Выветривание пород
Содержание
Введение
Глава 1. Физическое выветривание и его факторы
Глава 2. Химическое выветривание и его факторы
Глава 3.Коры выветривания
Заключение
Список литературы
Введение
В результате техногенного (антропогенного) воздействия в природе возникают или активизируются различные изменения, влияющие на здоровье и благосостояние людей. В связи с этим важнейшей проблемой человечества является процесс выветривания пород.
Цель – детально изучить причины выветривания пород, определить типы кор выветривания.
Мной была сделана попытка решить такие задачи:
• изучить физическое выветривание и его факторы;
• рассмотреть химическое выветривание и его факторы;
• рассмотреть типы кор выветривания.
Структура работы обусловлена предметом, целью и задачами исследования. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.
Введение раскрывает актуальность, определяет степень научной разработки темы, объект, предмет, цель, задачи и методы исследования, раскрывает теоретическую и практическую значимость работы.
В первой главе приводится описание физического выветривания и проводится анализ факторов влияющих на него. Во второй главе раскрывается роль химического выветривания и его факторов. Третья глава посвящена изучению типов кор выветривания.
В заключении подводятся итоги исследования, формируются окончательные выводы по рассматриваемой теме.
При написании курсовой работы были изучены труды А. Алистона, С.В. Аплонова, Е.И. Арчикова, В.В. Добровольского, Н.В.Короновского, В.К. Лапердина, Е.А.Толстых, А.И.Шеко, Н.А.Ясаманова, А.Ф. Якушовой.
В курсовой работе были использованы такие методы:
• метод анализа литературы;
• метод аналогии;
• метод классификации;
• метод обобщения;
• метод конкретизации;
• метод описания.
Глава 1. Физическое выветривание и его факторы
Физическое выветривание – это дробление материнских пород, их дезинтеграция без существенного изменения состава минеральных зерен. Такое выветривание характерно для Арктики, Антарктики, горных районов, областей аридных зон – пустынь, полупустынь со скудным содержанием влаги в почве, весьма малым годовым количеством осадков при сильном солнечном нагреве, со значительным колебанием суточных и сезонных температур.
Физическое выветривание происходит, в основном, под действием изменения температуры, замерзания-оттаивания воды, действия сверлящих (роющих) животных, животных, корневой системы растений, кристаллизации содержащихся в капиллярной воде солей. Существенных изменений состава обломков при этом не происходит.
Процессы физического выветривания горных пород распространяются на относительно небольшую глубину – до 20-30 метров. Это тот предел, до которого сказывается влияние температурных колебаний, как суточных, так и сезонных. [7]
Процессы физического выветривания проявляются с различной интенсивностью в зависимости как от сочетания внешних условий, так и от особенностей состава и строения выветриваемых горных пород.
К числу внешних условий относятся:
- Климат. Наиболее благоприятен для развития физического выветривания климат с резкими температурными контрастами, в особенности с большим суточными перепадами температур. Морозное выветривание вообще может проявляться лишь в соответствующих климатических зонах.
- Растительный покров. Наличие растительного покрова предохраняет горные породы от воздействия прямых солнечных лучей и сглаживает температурные колебания. Поэтому наиболее интенсивно физическое выветривание будет идти в пустынях, слабее – в степных условиях, и в наименьшей мере – там, где развита густая древесная растительность.
- Рельеф. При наличии склонов достаточной крутизны все продукты дезинтеграции практически сразу удаляются, и процессы выветривания быстрее развиваются вглубь.
Свойства горных пород, влияющих
на темпы физического
- Особенности структуры. Во-первых, влияет размер минеральных зёрен в породе. Чем они крупнее, тем значительнее колебания объёма каждого зерна. И тем быстрее будет идти дезинтеграция. Следовательно, более мелкозернистая порода будет при прочих равных условиях устойчивее к физическому выветриванию. Во-вторых, различным может быть характер соединения минеральных зёрен в породе – и, соответственно, более или менее прочной связь между ними.
- Минеральный состав. Различные минералы имеют разный коэффициент температурного расширения. Чем он больше, тем менее устойчива горная порода к перепадам температуры. Существенное влияние оказывает и число видов породообразующих минералов в составе породы. Когда их несколько, величины изменения объёма у минерала каждого вида свои, что также ослабляет устойчивость. Поэтому мономинеральные горные породы в целом будут устойчивее полиминеральных.
- Окраска. Более тёмная горная порода под воздействием солнечных лучей нагревается сильнее и подвержена большим колебаниям температуры и объёма. Так что при прочих равных условиях светлая горная порода будет более устойчива к физическому выветриванию, чем тёмная. [20]
Горные породы являются агрегатом зерен различного состава, которые по разному реагируют на изменение температуры. Они обладают отличающимися коэффициентами объемного и линейного расширения, т.е. при нагревании на 1⁰С увеличивают свой объем или длину на разную величину. Например, у кристаллов кальцита по направлениям, параллельным оси симметрии третьего порядка и перпендикулярным к этой же оси, коэффициенты различаются существенно, составляя 25,6·10-6 и 5,5·10-6 соответственно. Не менее значительны различия этих коэффициентов у разных минеральных индивидов. Так у кварца он составляет 3,1·10-4, у ортоклаза – 1,7·10-3. При нагревании гранитной породы до 50⁰С размер каждого зерна кварца увеличивается на 15%. Поскольку температура в течение чуток меняется, то различия в коэффициентах объемного и линейного расширения приводят к ослаблению связей между зернами. Порода растрескивается и делится на обломки. При физическом выветривании действуют и силы кристаллизации. Вода при замерзании, превращаясь в лед, увеличивает свой объем на 9%. При этом порода как бы расклинивается по трещинам и разрушается. Отмечается также влияние тектонических напряжений. Под их воздействием пласты пород изгибаются, сминаются с образованием разрывов, трещинноватости, т.е. происходит нарушение целостности породы. Ударное действие волны, абразия, и ветра, корразия – важные факторы физического выветривания. Волны морского прибоя и течения приводят к механическому разрушению коренных пород. Ударная волна, несущая камни, песчинки, действует на породы берега, вызывая их обрушение и растворение. Подводная абразия действует на дне озер, морей, океанов, на глубинах до нескольких десятков метров в озерах, морях и до 100 и более метров в океанах. Явление абразии и корразии – механическое разрушение, шлифование, истирание поверхности породы при трении и столкновении с твердыми частицами пород, происходят не только за счет переноса частиц движением воды, но и при переносе ветром, льдом, при перемещении под действием силы тяжести. Эрозионная деятельность льда проявляется в Арктике, в Антарктике, в хонах высоких широт, в высокогорьях. Льды, сползая, истирают и дробят породы.
Составной частью физического выветривания, эрозии и денудации является действие гравитационных факторов, определяющих начальную дифференциацию обломочного материала. Более крупные обломки накапливаются на склонах, у подножий, в понижениях рельефа. Более мелкие уносятся водой, ветром иногда на сотни километров от разрушающего массива.
В зависимости от ведущего фактора, определяющего процессы разрушения пород, выделяется несколько разновидностей физического выветривания – морозное, снежное, инсоляционное (в пустынях), биологическое, ледовое. При механическом выветривании действует комплекс процессов, характерный и для химического разложения, но при резком преобладании физического разрушения горных пород. Не перемещенные продукты, в виде разновеликих обломков, остаются на месте разрушения с постепенным переходом в неизменную породу, образуя физический элювий. В. Т. Фролов называет такой элювий каменистыми развалами или каменными руинами. Мощность слоя физического элювия различна и может достигать 30-40 м.
К числу остаточных образований относятся остающиеся на месте грубообломочные продукты механического дробления пород – перлювий после вымывания или выдувания тонких частиц, мелкозема. Образование перлювия происходит при участии течений, волнений, деятельности ветра, грунтовых вод. При этом могут образоваться скопления конкреций, фаунистических остатков, тяжелых минералов. В. Т. Фролов считает их горизонтами конденсации по механизму накопления компонентов, сходному с повышением концентрации элементов при выпаривании.
Физическое выветривание пород происходит без изменения их химического состава. Порода просто дробится на обломки с постепенным уменьшением их размера вплоть до песка. Примером такого физического разрушения может служить температурное выветривание. [3]
Температурное выветривание происходит в результате резких колебаний температур, вызывающих неравномерное изменение объема горных пород и слагающих их минералов. Периодическое нагревание и охлаждение пород при суточных и сезонных колебаниях температур приводит к образованию трещин и к распадению их на глыбы, которые в свою очередь подвергаются дальнейшему измельчению. Чем резче колебания температур, тем интенсивнее проявляется физическое выветривание и, наоборот, в условиях «мягкого» климата механическое разрушение пород происходит крайне замедленно. Наиболее активно температурное выветривание проявляется в пустынях, полупустынях и высокогорных областях, где горные породы очень сильно нагреваются и расширяются днем, охлаждаются и сжимаются ночью.
Интенсивность и результаты выветривания определяются также составом, структурой и цветом породы: полиминеральные породы будут разрушаться быстрее, чем мономинеральные. Этому значительно способствует анизотропия и неодинаковые коэффициенты расширения главнейших породообразующих минералов.
Процесс температурного выветривания, вызывающего механическую дезинтеграцию горных пород, особенно характерен для экстрааридных и нивальных ландшафтов с континентальным климатом и непромывным типом режима увлажнения. Особенно наглядно это проявляется в областях пустынь, где количество выпадающих атмосферных осадков находится в пределах 100-250 мм/год (при колоссальной испаряемости) и наблюдается резкая амплитуда суточных температур на незащищенной растительностью поверхности горных пород. В этих условиях минералы, особенно темноцветные, нагреваются до температур, превышающих температуру воздуха, что и вызывает дезинтеграцию горных пород и на консолидированном ненарушенном субстрате формируются обломочные продукты выветривания. В жарких пустынных областях механическое воздействие на горные породы и их дезинтеграция осуществляются также ростом кристаллов солей, образующихся из вод, которые попадают в капиллярные трещины в виде растворов.
Например, коэффициент объемного расширения кварца в два раза больше, чем у ортоклаза.
Глубина температурного выветривания при суточных колебаниях температур составляет не более 50 см, а при сезонных колебаниях – несколько метров.
Частными случаями температурного выветривания являются процессы десквамации (шелушения), сфероидального выветривания и дезинтеграции зерен.
В пустынях наблюдается шелушение, или десквамация (лат. "десквамаре" - снимать чешую), когда от гладкой поверхности горных пород при значительных колебаниях температур отслаиваются чешуи или толстые пластины, параллельные поверхности. Этот процесс особенно хорошо можно проследить на отдельных глыбах, валунах.
При сфероидальном выветривании первоначально угловатые, разбитые трещинами блоки пород в результате выветривания приобретают округлую форму.
Дезинтеграция зерен – ослабление и отделение зерен в грубозернистых породах, в результате чего порода рассыпается, при этом образуется дресва или песок, состоящий из несвязанных между собой зерен различных минералов. Дезинтеграция зерен происходит всюду, где обнажаются крупнозернистые породы.
Другим видом физического выветривания является морозное выветривание, при котором породы разрушаются под действием замерзающей воды, проникающей в поры и трещины. При замерзании воды объем льда увеличивается на 9%, что создает значительное давление в горных породах. Таким образом, легко дробятся породы с высокой пористостью, например, песчаники, а также сильно трещиноватые породы, в которых трещины распираются ледяными клиньями. Наиболее интенсивно морозное выветривание протекает в зонах, где среднегодовая температура близка к нулю. Это зона тундры, а также в горных районах на уровне снеговой линии.
Кристаллизация солей – образование и рост кристаллов в пустотах и трещинах – способствует разрушению пород, подобно действию ледяных клиньев. [5]
Продуктами физического выветривания на поверхности являются угловатые обломки. В зависимости от своего размера обломки подразделяются на: глыбы – (> 20 см); щебень – (20 – 1 см); дресва – (1 – 0.2 см); песок – (2 – 0.1 мм); алеврит – (0.1 – 0.01 мм); пилит – (< 0.01 мм). Скопление этих продуктов приводит к формированию рыхлых осадочных горных пород.
Глава 2. Химическое выветривание и его факторы
При химическом выветривании
разрушение горных пород происходит
с изменением их химического состава
главным образом под
Возможность химического выветривания определяется рядом свойств самих горных пород, влияющих на их подверженность химическому изменению. Более 98% земной коры слагают 8 химических элементов, самый распространенный из которых - кислород, составляет более половину общего веса земной коры. Далее следуют кремний (менее четверти общего веса земной коры), алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний. По объему почти вся земная кора состоит из анионов кислорода, соединенных с катионами металлов в форме окислов. Наиболее важным из них являются кремнезем (SiO2), образующий минерал кварц и окислы алюминия (Al2O3) и железа (Fe2O3). Значительная часть минералов образована силикатными тетраэдрами (Si2O4), выступающими в роли «строительных кирпичиков». Благодаря различному типу химических связей между этими тетраэдрами и соединяющими их катионами и замещению части ионов кремния в тетраэдрах алюминием возникает огромное разнообразие силикатных минералов. Основные процессы химического выветривания выражаются в нарушении тетраэдральной решетки и выносе скрепляющих их катионов.
Существенную роль в процессах химического выветривания играет дождевая вода, имеющая сложный химический состав. Она содержит, кроме растворенного атмосферного кислорода и двуокиси углерода, морские соли, окись азота, растворенную азотную кислоту, двуокись серы и растворенную серную кислоту. Эти постоянные компоненты дождевой воды дают ей возможность бесконечно разнообразного воздействия на горные породы. Как только вода просачивается, ее состав испытывает дальнейшие изменения благодаря реакциям с минеральными и органическими фракциями почвы и грунта. [12]
Главными реакциями, обуславливающими химическое выветривание, являются окисление, гидратация, растворение и гидролиз. Но в природе эти процессы протекают совместно, и их суммарный результат сильно изменяет результаты воздействия каждого из них.
Окисление – это переход элементов с низкой валентностью в высоковалентное за счет присоединения кислорода. Окислению подвержены в первую очередь минералы, содержащие железо, серу, ванадий, марганец, никель, кобальт и другие легко соединяющиеся с кислородом элементы. Факторами окисления являются кислород воздуха и вода. В присутствии влаги закиси металлов, входящие в состав горных пород и минералов, легко переходят в окиси, сульфиды — в сульфаты и т. д.
Например: лимонит – это
самая устойчивая форма существования
железа в поверхностных условиях. Все
ржавые пленки и ржаво-бурая окраска пород
обусловлена присутствием гидроокислов
железа. Так как железо постоянно входит
в химический состав многих породообразующих
минералов – значит при химическом выветривании
этих минералов
Fe++ перейдет в Fe+++, т.е. лимонит.
Окисляется не только Fe, но и другие металлы.
В условиях недостатка кислорода
протекает процесс
Рис.2. Зона окисления и восстановления сульфидных руд
Выше уровня (зеркало) грунтовых
вод располагается зона обогащения
O2, и в ней интенсивно протекают
процессы окисления, в результате чего
сульфиды металлов переходят в сульфаты,
которые хорошо растворимы и просачивающимися
водами перемещаются вниз до уровня грунтовых
вод в зону обедненную кислородом. В этой
зоне сульфаты восстанавливаются и переходят
во вторичные сульфиды в результате чего
возникает зона богатых руд (зона вторичного
обогащения). На поверхности же рудного
тела в результате окисления и выщелачивания
образуется так называемая железная шляпа,
которая представляет собой каркас кварца
пропитанного лимонитом. Процессы окисления
и восстановления можно представить в
виде схемы:
|
|
|
|
|
Гидратация – это химическое
присоединение воды к минералам горных
пород с образованием новых минералов
(гидросиликатов и гидроокислов) с другими
свойствами.
Fe2O3 + nH2O ® Fe2O3 ´
nH2O
гематит лимонит
CaSO4 + 2H2O ® CaSO4 ´ 2H2O
ангидрит гипс
Превращение
ангидрита в гипс всегда сопровождается
значительным увеличением объема породы,
что приводит к механическому разрушению
всей гипс-ангидритовой толщи.
Растворение – способность молекул одного вещества распространяться вследствие диффузии в другом веществе. Оно происходит с различной скоростью для разных пород и минералов. Наибольшей растворимостью обладают хлориды (галит NaCl, сильвин KCl и др.). Сульфаты и карбонаты растворяются хуже. [18]
Гидролиз – наиболее важный процесс химического выветривания, т.к. путем гидролиза разрушаются силикаты и алюмосиликаты, которые слагают половину объема внешней части континентальной коры.
Гидролиз – это обменное разложение
вещества под влиянием гидролитической
диссоциации воды, сопровождающееся разрушением
одних и образованием других минералов.
Наиболее характерен пример гидролиза
полевых шпатов:
K[AlSi3O8] + nH2O + CO2 ®
K2CO3 + Al4 [Si4O10](OH)8 +
SiO2 ´ nH2O
ортоклаз в раствор каолинит опал
Дальнейший гидролиз каолинита приводит
к его разложению и образованию латерита:
Al4 [Si4 O10](OH)8 ® H2Al2O4 +
SiO2 ´nH2O
Латерит
Интенсивность процесса гидролиза, которому сопутствуют растворение и гидратация, зависит от климатических условий: - в умеренном климате гидролиз протекает до стадии образования гидрослюд; - во влажном теплом климате – до стадии образования каолинита; - в субтропическом климате – до стадии образования латерита.
Таким образом, при гидролизе разрушаются силикаты, алюмосиликаты; на их месте накапливаются глинистые минералы, а за счет вытеснения катионов образуются свободные окислы и гидроокислы алюминия, железа, кремния, марганца.
Латериты являются ценными рудами на алюминий. При перемыве латеритной коры выветривания и переотложении гидроокислов алюминия формируются месторождения бокситов.
В соответствии с приведенной последовательностью выделяются 4 стадии химического выветривания:
- Обломочная, при которой породы превращаются в рыхлые продукты физического выветривания;
- Обизвесткованного элювия (сиаллитная), когда начинается разложение силикатов, сопровождаемое удалением хлора, серы и обогащение пород карбонатами;
- Глин (кислая сиаллитная стадия), когда продолжается разложение силикатов и происходит отщепление и вынос оснований (Ca, Mg, Na,K), а также образование каолиновых глин на кислых породах и нонтронитовых – на основных;
- Латеритов (аллитная), завершающая стадия химического выветривание, на которой идет дальнейшее разложение минералов (отщепляются и выносятся окислы и гидроокислы алюминия и железа – гетит, гидрогетит и гиббсит, гидроаргиллит).
Как было сказано выше, выветривание неразрывно связано с климатом. Взаимосвязь между климатическими параметрами и характером и типом выветривания хорошо передают схемы Пельтье. Эти схемы построены исходя из следующих упрощений:
механическое выветривание почти полностью обусловлено попеременным замерзанием и оттаиванием,
химическое выветривание
в такой степени зависит от
наличия воды, что его интенсивность
должна прямо соответствовать
Таким образом, районы, в которых циклы замерзания - протаивания наиболее действенны и температура часто переходит через точку замерзания, являются ареной наиболее активного проявления физического выветривания. Считая, что химическое выветривание ускоряется при высоких температурах и плотном растительном покрове, Пельтье установил районы, где такие условия преобладают. Исходя из сказанного, Пельтье были определены климатические режимы, характеризующиеся разным сочетанием механического и химического выветривания и составлены схемы, дают общее представление об относительной роли каждого из этих процессов в разных природных зонах.
Кроме климата на ход процессов выветривания оказывает влияние рельеф, вернее интенсивность тектонических движений, о чем указывал Н.М. Страхов. Он предполагал, что обычно химическое выветривание преобладает над механическим. Особенно действенно оно в тропической зоне. Территория вторичного максимума приурочена к влажным районам умеренных широт, хотя скорость выветривания здесь в 20 раз ниже, чем в тропиках. Относительно мощному механическому выветриванию климат благоприятствует только в пустынях и на крайнем севере. Однако Н.М.Страхов подчеркивал, что с увеличением амплитуды рельефа, механическая денудация в форме поверхностного смыва становится настолько интенсивной, что она в итоге совершенно подавляет химическое выветривание. Для достижения такого состояния в гумидных районах тропической зоны необходимо исключительно быстрое тектоническое поднятие, тогда как в умеренных широтах условия для механической денудации гораздо лучше и преобладать она может и при относительно небольших тектонических поднятиях.
Арктическая зона характеризуется преобладанием физического выветривания, особенно морозного, обусловленного низкими температурами. Коры выветривания представлены малоизмененными обломочными отложениями малой мощности. Процессы химического выветривания не выражены, вторичных глинистых минералов не образуется. Перенос водными потоками продуктов разложения ослаблен, органических соединений очень мало, почвы практически отсутствуют.
Тундра. Так же как в предыдущей зоне преобладают процессы физического выветривания с очень незначительной активностью химического. Из-за низких температур, несмотря на обилие воды, деятельность микроорганизмов подавлена. Следствием этого является медленный биологический круговорот атомов, малая продуктивность растительной массы, ослабленная минерализация органических остатков. Типоморфными и вместе с тем самыми подвижными элементами являются, ион водорода и двухвалентное железо (Н+, Fe2+).
В лесной зоне с умеренно теплым климатом морозное выветривание ослабляется, и активизируются процессы химического выветривания. Активно протекают процессы гидратации, в меньшей степени гидролиза и карбонатизации. С влагой вниз перемещаются (выщелачиваются) растворимые продукты химического выветривания и, прежде всего, щелочи и щелочные земли. В разложении и переносе минеральных веществ существенную роль играют гумусовые соединения (фульвокислоты и их соли) почвы и микроорганизмы (преимущественно грибы). Кора выветривания в этих условиях представляет собой комплекс продуктов выветривания сиаллитно-глиногенного состава (смесь гидратов алюминия, железа и кремния). Типоморфные элементы - ион водорода, алюминий, железо, кремний. В большом дефиците кальций, и многие редкие элементы - кобальт, фтор, молибден, йод.
В степной зоне с умеренно теплым климатом и непромывным режимом формируется сиаллитно-карбонатная кора выветривания, лессовидная, обогащенная карбонатами кальция и магния и калия. Вымытые Cl- SO42- и частично Na, Mg и K входят в состав образующихся глинистых минералов – сиаллитов, содержащих Si и Al2O3 – монтмориллонита, бейделлита и др. В почвах и коре выветривания существуют как нисходящие, так и восходящие потоки, что приводит к формированию горизонтов, обогащенных солями (хлоридами и сульфатами). Благодаря содержанию кальция грунтовые и почвенные воды имеют слабощелочную реакцию и отличаются высокой прозрачность: коллоиды не вымываются, фиксируясь в коре выветривания. Типоморфными элементами являютсякальций, магний, натрий.
В полупустынях умеренного пояса
химическое выветривание и водная
миграция химических элементов ослаблены
и образование глинистых минералов происходит
замедленными темпами. В аридных пустынях(
Во влажных тропиках и субтропиках химическое выветривание охватывает слои земной коры в десятки метров и завершается полным разложением минералов, так как почвенные воды, обогащенные углекислым газом и большим количеством органических кислот, образующихся при быстром разложении обильных растительных остатков, обладают большой разрушительной силой. Из почв вымываются и переходят в раствор большая часть оснований и почти вся окись кремния. Накапливаются наименее подвижные продукты разложения гидроокислыжелеза и алюминия, которые образуют коллоидные осадки, сохраняются в почве и придают ей красный цвет. Тропические коры выветривания имеют сиаллитно-ферралитный и аллитный состав, типоморфными элементами являются - Н+, алюминий, железо, типоморфными соединениями - гидраты алюминия, железа, латериты, бокситы, каолины.
Зональность почвенного
покрова и процессов почвообразования. Под почвой

- Вывих
- Вывод зеркала Magic Mirror на основной рынок
- Вывод на рынок нового товара
- Вывод на рынок нового товара
- Вывод нового товара на рынок
- Вывод предприятия из кризиса
- Вывод пчелиных маток
- Выведение на рынок нового продукта
- Выведение нового сорта смородины черной в условиях Западной Сибири
- Выведение нового товара на рынок
- Выведение новых товаров на рынок
- Выведение новых товаров на рынок
- Выведение товара на рынок
- Вывеска и витрина в современной рекламе