Лекция 5

Содержание:
1. Общие сведения о литогенезе. Стадии литогенеза.
2. Выветривание (гипергенез). Факторы выветривания.
3.Типы выветривания.
4. Влияние биоклиматических условий на процессы выветривания.
5. Кора выветривания.
6. Экологическая роль процессов выветривания.

1.Общие сведения о литогенезе. Стадии литогенеза.
Верхний слой океанской и континентальной земной коры сложен осадочными породами. Cовокупность процессов, приводящих к образованию осадочных пород - литогенез.
Стадии литогенеза:
Выветривание (гипергенез)
Перенос продуктов гипергенеза
Седиментогенез
Диагенез

2. Выветривание (гипергенез).
Факторы выветривания.
Выветривание - англ. слово погода – weather
процесс разрушения и изменения горных пород и минералов в приповерхностных условиях под воздействием физико-химических факторов атмосферы, гидросферы и биосферы.
Гипергенез - греч. «гипер» - над, сверху.
Факторы выветривания
Климатические - тепло (приходно-расходный баланс лучистой энергии), степень увлажнения (водный режим)
Химические - воздействие воды и газов (кислород, углекислота и др.)
Биологические (органические) - воздействие веществ, образующихся при жизнедеятельности животных и растений, при их отмирании и разложении.

В зависимости от преобладающего фактора разрушения горных пород различают 3 типа выветривания
ФАКТОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ
тип
выветривание
класс
физическое
химическое
органическое
вид
Температурное
Механическое
-Морозное
- Кристаллизация
солей
- Электрические явления
Окисление
Растворение
Гидратация
Гидролиз
Разложение
Механическое
разрушение
Образование органо-
генных минеральных
ных соединений

3.1 ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ пород происходит без изменения их химического состава. Порода разрушается с постепенным уменьшением размера обломков.
Виды физического выветривания: Температурное, механическое
- Температурное выветривание - главный фактор разрушения – колебания температуры (сезонная и суточная)
Десквамация – (шелушение) частный случай температурного выветривания

Механическое выветривание
Морозное выветривание - разрушение пород происходит под воздействием замерзающей воды (объем льда увеличивается на 9%), которая проникает в трещины и поры в высоких широтах и в горных странах выше снеговой линии.
Кристаллизационное выветривание проявляется в пустынях при испарении за счет выпадения на стенках трещин растворенных в воде солей.
Электрические явления - разрушение поверхности пород происходит электрическими разрядами во время грозы.

Твердые продукты выветривания
Глыбы - > 20 см
Щебень – (20 – 1 см)
Дресва – (1 – 0.2 см)
Песок – (2 – 0.1 мм)
Алеврит – (0.1 – 0.01 мм)
Пелит (глина) - < 0.01 мм
С продуктами физического выветривания связаны россыпные месторождения полезных ископаемых (золото, алмазы, платина).

В условиях пересеченного рельефа горных и равнинных стран (на крутых склонах речных долин, озерных котловин, оврагов) в результате гравитационного переотложения твердых продуктов выветривания формируется присклоновый тип континентальных осадков – коллювий и др.

Химическое выветривание
Это процессы химическогого разложения минеральных компонетов породы и образование за их счет новых минералов устойчивых в условиях земной поверхности. Главные факторы химического выветривания – вода, кислород, углекислый газ др.
Наиболее благоприятен для химического выветривания жаркий и влажный климат тропиков и субтропиков с высокой среднегодовой температурой, обильными осадками. В этих условиях химическое преобразование минералов достигает конечных стадий.
В умеренном климате замедляется, а в холодном (при многолетней мерзлоте) практически не происходит.
Типы реакции при хим. выветривании различны и зависят от состава горных пород и условий. Главнейшими являются: окисление, гидратация, растворение, гидролиз и др.

1. ОКИСЛЕНИЕ – происходит при наличии свободного кислорода в присутствии воды. Подвергаются минералы содержащие железо, серу и другие элементы с разной валентностью. Закисные переходят в окисные. С этим связано изменение цвета породы зеленовато-серого, латунно-желтого и др. на желтый, красный, бурый. Примером может служить окисление пирита:
I – Зона окисления:
а) – железная шляпа
б) – зона выщелоченных руд
II – Зона вторичного обогащения
(восстановления)
III – Зона первичных руд
- первичные сульфиды
- вторичные сульфиды

2. ГИДРАТАЦИЯ – химическое присоединение воды к минералам горных пород с образованием новых минералов (гидроокислов и гидросиликатов)
3. РАСТВОРЕНИЕ – способность молекул одного вещества распространяться вследствие диффузии в другом веществе без изменения их химического состава. Почти все горные породы растворяются в той или иной степени. Наиболее легко растворяются хлориды (галит, сильвин и др). Слабее растворяются сульфаты (гипс, ангидрит). Менее растворимы карбонаты (известняки, доломиты), хотя и они хорошо растворяются в воде, содержащей углекислоту.

4. ГИДРОЛИЗ – химическое разложение вещества под влиянием гидролитической диссоциации воды, сопровождающееся разрушением одних и образованием других минералов.
Наиболее широко гидролизу подвергаются силикаты и алюмосиликаты. Их преобразование происходит стадийно.
Дальнейший гидролиз каолинита приводит к его полному разложению и образованию латерита
О б о б щ е н н а я с х е м а г и д р о л и з а:
Полевые шпаты → гидрослюды → каолинит → латерит (боксит)
Роговая обманка → гидрослюды → бейделлит → латерит (лимонит)
Т.о. наиболее устойчивыми минералами в условиях земной поверхности являются: боксит, гидроокислы алюминия (боксит) железа (лимонит), кремния (опал). Их образование возможно в условиях жаркого и влажного климата. В условиях жаркого, но умеренного климата образуется каолинит. При значительном их скоплении образуются месторождения алюминиевых, железных руд и каолинит.
ортоклаз

Органическое выветривание
Разнообразные организмы производят физическое и химическое разложение минералов и горных пород. Семена, споры, корни растений, проникшие в трещины, по мере дальнейшего своего роста механически воздействуют на стенки трещин, раздвигают их и таким образом разрушают горные породы. Большую работу по физическому выветриванию производят роющие животные.
Животные и растительные организмы своими выделениями оказывают химическое воздействие на породы. Поэтому часто биологическое и химическое выветривание объединяют общим термином биохимическое. В результате соответствующих химических реакций горные породы разрушаются.

КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ – вся совокупность продуктов выветривания занимающих значительные площади
Схема образования коры выветривания на тектонически неактивных площадях (по Н.М. Страхову): 1- свежая порода; 2 – зона дресвы, химически малоизмененной; 3 – гидрослюдисто-монмориллонитово-бейделлитовая зона; 4 – каолинитовая зона; 5 – охры Al2O3; 6 – панцирь Fe2O3 + Al2O3 (латеритная зона)

Формирование кор выветривания
Термин "кора выветривания" введён в геологическую литературу швейцарским геологом А. Геймом (1879).
Главный агент химического выветривания – вода. Химическая активность зависит от содержания О 2, СО2, SO4 2-, гуминовых кислот, NH4 +, галогенидов, поступающих из атмосферы, из вулканических пород, разлагающихся организмов.
Совершенно иные термические условия приводят к тому, что глубинные минералы, попадая на поверхность, оказываются здесь неустойчивыми.
Среди минералов ряда Боуэна наиболее устойчив в поверхностных условиях кварц, наименее – оливин. Основные плагиоклазы гораздо легче выветриваются, чем кислые. Очень неустойчивы сульфиды.
При выветривании происходит:
смена валентности элементов, находящихся в низших ступенях окисления S 2- , Fe2+ , Mn 2+ , Cr 3+, As 3+ , V3+ и др.)
вынос легкорастворимых компонентов К+, Na+, Ca 2+ , Mg2+
накопление труднорастворимых продуктов Al2O3, Fe2O3, SiO2.

Кора выветривания
Интенсивность процессов выветривания зависит от климатических условий:
- в умеренном климате до образования стадии гидрослюд;
- во влажном теплом климате до стадии образования каолинита;
-в тропическом климате до стадии образования латеритов.

Поверхность гранитов и гнейсов Скандинавии и Карелии, освободившихся от ледникового покрова 5—6 тыс. лет назад, зачастую имеет кору выветривания, равную 10—20 см.
Красноцветная кора выветривания в субтропических районах Западней Грузии достигает мощности 7—10 м
Третичные аллитные коры выветривания влажных тропических районов Азии и Африки достигают мощности 150 м.
Теплый влажный климат весьма увеличивает интенсивность и степень выветривания

5
СТАДИИ ХИМИЧЕСКОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ
Обломочная
Сиалитная
Глинистая
Латеритная
ТИПЫ КОР ВЫВЕТРИВАНИЯ
Обломочная
Гидрослюдистая
Монтморилонитовая
Каолиновая
Латеритная
СТРОЕНИЕ ЭЛЮВИЯ
1 - Почвенно-растительный слой
2 - Латеритный горизонт
3 - Каолиновый горизонт
4 - Гидрослюдистый горизонт
5 - Обломочный горизонт
Бесструктурный элювий
1
2
3
4
Коренные породы
Структурный
элювий

Типы кор выветривания
По интенсивности процессов выветривания различают два основных типа — сиаллитный и аллитный.
Сиаллитный тип выветривания развивается в условиях умеренного климата со средним количеством осадков, при котором образуются преимущественно вторичные алюмосиликаты и ферросиликаты.
Аллитный тип выветривания получает развитие в условиях влажного тропического климата, где интенсивно протекают процессы гидролиза и образование гидратов окисей кремния, алюминия и железа.
Таким образом, в процессе выветривания горные породы подвергаются глубоким физическим и химическим изменениям, и порода приобретает ряд новых свойств, благоприятных для жизни растений.

Современные, древние и ископаемые коры выветривания
Современные коры выветривания образовались в четвертичном периоде или лишь в послеледниковое время (Западное Закавказье, Центральная Азия).
Древние коры сформировались в третичном или даже в меловом периодах (тропическая Африка).
Погребенные и вторично вскрытые эрозией древние коры выветривания сформированы в третичный, юрский, девонский и даже докембрийского период (Центральный Казахстан, Урал, Украина). Имеют мощность до 60-300 м

На территории бывшего Советского Союза описаны четыре разновидности ископаемых древних кор выветривания:
окремневшие, свойственные условиям полупустынного и пустынного климата третичного периода на территории Центральной Азии;
каолинитовые, свойственные условиям влажного, мягкого, умеренного либо влажно-субтропического климата карбонового периода на громадных пространствах Украины и Урала;
аллитные (окислы алюминия) — в условиях тропического влажного климата мезозоя на территории Урала, Сибири, Казахстана;
бокситовые— в районах Курской магнитной аномалии (Бокситы представляют собой сложную горную породу, в состав которой входят: гидраты окислов алюминия, образующие основную рудную массу; железо в форме гидратов окислов, окислов и силикатов)

Б.Б. Полынов (1934) ввел понятие об остаточных и аккумулятивных типах коры выветривания
До Полынова корой выветривания назывались лишь остаточные продукты, накопившиеся на месте их образования.
Различают остаточные, транзитные и аккумулятивные типы коры выветривания, которые формируются остаточными и перемещенными продуктами выветривания.
Продукты изменения, оставшиеся на месте своего первичного залегания, называют остаточной Корой выветривания, а перемещенные на небольшое расстояние, но не потерявшие связи с материнской породой — переотложенной Корой выветривания.

Стадии развития кор выветривания по Б. Б. Полынову
обломочная;
обызвесткованная;
сиаллитная насыщенная;
сиаллитная ненасыщенная (выщелоченная);
аллитная.
Определенным стадиям выветривания соответствуют и определенные группы и соотношения первичных и вторичных минералов

Коры выветривания классифицируются по вещественному составу, отражающему стадийность выветривания:
обломочные (преобладание свежих обломков плотных пород)
засоленные (присутствие водорастворимых солей)
загипсованные (присутствие гипса)
обызвесткованные (присутствие СаСО3)
доломитизированные [присутствие CaMg (СО3)2]
сиаллитные насыщенные (SiО2:Al2О3 > 2; преобладание Са2+, Mg2+ или Na+ в обменном комплексе)
сиаллитные ненасыщенные (SiО2:Al2O3>2; преобладание Н+ или Аl3+ в обменном комплексе)
ферсиаллитные (SiO2:Al2O3 > 2; Fе2О3 > Аl2O3)
ферритные (ожелезненные) (преобладание Fe2О3)
альферритные (SiO2:Al2O3 < 2; Fe2O3>Al2O3)
ферраллитные (SiO2:Al2O3 < 2; Fe2O3 < А12O3)
аллитные (бокситовые) (SiO2:Аl2O3<2; преобладание Аl2O3).

Феррсиаллитные
коры