Выветривание, сущность процесса, виды

Выветривание - геологический процесс, имеющий огромное значение в преобразовании верхних горизонтов земной коры. С ним связано формирование почвы и различных полезных ископаемых;вместе с процессами денудации выветривание является существенным фактором в образовании различных форм рельефа; с процессами выветривания приходится считаться в сельском хозяйстве, в строительном деле, в инженерной геологии.

Сущность процессов выветривания. В настоящее время нет единого понимания процессов выветривания, и им дают в специальной и учебной литературе различные определения. Это - процесс изменения, а часто и полной перестройки вещества горных пород под влиянием различных агентов выветривания в условиях поверхности суши. Агенты выветривания очень многообразны;основные из них:

а) солнечная радиация, зависящая от широты местности;

б) составные части атмосферы-кислород, азот и углекислота воздуха;

в) вода атмосферная и грунтовая;

г) организмы.

Характер и интенсивность процессов выветривания обусловливаются взаимодействием перечисленных факторов, их зональным изменением в пространстве и изменением во времени. Кроме того, большую роль играют: форма залегания горных пород, их литологический состав, структурные и текстурные признаки породы и пр.

В соответствии с действием агентов выветривания различают несколько типов выветривания:

а) Физическое выветривание— простое механическое распадение пород на различные по величине обломки, обусловливающееся, главным образом, резкими колебаниями температуры, вызывающими: быстрое изменение объема в поверхностных горизонтах горных пород, что ведет к их растрескиванию;замерзание проникающей в трещины горных пород воды, за которым, вследствие увеличения объема, следует разрыв породы по трещинам;кристаллизацию солей (особенно гигроскопических) из растворов в трещинах горных пород, вызывающую увеличение объема солей и разрывное действие, аналогичное замерзающей воде. Интенсивность разрушения пород при этом зависит от структуры горной породы, ее минералогического состава, окраски породы и отдельных минералов, их теплоемкости и теплопроводности и пр.

б) Химическое (или физико-химическое) выветривание —при котором происходят глубокие преобразования и даже полная перестройка вещества горной породы. Основные агенты—вода и воздух; главнейшие химические реакции: растворение, реакции присоединения, расщепления и обмена, а также окисление и гидратация.

в) Органическое выветривание —воздействие на горные природы различных растительных и животных организмов. Это воздействие может выражаться и в механическом разрушении горных пород (корнями растений, сверлящими, и роющими животными), а также и в их химическом изменении (действие выделяющихся органических кислот, углекислоты и других свободных кислот, получающихся при разложении органического вещества и т. п.).

Разделение процессов выветривания на типы чисто условно; эти процессы проявляются совместно, и в любом типе выветривания, в той или иной мере, проявляется весь их комплекс. В результате выветривания происходит изменение горных пород и образование новых - элювия и коры выветривания.

Кора выветривания - сложно построенная толща горных пород, образованных под влиянием выветривания без участия процессов денудации. Кора выветривания слагается из ряда сменяющих друг друга по вертикали горизонтов, каждый из которых состоит из своеобразных элювиальных горных пород. Часто элювий отождествляется с понятием коры выветривания, но последняя - сложный элювиальный профиль, обычно объединяющий ряд разновидностей элювия. От незатронутых выветриванием горных пород кора выветривания отличается иным цветом (бурые, красные тона), более разрыхленной структурой и изменением химического состава.

При продолжительном воздействии выветривания мощность коры выветривания может достигать нескольких десятков метров. Такое выветривание получило название глубинного или векового выветривания (И. И. Гинзбург). К агентам поверхностного выветривания при этом добавляются особые условия: напр. резкие колебания температуры, свойственные поверхностным зонам, с глубиной постепенно сглаживаются и начинает играть роль давление. Сравнительно ничтожно влияние органических остатков. Одним из основных агентов глубинного выветривания становятся грунтовые воды;приобретает значение и грунтовый воздух. Глубинное выветривание в значительно меньшей степени связано с климатическими условиями, т. к. с глубиной все климатические факторы сглаживаются и в большей степени проявляются геологические условия (состав горных пород, трещиноватость и пр.). Климат влияет косвенно, отражаясь на уровне грунтовых вод, отчасти их составе, температуре и пр.

В пределах толщи литосферы, затронутой процессами выветривания, выделяют вертикальные зоны, тесно связанные с особенностями поведения грунтовых вод и составом самих горных пород (рыхлые, трещиноватые). К ним относят зону просачивания или аэрации, зону истечения грунтовых вод, где все поры заполнены водой, и зону застойных вод. В каждой зоне процессы протекают совершенно различно (рис. 1).

Рис. 1. Вертикальная зональность выветривания. I —зова аэрации;11-зона истечения; III —зона застойных вод. а—выпадающие атмосферные осадки; б—просачивающиеся воды в зоне аэрации; в—увеличенное просачивание в понижении за счет стока вод; г—горизонт почвенных вод: д—горизонт капиллярных вод; еж—зеркало грунтовых вод; з—стрелки, показывающие растекания грунтовых вод; и-зона глубинного выветривания (большая мощность); к—зона почвенного выветривания (незначительная мощность).

По степени разложения горных пород в сформированной коре выветривания выделяют ряд горизонтов:

Почва —продукт выветривания, образующийся при участии животных и растительных организмов, т. е. в сфере, биологических или «биотических» (В. Р. Вильяме) процессов (см. гл. XXIII). В местах незначительного развития коры выветривания, при мощности ее от нескольких сантиметров до 1—2 м, вся толща элювия находится под влиянием почвообразовательных процессов. Поэтому понятие кора выветривания для таких областей совпадает с понятием почвы, а в ряде случаев и с понятием элювия.

Корни коры выветривания —самые нижние ее части в виде карманов или жил, выклинивающихся книзу. Чаще всего такие корни бывают приурочены к трещиноватым горным породам и отличаются степенью разложения материнской породы, которое всегда меньше, чем в вышележащих частях коры выветривания. От коры выветривания в ископаемом состоянии и на склонах обычно сохраняются именно корни.

Влияние ветра, снега, льда на формирование рельефа.

Рельеф приобрел свои формы в результате как эндогенных (движение плит, магматизм, сейсмическая активность и т. д.), так и экзогенных (деятельности ледников, ветра и воды) процессов.

Ледниковые районы

Ясно, что некоторые природные процессы присущи только определенным климатическим зонам. Так, на формирование рельефа ледниковых (гляциальных) районов влияет оледенение, наблюдаемое лишь в местах с низкими температурами, а именно: высоко в горах или возле полюсов, где движущиеся ледяные массы образуют такие характерные элементы рельефа, как U- образные долины, а унесенный мате- риал откладывается в виде морен-- осколков горной породы, оседающих по краям ледника. Ледниковые районы граничат с перигляциальными зонами, также имеющими своеобразный рельеф. Здесь тоже холодно, но годовые колебания температур больше. Типичные элементы рельефа включают куполообразные холмы -- гидролакколиты, -- образующиеся при замерзании воды под поверхностью земли с последующим выталкиванием вышележащих слоев почвы и гравия.

Главная причина разрушения пород в ледниковых районах -- механическое (физическое) выветривание, в частнос ти, морозное разрушение в результате частого замерзания и оттаивания. Дело в том, что вода, замерзая, увеличивается в объеме на 9%. Поэтому, когда лед или снег тают, вода просачивается в трещины или поры породы, где и замерзает. Давление образовавшегося льда раскалывает в итоге самые твердые породы.

Крутые и пологие склоны

Обычно обломки разрушенной морозом породы имеют остроугольную форму. Если морозное выветривание происходит на кругых склонах, такие обломки -- коллювий -- переносятся вниз по склону и нагромождаются в виде шлейфа. Иногда лавины несут по склонам тысячи тонн снега и породы.

Засушливые зоны

Формы рельефа засушливых (аридных) и ледниковых зон сильно отличаются. Аридные ландшафты вклю чают безбрежные просторы песчаных дюн, каменистые равнины (гамады) и участки голой породы. Здесь есть и плоские равнины (характерные для значительной части Австралии и Африки), и изрезанные плато (как на юго-западе Америки).

На формирование рельефа в засушливых зонах влияют такие факторы, как сильные ветры, скудная растительность и ливневые паводки во время редких гроз. Кроме того, породы разрушаются под действием инсоляции -- механического выветривания, связанного с их быстрым нагреванием и остыванием. При этом порода многократно расширяется и сжимается, что приводит к растрескиванию и отслаиванию поверхностных слоев. В таких зонах важную роль в процессах рельефообразования играет и химическое выветривание -- результат совместного действия высоких температур и росы или небольших количеств дождевых осадков.

Для рельефа засушливых районов характерны столовые холмы-останцы с крутыми склонами (в Америке их на- зывают «меса», что по-испански значит «стол»). Однако в полузасушливых зонах благодаря большему количеству влаги формируются более округлые элементы рельефа, например, вздымающиеся над равнинами изолированные холмы (островные горы) и остроконечные холмики с зубчатым профилем (груды каменистых валунов).

Зоны влажного климата

В зонах влажного тропического климата интенсивно протекает процесс химического выветривания. На местности с уклоном выветренную породу не успевают убирать, что приводит к образованию глубокого слоя глинистой почвы. Формы рельефа здесь определяются балансом между продуктами выветривания и последствиями тропических ливней. Для этих районов характерны пологие склоны, округлые конические холмы (т. н. «сахарные головы») и илистые реки.

Зоны умеренного климата

Это своего рода переходные районы между зонами засушливого и влажного климата. Здесь имеет место как механическое, так и химическое выветривание, причем их относительная значимость зависит от местных условий, а именно: типа горных пород, температуры и количества влаги.

Классификация

На картах немецких и французских геоморфологов мир разбит на зоны с приблизительно одинаковыми условиями рельефообразования, где каждая зона должна иметь присущие лишь ей формы рельефа и ландшафт. Другие ученые утверждают, что ни одна подобная классификация не дает точного распределения форм рельефа, исходя из того, что большинство ландшафтов отражают не только современные процессы, но и происходившие в прошлом. Так, многие формы рельефа зон умеренного климата появились в результате ледниковой деятельности в древние ледниковые периоды. Другой контраргумент связан с тем, что сходные формы рельефа встречаются в разных климатических зонах.

15. Понятие о минералах. Физические свойства минералов. Характеристика главных форм рельефа материков: гор, равнин. Характеристика планетарных форм рельефа материков и океанов.