Денна поверхня, як геологи називають межу земної кори і ат мосфери, характеризується незначними величинами тиску і темпе ратури - в сотні і тисячі разів меншими тих значень, при яких вини кають магматогенні чи метаморфогенні мінерали. Проте тиск і, особливо, температура на поверхні суші зазнають значних коли вань протягом року і навіть доби. Гірські породи перебувають тут під безпосереднім впливом сонячної інсоляції, вітру, опадів, біо сфери. Потужним фактором впливу на породи є розчинені у воді хімічно активні речовини. На гірські породи тут також впливає ряд складних процесів, пов’язаних із розвитком живих організмів і ґрун тоутворенням. Все це обумовлює нестійкість порід, у першу чергу
магматичних і метаморфічних, що утворились в особливих термо динамічних умовах, різко відмінних від поверхневих. Процес руй нування та перетворення гірських порід і мінералів під впливом комплексу природних факторів називається вивітрюванням. Не варто думати, що вивітрювання пов’язане з діяльність вітру, яка має досить побічне відношення до процесів вивітрювання. Термін “вивітрювання”, хоча й набув широкого значення у гео логічній, географічній та грунтознавчій літературі, не розкриває всієї складності суті процесів. Щоб уникнути цієї невиразності се мантичного і буквального значення терміну “вивітрювання”, О. Є. Ферсман у 1922 р. процес перетворення гірських порід і міне ралів на поверхні запропонував виражати терміном “гіпергенез” (від грец. Ьурег - над, зверху). Взагалі процеси вивітрювання є чи не наймасштабнішими се ред усіх екзогенних процесів і охоплюють майже всю поверхню планети. Вивітрювання - єдиний процес, але для зручності його розумін ня виділяють три його форми: фізичну, хімічну, біологічну, хоча не всі автори дотримуються такого поділу (Якушова, 1978). Фізичне вивітрювання- механічне подрібнення гірських порід і мінералів без зміни їх хімічного складу. Воно пов’язане з коливан ням температури (температурне вивітрювання), з механічною дією замерзлої у тріщинах і порах гірських порід води, руйнівною діяль ністю водних потоків, льодовиків, що рухаються, зсувів, вітру. Коливання температури викликають почергове нагрівання і охолодження гірських порід. При нагріванні відбувається розши рення і збільшення їх об’єму, при охолодженні - стиснення і зменшення. У результаті зміни напружень породи тріскаються і по дрібнюються на уламки різного розміру. Особливо інтенсивно руй нуються багатомінеральні гірські породи (граніт, гнейси та ін.), оскільки різні мінерали, із яких вони складаються, мають різні кое фіцієнти об’ємного розширення. Крім того, коефіцієнти лінійного розширення навіть у одного і того ж мінералу неоднакові в різних напрямках. Ця обставина при коливаннях температури викликає локальні напруження і порушен ня не лише у багатомінеральних, але і в одномінеральних гірських породах (вапняки, пісковики та ін.). Через низьку теплопровідність гірських порід верхній шар по роди при нагріванні стає теплішим, ніж той, котрий лежить глиб ше і, відповідно, збільшення його об’єму від нагрівання помітніше проявляється у поверхневих шарах, ніж у внутрішніх.
При розширенні та стисненні порід під впливом температурних змін важлива не тільки і навіть не стільки амплітуда коливань тем ператури, скільки частота їх змін, оскільки чим швидше чергують ся процеси стиснення і розширення порід, тим швидше вони руй нуються. Тому в даному випадку головним фактором руйнування порід є не річні, а добові амплітуди коливання температури повітря, що особливо характерно для пустельних і напівпустельних районів Землі. Добові перепади температури тут сягають 45...50 °С і навіть більше. У полярних, субполярних широтах і в гірських районах, де тем пература коливається біля точки замерзання води, руйнування гірських порід відбувається головним чином під впливом періодич но замерзаючої води (морозне вивітрювання). При фізичному вивітрюванні велике значення мають тріщини різного генезису, пов’язані як з утворенням гірських порід, так і з тектонічними рухами земної кори. Унаслідок фізичного вивітрювання гірська порода набуває но вих властивостей. Вона пропускає крізь себе повітря, воду і здатна утримувати певну їх кількість. Дезінтеграція щільних гірських порід значно збільшує загальну поверхню уламків одиниці об’єму даної породи, що сприяє інтенсифікації хімічних процесів. Хімічне вивітрювання - процес хімічного руйнування гірських порід і мінералів, який супроводжується утворенням нових міне ралів. Фізичне (механічне) руйнування гірських порід завжди тією чи іншою мірою супроводжується хімічним вивітрюванням. Головними чинниками хімічного вивітрювання є вода і розчинені в ній гази, солі, кислоти, органічні сполуки. Основними реакціями при хімічному вивітрюванні є: розчинен ня, окиснення, гідратація, карбонатизація, гідроліз. Вода - універсальний розчинник. Розчинення мінералів водою прискорюється з підвищенням температури і насиченням її С 02, який підкислює середовище. Найвищою розчинністю відзначаються солі Натрію (№С1), Калію (КС1) та ін. Після хлоридів за ступенем розчинності стоять сульфати, зокрема гіпс й далі - карбонатні по роди (вапняки, доломіти, мергелі). У цих відносно легкорозчинних породах під дією води і карбон диоксиду виникають специфічні форми рельєфу - воронки, шахти, а на глибині - канали, печери, карстові утворення. Руйнування гірських порід в субтропічному і тропічному по ясах проходить у декілька разів швидше, ніж у помірному і поляр ному.
Гідратація - процес приєднання мінералами води і утворення нових мінералів. Типовим прикладом гідратації є перехід ангідри ту в гіпс за схемою: Са804 + 2НгО СаБ04 • 2Н20 Подібно до цього здійснюється перетворення інших мінералів. Під час гідратації змінюються властивості мінералів, відбувається перекристалізація, збільшення об’єму, що спричиняє деформацію гірських порід, які ці мінерали включають. У цьому разі має місце поєднання хімічного та механічного вивітрювання. Окиснення мінералів і порід пов’язане з дією на них оксиґену, розчиненого у воді. Найбільш інтенсивно окиснення проявляється стосовно елементів, що володіють різною валентністю і які надхо дять на земну поверхню у закисній формі. Найчастіше окисненню підлягають сполуки Ре, Мп, Со та інших елементів, а також сульфі ди і деякі карбонати. Процес окиснення сульфідів можна схематично виразити так: РеБ2 + п 0 2 + т Н2 -> Ре804-> Р е^ О Д -» Ре2 3 • п Н20 0 0 Як видно зі схеми, спочатку пірит переходить у ферум (II) суль фат, який, окиснюючись, стає ферум (III) сульфатом, а останній під дією води і оксиґену переходить у стійку на поверхні сполуку лімоніт, або бурий залізняк. Фактично у цьому процесі відбуваєть ся не лише окиснення, але і гідратація. У процесі хімічного вивітрювання велике значення має гідроліз - процес обмінного розкладання мінералів під дією води з розчи неними в ній газами. Під час гідролізу кристалохімічна структура мінералу може повністю руйнуватися та заміщуватися новою, яка відповідає новоутвореним мінералам. Гідроліз силікатів із складною кристалічною структурою су проводжується не повним її руйнуванням, а розпадом на окремі блоки, із яких згодом виникають нові мінерали. Часто цей процес протікає стадійно з послідовним виникненням нових мінералів. Так, при гіпергенному перетворенні польових шпатів виникають гідро слюди, котрі згодом перетворюються у мінерали групи каолініту або галуазиту: К [А 18ір^(К Н 3О)А12(ОН)2[А18ІО1]->АІ4(ОН)8[8і4О1] 0 0 ортоклаз гідрослюда каолініт
Механізм цих реакцій ще доволі не зрозумілий. У їх здійсненні поряд з чисто хімічними беруть участь біологічні процеси, зокре ма продукти життєдіяльності рослинних і тваринних організмів (Добровольский, 2001). Постійна наявність у розчинах карбонатної кислоти зумовлює карбонатизацію - утворення карбонатів. Схему карбонатизації можна показати на таких прикладах:
Ка^іО, + Н2СО,= N 3,00, + Н20 + 8Ю2; 2ИаОН + Н?С 03= N 8,00, + Н20. Навіть неповний перелік хімічних реакцій на поверхні уламків гірських порід і мінералів показує, що в результаті хімічного вивіт рювання змінюється хімічний склад мінералів і руйнується їх крис талічна решітка. Породи збагачуються вторинними мінералами і набувають таких властивостей, як в’язкість, пластичність, воло гоємність, вбирна здатність та ін. Біологічне вивітрювання - це механічне руйнування і зміна хімічного складу гірських порід під впливом живих організмів та продуктів їх життєдіяльності. Ця форма вивітрювання відбувається під дією таких факторів: засвоєння рослинами і мікроорганізма ми елементів мінерального живлення; хімічних сполук, що утво рились при житті та після відмирання організмів (кислоти, гумус, мінеральні солі тощо); реакцій окиснення і відновлення з участю мікроорганізмів. Геологічну роль органічного світу в процесах земної кори до сліджували такі відомі вчені як В. І. Всрнадський, Б. Б. Полинов, О. П. Виноградов та ін. В процесах біологічного вивітрювання беруть участь представ ники багатьох груп живих організмів у всій товщі кори вивітрю вання. У природі практично немає чисто абіотичних (безжиттєвих) процесів механічного чи хімічного вивітрювання. Лишайники, бактерії, гриби першими оселяються на оголених субстратах і своїми виділеннями посилюють перетворення гірських порід на пухку масу, сприятливу для заселення іншими організма ми. Зокрема, бактерії-нітрифікатори у кінцевому підсумку проду кують нітратну кислоту, сіркобактерії - сульфатну. Ці кислоти роз чиняють мінерали і посилюють вивітрювання. Одним із процесів біологічного руйнування є засвоєння корене вими волосками мінеральних елементів, які входять до кристаліч ної решітки мінералів. У процесі своєї життєдіяльності рослини засвоюють із довколишніх порід N3, К, Са, Р, Б, СІ, ІУ^, А1, Не, Бг, Бі та інші елементи. Гідроген, який рослини виділяють у навколишнє середовище, надходить до кристалічної решітки мінералу і руйнує її (рис. 15.1). Крім того, корені рослин та мікроорганізмів виділяють у навко лишнє середовище С 02 і різноманітні органічні кислоти (щавелеву, ацетатну, яблучну та ін.), які руйнують мінерали. Тварини механічно подрібнюють гірські породи і своїми виді леннями сприяють хімічному руйнуванню їх.
Рис. 15.1. Схема засвоєння елементів живлення коренями рослин: 1 - іони Гідрогену; 2 - іони металів
При вивітрюванні відбувається не лише руйнування первинних мінералів, але й утворення багаточиссльних нових, гіпергенних. Переважна частина глинистих мінералів, багато сульфатів, карбо натів, мінералів оксидів Феруму, Алюмінію, Мангану та інших еле ментів мають гіпергенне походження. Тобто, вивітрювання не слід розглядати лише як процес руйнування гірських порід. Це одно часно і мінералотворчий процес, у результаті якого змінюється рельєф земної поверхні, формуються особливі утворення - кори ви вітрювання.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Поняття про гіпергенез і його форми» з дисципліни «Геофізична екологія»
