированным в ходе физического выветривания гранитом;
2 - гидрослюдистый горизонт, в породах которого, представляющих собой слабосцементированную массу, прослеживается структура исходного граниты, но значительная часть щелочей и щелочноземельных элементов из минералов вынесена, и большая часть полевых шпатов замещена агрегатом тонкочешуйчатых гидрослюд;
3 - коалинитовый горизонт, представляющий собой светлую глинистую массу с отдельными участками рыхлого щебнистого материала и красно-бурые пятна от скопления гидрооксидов железа из этого горизонта полностью удалены все одно и двухвалентные катионы, гидрослюды здесь замещены коалинитом.
В строении развитых кор выветривания выделяются ряд горизонтов, состав которых соответствует разным последовательным стадиям выветривания субстрата. В совокупности эти горизонты образуют профиль коры выветривания.

Роль процессов выветривания
Экзогенные процессы
Почва представляет собой самостоятельное, очень тонкое природное тело, созданное из почвообразующих пород при участии растительности, животного мира, климата и рельефа
Если бы на Земле не было процессов выветривания – не было бы и такого важнейшего компонента биосферы, как почва

Ход формирования почв
в скалистых пустынях:
Поверхность скал покрывается лишайниками;
Минерализация отмирающих лишайников создаёт первичный мелкозём;
Изменение мелкозёма при участии биогенных процессов создаёт первичную пустынную почву, на которой селятся высшие растения;
Продукты разрушения первичных почв сносятся в понижения рельефа, в которых формируется полный почвенный профиль.
Экзогенные процессы

II. Осадочные процессы
Ведущие агенты:
1. Ветер;
2. Поверхностные воды;
3. Подземные воды;
4. Временные водотоки;
5. Склоновые процессы;
6. Ледники.
Денудация - совокупность процессов сноса и переноса (водой, ветром, льдом, непосредственным действием силы тяжести) продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление.
Транспортировка - перенос продуктов разрушения на другое место.
Седиментация - осаждение, накопление перемещённого вещества

Геологические процессы, связанные с деятельностью ветра, называются эоловыми:
Экзогенные процессы
корразия – разрушение скальных выходов переносимыми ветром песчинками
1. Ветер - ведущий агент, удаляющий мелкообломочные продукты выветривания в местах отсутствия растительного покрова (пустыни, полупустыни, открытые берега крупных водоёмов)

Экзогенные процессы
в результате переноса и аккумуляции переносимого ветром материала формируются барханы – изогнутые в плане (подковообразные) песчаные холмы.

2. Поверхностные воды
Экзогенные процессы
Любые поверхностные воды (реки, озера, болота, моря) производят работу по разрушению горных пород и продуктов их выветривания.

Эрозия – размыв рыхлого материала и скальных горных пород текучими водами. Наиболее значимую эрозионную работу осуществляют постоянно действующие водные потоки – реки.
Экзогенные процессы
Донная эрозия развивается вглубь. В результате этого вида эрозии река врезается в подстилающие её отложения и горные породы, русло её углубляется.

Экзогенные процессы
Боковая эрозия развивается из-за того, что река подмывает поочерёдно то правый, то левый берег. Формируются поперечные изгибы русла – меандры.

Экзогенные процессы
Отложения, накапливающиеся в речных долинах в результате деятельности речных потоков, называются аллювием.

Торф представляет собой продукт неполного разложения остатков болотных растений в условиях избыточной влажности и ограниченного доступа кислорода.
Экзогенные процессы
Деятельность озёр заключается в разрушении берегов, транспортировке и обработке поступающего с берегов и приносимого реками обломочного материала и в накоплении осадочного материала на дне озёрных котловин.
Деятельность болот заключается, главным образом, в накоплении специфических болотных отложений – торфа.

Экзогенные процессы
Геологическая деятельность моря проявляется в разрушительной работе волн, цунами, приливно-отливных движений воды (абразия)
Обломочный материал, образующийся при абразии и доставляемый в море реками, перераспределяется в различных зонах моря с образованием морских песчано-глинистых отложений

3. Подземные воды
Геологическая деятельность подземных вод заключается в процессах растворения ими вещества минералов и горных пород, его переноса в растворённой форме и переотложения.
Наиболее масштабные проявления
геологической деятельности
подземных вод связаны с
карстовыми процессами
(растворение подземными водами горных пород,
приводящее к формированию
крупных пустот в их толще).
Экзогенные процессы

4. Временные водотоки
Экзогенные процессы
формируются после сильных дождей или во время таяния снега, и быстро прекращают своё существование.
В результате деятельности временных водных потоков формируется пролювий.

Экзогенные процессы
В результате деятельности временных потоков образуются такие формы рельефа как промоина, овраг,
конус выноса.

5. Склоновые процессы
Экзогенные процессы
Основным содержанием склоновых процессов является транспортировка материала вниз по склону под действием силы тяжести.

Экзогенные процессы
В результате деятельности склоновых процессов формируются:
делювий –
возникает за счет смывания частиц выветрелой породы струйками дождевой воды,
коллювий – возникает за счет обвально-осыпных явлений на склонах.

Экзогенные процессы
Её основными результатами являются формирование характерных ледниковых отложений и форм рельефа.
Деятельность ледников сводится к ледниковой денудации, транспортировке и отложению перемещённого материала.

Экзогенные процессы
Ледниковые формы рельефа

Экзогенные процессы
Ледниковые формы рельефа

Экзогенные процессы
Ледниковые формы рельефа

Экзогенные процессы
Морены – скопления обломочного материала, переносимого и отлагаемого ледником

Слово литификация происходит от греческого слова lithos, означающего камень. Литифицированный грунт сложен песком, илом и органическим материалом.
Литификация может происходить сразу же после отложения осадка или намного позже.
Темп уплотнения и цементации также играет значительную роль в конечной литификация. Кроме того, тепло, необходимое для литификации, значительно меньше, чем то, которое обнаружено глубже в мантии, поэтому литификация возможна в верхних нескольких километрах земной коры.

Осадки становятся литифицированными породами благодаря комбинированному процессу, называемому диагенезом.
Зерна, сдавленные вместе под тяжестью перекрывающих осадков во время уплотнения, превращены в породы, более плотные, чем первичные осадки. Эти плотные слои затем замуровываются вместе, за счет осаждения минералов в слоях и между ними.