Головна

Демонстраційна лекція

  1. II. ТЕМАТИКА ЛЕКЦІЙ Лекція 1. Об'єкт, предмет соціології, зв'язок з іншими науками
  2. Безпека життєдіяльності. Оглядова лекція
  3. Вступна лекція
  4. Вступна лекція
  5. ВСТУПНА ЛЕКЦІЯ. СИСТЕМА ПОЗНАЧЕНЬ.
  6. ДВАДЦЯТЬ П'ЯТА Лекція

Тема: Вивітрювання.

вивітрювання -це зміна гірських порід будь-якого складу і структури, яке відбувається в поверхневих умовах під сукупною дією фізичних, хімічних і біохімічних процесів. Під дією цих процесів гірські породи і складають їх мінерали в приповерхневої частини земної кори перетворюються. В процесі вивітрювання виникають своєрідні освіти, які носять назву кори вивітрювання.

Область, в якій відбувається перетворення мінеральної речовини, що складає гірські породи, або дезінтеграція мінерального єдності гірських порід називається зоною вивітрювання, або зоною гіпергенезу (Від грец. «Гіпер» - над, зверху). Сам процес вивітрювання досить складний і протікає вкрай повільно. Він залежить від клімату, рельєфу місцевості, де виступають корінні породи, наявності розривних порушень, складу організмів, що беруть участь в процесі вивітрювання, а також від мінерального складу самих гірських порід, їх структурно-текстурних особливостей.

Залежно від переважання того чи іншого фізико-географічного та фізико-хімічного фактора виділяють два взаємопов'язані типи вивітрювання: фізичне і хімічне (біохімічне).

фізичне вивітрювання. У цьому типі вивітрювання особливо велике значення має температурний фактор, кристалізація води і солей і в меншій мірі біологічний фактор.

температурне вивітрювання. В результаті добових і сезонних коливань температур, які призводять то до нагрівання, то до охолодження поверхні гірських порід, і через різного коефіцієнта теплового розширення і стиснення, а також теплопровідності мінералів, що складають гірські породи, між мінералами виникають певні напруги і починають порушуватися сили зчеплення.

Мінеральні зерна в різному ступені температурного вивітрювання стискаються і розширюються, а тому виникають стискають і розширюють зусилля. У повному обсязі ці процеси позначаються в самій верхній частині корінних порід, які виступають на денну поверхню. Особливо яскраво цей процес температурного вивітрювання проявляється серед полімінеральних гірських порід, і зокрема, серед гранітів, сієнітів, габро, гнейсах і кристалічних сланцях.

Тривала дія тільки температурного чинника на поверхню твердих корінних порід призводить до того, що через різницю температурного коефіцієнта об'ємного розширення порушується взаємне зчеплення окремих мінеральних зерен. В результаті цього в гірських породах виникають тріщини і відбувається дезінтеграція породи. Цілі блоки колись щільних і твердих порід розпадаються на окремі уламки різних розмірів (брили, щебінь, пісок, алевроліти).

На інтенсивність температурного вивітрювання впливають колір гірських порід і розміри становлять її мінеральних зерен. Чим більше зерна, тим швидше вони руйнуються. Під впливом сонячних променів темнокольорові мінерали нагріваються і остигають швидше і більше, ніж безбарвні. Тому Темна гірські породи швидше руйнуються.

Дезінтеграції гірських порід сприяє наявність водяної пари і плівок, які просочуються і конденсуються на стінках виникають тріщин.

Температурне вивітрювання активно протікає в пустелях, на вершинах і схилах гір не покритих снігом і льодом. Тут поверхню гірських порід днем ??добре прогрівається, а в нічний час остигає до негативних температур.

механічне вивітрювання. У жарких районах механічний вплив на гірські породи і їх дезінтеграція відбувається в результаті зростання кристалів солей в капілярних тріщинах і порах. У денний час, коли поверхню порід сильно прогрівається, капілярна вода притягується до поверхні і випаровується, а солі, що містяться в ній кристалізуються. Під тиском зростаючих кристалів тріщини і пори розширюються. Монолітність породи порушується і, вона починає розтріскуватися і руйнуватися.

Особливо сильним руйнівним чинником при механічному вивітрюванні виявляється замерзающая вода. Вода проникає в тріщини і в пори і при настанні негативних температур замерзає, при цьому вона збільшується в об'ємі майже на 10% і чиниться величезний тиск на стінки тріщин. Під дію замерзлої води легко розколюються тріщинуваті і пористі породи. Процеси, пов'язані з впливом періодично замерзлої води, називають морозним вивітрюванням.

Сильне механічний вплив на товщі гірських порід надають коренева система дерев, трав, моху та лишайників, а також тварини, що риють. Коріння рослин, проникаючи по тріщинах, надають розклинюючий дію і викликають розколювання породи на окремі брили і уламки. Механічний вплив на корінні породи надають мурахи, земляні хробаки, гризуни, а також нірні тварини.

Виниклі в процесі фізичного вивітрювання продукти залишаються на місці, тим самим створюються елювіальнийосвіти (від лат. «Елювій» - розлив, повінь). Найчастіше продукти фізичного вивітрювання переміщаються вниз по схилах пагорбів і гір, змиваються поверхневими водами, видаляються вітром і льодом.

хімічне вивітрювання. Основну роль в хімічному вивітрюванні грає волога, особливо насичена газами і хімічними сполуками, під дією яких починають видозмінюватися фізико-хімічні особливості порід. Головними факторами хімічного вивітрювання є вода, кисень, вуглекислота і органічні кислоти. Під їх впливом суттєво змінюється структура і речовий склад гірських порід і утворюються нові мінерали, які виявляються стійкими в поверхневих або гіпергеннихумовах. У хімічному вивітрюванні беруть участь і органічні кислоти, що виділяються рослинністю і мікроорганізмами. Отже, в даному типі вивітрювання беруть участь і біохімічні процеси.

Найважливішим фактором хімічного і біохімічного вивітрювання є вода, яка не тільки розчиняє хімічні елементи і сполуки, що знаходяться в гірській породі, а й обумовлює міграцію найбільш рухливих хімічних сполук. Біомаса рослинного опади у результаті свого перетворення і переробки організмами створює агресивні органічні кислоти, які і перетворюють хімічні сполуки, що входять до складу гірських порід. Вода в тій чи іншій мірі диссоциирована на позитивно заряджені гідроксидні іони (Н+) І негативно заряджені гідроксидні іони (ОН-), Що визначає здатність води вступати в хімічні реакції з кристалами. Чим вище концентрація водневих іонів в розчинах, тим вище швидкість процесів вивітрювання, сутність яких полягає в вилученні з кристалічних решіток мінеральних зерен катіонів та їх видаленні.

Швидкість впливу на гірські породи під час хімічного вивітрювання зростає в тому випадку, коли в розчині присутні вуглекислота і органічні кислоти. Хімічний вплив на мінерали і гірські породи надають знаходяться в розчиненому вигляді такі іони, як HCO3- , SO2- , Ca2+ , Mg2+ , Na+ , K+. Перераховані іони заміщають заряджені атоми в кристалах або взаємодіють з ними, тим самим порушуючи єдність кристалічної решітки. Процеси хімічного вивітрювання послідовно відбуваються в наступних основних хімічних реакціях: окисленні, гідратації, розчиненні і гідролізі.

окислення. Цей процес найбільш інтенсивно протікає в гірських породах, що містять мінерали, що складаються із з'єднань заліза (III), марганцю. Наприклад, при окисленні магнетит переходить в більш стійку форму - гематит:

Fe3O4 > Fe2O3

або двовалентне форма заліза переходить в тривалентне. Виниклі мінерали більш стійкі в поверхневих умовах.

Сульфіди в кислому середовищі стають нестійкими і поступово заміщаються сульфатами, оксидами і гідроксидами. Так, можна уявити перетворення піриту, який послідовно при окисленні спочатку перетворюється в сульфат заліза, потім в сульфат оксиду заліза і нарешті в лимонит або бурий залізняк:

FeS2 + nO2 + nH2O > Fe3O4 > Fe2(SO4)2 > Fe2O3 · nH2O

пірит бурий залізняк лимонит

На першій стадії в реакції бере участь сірчана кислота, присутність якої істотно підсилює процес перетворення і сприяє подальшому розкладанню мінералів. Виниклий на останній стадії бурий залізняк являє собою складний полімінеральних агрегат, який складається з гетиту (FeO · H2O) і гідрогётіта (FeO · H2O · nH2O). Над покладами сульфідних руд і інших залізовмісних мінералів в результаті процесів вивітрювання виникають залізисті кірки (залізна капелюх), які тривалий час пручаються розмиву і переносу.

Стійкий в поверхневих умовах гематит виникає і при вивітрюванні таких мінералів, як олівін, піроксени, амфіболи під дією води, кисню і вуглекислоти. Реакція такого перетворення може бути зображена наступним чином:

(Mg, Fe)2(SiO4) > Fe2O3 + nMg (HCO3)2 + nH4SiO4

олівін гематит розчинні сполуки

В результаті процесу перетворення залізовмісних мінералів і їх переходу в лимонит багато гірських порід, зокрема піски, пісковики, глини, мергелі, фарбуються в бурий або охристий колір, що свідчить про окисленні включень, що містять залізисті мінерали.

гідратація. Даний процес полягає в приєднанні води до речовини. В результаті цього здійснюється закріплення молекул води на поверхні деяких ділянок кристалічної решітки. Хорошим прикладом гідратації є перехід ангідриту в гіпс:

СаSO4 + 2H2O > СаSO4 · 2H2O

ангідрит гіпс

При зміні умов реакція оборотна і гідратація перетворюється в дегідратацію.

Процес гідратації відбувається при переході гематиту в гідроксиди заліза. Наприклад, гетит переходить в гідрогетит. Реакція йде по формулі

FeOOH + nH2O > FeO · nH2O

гетит гідрогетит

розчинення. Гірські породи розчиняються водами, що містять вуглекислоту і органічні кислоти. Під дією такої води, що стікає по тріщинуватої поверхні гірських порід і просочуючись крізь тріщини і пори, цей процес поширюється на глибину. Особливо інтенсивно він проявляється в осадових гірських породах, які представлені хлоридами, сульфатами і карбонатами. У процесі розчинення серед монолітних товщ осадових порід виникають різні порожнини.

гідроліз. Особливо добре цей процес проявляється при вивітрюванні силікатів і алюмосилікатів. Сутність цього процесу полягає в розкладанні мінералів і винос окремих елементів і сполук і приєднання до решти сполукам гідроксильних іонів і гідратації. При цьому істотно порушується структура кристалів, яка замінюється зовсім нової. У гіпергенних умовах каркасна структура польового шпату перетворюється в шарову, яка характерна для різних глинистих мінералів.

При вивітрюванні полімінеральних порід які містять марганець, титан і нікель, а ними є залозисто-магнезіальні мінерали (олівін, піроксени, амфіболи) і основні плагіоклази, поряд з утворенням гідроксидів алюмінію виникають гідроксиди заліза і оксиди марганцю, титану, нікелю. Ці зазнали сильного вивітрювання ділянки являють собою своєрідні родовища.
 При вивітрюванні гірських порід в умовах досить високого зволоження, але при певному дефіциті теплоти, вивітрювання не досягає каолінітової стадії і утворюється цілий ряд глинистих мінералів, таких як гідрослюда, монтморилоніт, нонтроніт і високоглиноземний мінерал бейделліт.

біохімічне вивітрювання. У хімічному розкладанні первинної речовини участь беруть не тільки суто хімічні сполуки, що знаходяться в природних водах в колоїдної формі або у формі істинних розчинів, а й хімічні кислоти і з'єднання, отримані в результаті життєдіяльності організмів. Біохімічне вплив на гірські породи починається з моменту першої появи на скельних породах мікроорганізмів, лишайників і мохів. В результаті механічної дії і від що виділяються в процесі їх життєдіяльності речовин на поверхні породи з'являються тріщини і поглиблення, які заповнюються після їх відмирання сухим органічною речовиною. Воно служить основою для життєдіяльності вищих рослин, які в подальшому заповнюють ці місця. Таким чином, первинні поселенці як би готують основу для подальшого заселення.

Роль організмів у вивітрюванні полягає в тому, що вони в процесі свого росту витягують з породи необхідні для своєї життєдіяльності елементи, але одночасно своїм корінням руйнують саму породу. До числа біогенних елементів відносяться P, S, K, Ca, Mg, Na, Sr, B, Fe, Si.

Роль біохімічного вивітрювання полягає в тому, що частина організмів в процесі своєї діяльності створюють кисле середовище, виділяючи органічні кислоти, під дією яких прискорюється процес вивітрювання. У процесі перетворення відмерлої органічної речовини утворюються вуглекислота і органічні кислоти, які значно посилюють розчинення і гідроліз породоутворюючих мінералів. Інтенсивність біохімічного вивітрювання залежить від величини біомаси.

Біохімічне вивітрювання представляє поєднання двох процесів: механічного руйнування корінних порід або фізичного вивітрювання і хімічного розкладання уламків і зерен.

В результаті спільного і досить складного взаємопов'язаного процесу фізичного, хімічного і біохімічного вивітрювання на земній поверхні виникають різні продукти вивітрювання.

К корі вивітрювання відноситься комплекс елювіальний утворень, що виникли в приповерхневої частини земної кори в результаті перетворення в континентальних умовах магматичних, метаморфічних і осадових гірських порід під впливом фізичних, хімічних і біохімічних процесів. Для кори вивітрювання характерні залежність складу та потужності від фізико-хімічних факторів, що діють на земній поверхні, і поступовий перехід з глибиною в слабоізмененние процесами вивітрювання, а потім і свіжі вихідні (материнські) породи.

Кора вивітрювання має змінну потужність і нечітко виражену нижню межу. Залежно від поширення виділяють площадковукору вивітрювання ілінійну. Майданні кори вивітрювання розвиваються у вигляді покриву плащеобразно, перекриваючи великі площі в десятки і сотні квадратних кілометрів. Лінійні кори вивітрювання мають в плані лінійне розташування і приурочені до ослабленим зонам, до зон розломів і підвищеної тріщинуватості, до контактів різних за текстурно-структурним і речовому складу гірських порід.

 



Критерії оцінки підсумкового контролю. | Кафедра Екології та природокористування

Навчально-методичний комплекс | Цілі і завдання дисципліни. | Компетенції, що формуються в результаті освоєння дисципліни | Обсяг дисципліни і види навчальної роботи. | РОБОЧА ПРОГРАМА | освітні технології | дисципліни | Матеріально-технічне забезпечення дисципліни | Методичні рекомендації до лекційних занять. | Методичні рекомендації для студентів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати