Выветривание на поверхности земли идет постоянный процесс разрушения горных пород. в географии этот процесс принято называть выветривание. выделяют три. — презентация

Ещё одна сила

И наконец, есть ещё одна причина разрушения горных пород. Как это — ещё одна, может кто-то возмутиться. Было же сказано, что их три! Друзья мои, читайте внимательно. В начале параграфа написано: «В природе существует три вида выветривания». Видите? В природе. А мы сейчас поговорим не о природном процессе, а о техногенном. Можете самостоятельно перевести это слово — «техногенный»? Очевидно, что речь идёт о процессе, связанном с применением техники. Так как только человек применяет технику, техногенные процессы по-другому называют антропогенными (от греческого слова «антропос» — «человек»). Техногенные, или антропогенные, процессы — это процессы, связанные с хозяйственной деятельностью человека. При строительстве или добыче полезных ископаемых человек разрушает горные породы. Он пробивает туннели в горах, для того чтобы пустить по ним дороги, создаёт огромные карьеры для добычи полезных ископаемых (рис. 94 ).

Практически все виды хозяйственной деятельности оказывают влияние на горные породы. Например, при вырубке лесов не защищённая деревьями поверхность начинает гораздо быстрее размываться текущими водами. Следовательно, деятельность человека может усиливать действие природных видов выветривания.

Ключевые слова

Выветривание (физическое, химическое, биогенное), техногенные (антропогенные) процессы

Проверим знания

1. Что такое выветривание? 2. Какие существуют виды выветривания? 3. Назовите главные причины физического выветривания? 4. Расскажите о биогенном выветривании. 5. Что такое техногенное выветривание?

А теперь более сложные вопросы

1. Почему силы выветривания называют внешними силами? 2. Приведите примеры действия разных сил выветривания. 3. Как в процессе физического выветривания образуются обломочные горные породы? 4. Приведите примеры техногенного выветривания.

И наконец, тест

1. Проявлением какого вида выветривания является разрушительная деятельность воды:

а) физического;
б) химического;
в) биогенного;
г) техногенного.

2. Техногенное выветривание НЕ проявляется при:

а) строительных работах;
б) добыче ископаемых;
в) формировании барханов;
г) прокладке дорог.

3. Биогенное выветривание НЕ связано с жизнью и деятельностью:

а) кротов;
б) людей;
в) растений;
г) птиц.

Ответы на тесты

1. а, 2. в, 3. б.

Биотическое выветривание

Дорожный асфальт, разбитый корнями деревьев

Под биотическим выветриванием (также называемым биологическим или биогенным выветриванием) понимается выветривание под воздействием живых организмов и продуктов их выделения или разложения. Эти эффекты могут иметь физическую природу (например, удаление корней) или могут состоять из химического воздействия. В некоторых случаях трудно различить биотическое и абиотическое выветривание. Процессы биотического выветривания иногда также классифицируются в литературе по категориям физического или химического выветривания.

Механико-биотическое выветривание

Механико-биотическое выветривание — это, в основном, выветривание корней . В трещинах в скале и в крошечных промежутках между минеральными зернами в корни растущих растений через их толщину возникает сила, имеющая тенденцию расширять эти отверстия. Иногда можно увидеть деревья с их нижним стволом и корнями, прочно вклинившимися в пропасть в массивной скале. В отдельных случаях еще предстоит выяснить, действительно ли дереву удалось раздвинуть каменные блоки дальше друг от друга с обеих сторон пропасти или же оно только заполнило пространство в уже существующей щели. В любом случае несомненно, что давление, оказываемое ростом крошечных корней в волосяных трещинах в скале, ослабляет бесчисленные мелкие чешуйки и зерна. Подъем и разрушение бетонных плит тротуара из-за роста корней близлежащих деревьев — хорошо известное свидетельство эффективного вклада растений в механическое выветривание.

Химико-биотическое выветривание

Химико-биотическое выветривание вызывается микроорганизмами , растениями и животными и является одним из тех явлений, которые обобщены термином биокоррозия . Например, органические кислоты, выделяемые корнями растений, атакуют минералы и расщепляют породу на отдельные компоненты. Гумус , который состоит из частично разложившихся микробных остатков мертвых растений и животных, содержит большое количество гуминовых кислот , которые обладают разрушающим действием. Образование микробных кислот, окисление и восстановление может привести к растворению минералов.

Действие угольной кислоты во многих случаях усиливается действием простых органических кислот. Они возникают в результате микробного разложения мертвого органического вещества или выделяются корнями живых растений. Они идут с металлами, особенно железом (Fe), алюминием (Al) и магнием (Mg), очень стабильными, водорастворимыми, частично водонерастворимыми соединениями, частично так называемыми металлоорганическими комплексами ( хелаты , хелаты ). Это хелатирование — важная реакция выветривания. Слово «хелат» означает «как клешни краба» и относится к очень тесной связи, которую органические молекулы образуют с катионами металлов.

В случае растворимых комплексов они смещаются в почвенном профиле с движением фильтрационной воды и выводятся из механизма выветривания. Хелатирующие вещества, которые в основном выделяются во время процессов микробной деградации, включают лимонную кислоту , винную кислоту и салициловую кислоту .

Кроме того, микроорганизмы и дыхание корней растений могут увеличивать содержание углекислого газа в почве за счет образования углекислого газа и, таким образом, ускорять процессы растворения. Анаэробные бактерии иногда вызывают процессы восстановления, используя определенные вещества в качестве акцепторов электронов для своего энергетического метаболизма и тем самым делая их водорастворимыми, например, восстанавливая железо из трехвалентной формы в двухвалентную. Соединения двухвалентного железа намного более растворимы в воде, чем соединения трехвалентного железа, поэтому железо может быть относительно легко мобилизовано и перемещено посредством микробного восстановления.

Индивидуальные доказательства

1. Ганс Георг Вундерлих : Введение в геологию. Том 1: Экзогенная динамика (= университета BI 340 / 340a, ). Bibliographisches Institut, Mannheim, 1968, стр. 39.
2. Герберт Луи , Клаус Фишер: Allgemeine Geomorphologie (= учебник общей географии. Том 1). 4-е, обновленное и дополненное издание. де Грюйтер, Берлин и др. 1979, ISBN 3-11-007103-7 , стр. 113 и далее.
3. Франк Анерт: Введение в геоморфологию. 4-е издание. Ulmer (UTB), Штутгарт 2009, ISBN 978-3-8252-8103-8 , стр. 297.
4. Si-Liang Li, Damien Calmels, Guilin Han, Jérôme Gaillardet, Cong-Qiang Liu: Серная кислота как агент карбонатного выветривания, ограниченная δ 13 C _DIC : Примеры из Юго-Западного Китая. Письма о Земле и планетологии. Vol. 270, No. 3–4, 2008, pp. 189–199, doi : (альтернативный
5. Фрэнк Дж. Стивенсон: Химия гумуса. Генезис, состав, реакции. 2-е издание. John Wiley & Sons, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк и др. 1994, ISBN 0-471-59474-1 , стр. 474.
6. Фрэнсис Джордж Генри Блит, Майкл Х. Де Фрейтас: геология для инженеров. 7-е издание. Арнольд, Лондон 1984, ISBN 0-7131-2882-8 , стр.31 .
7. Грег Джон Реталлак: Почвы прошлого. Введение в палеопедологию. 2-е издание. Blackwell Science, Лондон и др. 2001, ISBN 0-632-05376-3 , стр. 75.

Продукты выветривания

Согласно традиционным представлениям остаточные, остающиеся на месте продукты выветривания, называются элювием. Этот термин использовался для обозначения рыхлых обломочных накоплений разного механического состава от глыб до глин, твердых продуктов – метасоматитов, инсоляционных образований (панцири, кирасы, калькреты, корки, горизонты). Последняя группа новообразований, порожденных выветриванием, сочетанием процессов разложения, выщелачивания (элювиирование – вымывание) и синтеза, по В. Т. Фролову называется хемоэлювием. К этой группе относятся и остаточные твердые продукты выветривания, слагающие шляпы соляных структур, железные шляпы зон окисления сульфидных месторождений. Общей характерной особенностью подобных геологических тел, сформированных в результате выветривания, является переход к породам неизменным и сохранение в той или иной степени структурных особенностей коренной породы (структурный элювий по Л. Б. Рухину).

Образование продуктов выветривания происходит на фоне естественноисторической эволюции земной коры, ее структур, форм рельефа, климата, тектонического режима. Непосредственным элементом выветривания является удаление его продуктов с места разложения пород с образованием переотложенных скоплений, разнотипных по способу переноса, механизму отложения и обстановкам седиментации. Удаление продуктов выветривания с места их образования под действием сил гравитации,  ветра, водных потоков, движущихся ледников называется эрозией. Содержание этого понятия разными школами литологов понимается по разному.

Иногда вместо термина «эрозия» употребляется термин «денудация», означающий выветривание и снос. Денудация объединяет совокупность процессов, обуславливающих понижение и сглаживание земной поверхности в результате выветривания, эрозии, выноса и транспортировки материала, а также совместное разрушающее действие этих процессов. Вынос продуктов дезинтеграции пород, в том числе растворимых (элювиирование), является ее важным элементом, иначе из-за скопления разрушенного материала дальнейший процесс выветривания прекратится. Экзогенные геологические процессы способствуют мобилизации продуктов выветривания с последующим отложением. В этом плане выветривание – один из главных ландшафтнообразующих факторов, действие которого приводит к нивелировке (пенепленизации) земной поверхности. Самостоятельным геологическим образованием, порожденным процессом выветривания, являются почвы – верхний плодородный породный слой, формирующийся при существенном участии биоса  в процессах выветривания, содержащий горизонт обогащения продуктами разложения, в основном, растительной биомассы.

Выветривание имеет два аспекта. С одной стороны это раздробление материнских пород, или физическое выветривание. Но процесс разрушения породы может состоять из химического разложения с участием реакций обмена, растворения, выщелачивания, окисления, гидратации, составляющих содержание выветривания химического. Обычно эти два основных типа выветривания сочетаются в разных пропорциях, причем физическое выветривание подготавливает горные породы к химическому выветриванию.

Виды выветривания

1.1. Температурное выветривание

Механизм температурного выветривания определяется: суточными и сезонными колебаниями температур; разными коэффициентами теплового расширения, сжатия и теплопроводности минералов;

Это приводит к возникновению напряжений между минералами и нарушению сил сцепления. Минеральные зерна в разной степени температурного выветривания сжимаются и расширяются, а потому возникают сжимающие и расширяющиеся усилия.

Особенно ярко этот процесс температурного выветривания проявляется среди полиминеральных горных пород, и в частности, среди гранитов, сиенитов, габбро, гнейсах и кристаллических сланцев.

У кварца и кальцита температурный коэффициент линейного расширения в направлении, перпендикулярном тройной оси, в два раза превышает тот же коэффициент в направлении, параллельном ей. Возникающие местные напряжения приводит к разрушению минеральных зерен.

Вследствие этого даже мономинеральные горные породы, такие как кварцевые песчаники, кварциты, известняки, известковые песчаники, мрамора и другие, быстро разрушаются из-за температурных колебаний.

На интенсивность температурного выветривания влияют:

цвет горных пород: темноцветные минералы нагреваются и остывают быстрее и больше, чем бесцветные. Поэтому темноокрашенные горные породы быстрее разрушаются.

размеры слагающих ее минеральных зерен. Чем крупнее зерна, тем быстрее они разрушаются.

Процесс температурного выветривания наиболее интенсивно протекает в областях с резкими контрастами температур, сухостью воздуха и слабым развитием или полным отсутствием растительности.

Из-за температурного фактора и при наличии влаги поверхность горных пород начинает шелушиться.

От поверхности отслаиваются чешуи или различной толщины пластины. Этот процесс особенно хорошо выражен на отдельных глыбах или валунах.

Температурное выветривание активно протекает на вершинах и склонах гор, не покрытых снегом или льдом. Здесь вследствие высокой инсоляции поверхность хорошо и активно прогревается, а в ночное время остывает до отрицательных температур.

Под действием замерзающей воды легко раскалываются трещиноватые и пористые породы.

В жарких районах механическое воздействие на горные породы и их дезинтеграция происходят в результате роста кристаллов солей в капиллярных трещинах и порах. В дневное время поверхность пород сильно прогревается, капиллярная вода притягивается к поверхности и испаряется, а соли, содержащиеся в ней, кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов трещины и поры расширяются.

Особенно сильным разрушающим фактором при механическом выветривании оказывает замерзающая вода.

Сильное механическое воздействие на толщи горных пород оказывают корневая система деревьев, трав, а также животные (муравьи, земляные черви, норные звери).

Дата публикования: 2014-11-19; Прочитано: 227 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Выве́тривание — совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием колебаний температуры, циклов замерзания и химического воздействия воды, атмосферных газов и организмов.

Выветривание происходит за счёт совокупного воздействия на верхнюю оболочку литосферы агентов (факторов) выветривания из гидросферы, атмосферы и биосферы. В результате образуются кора выветривания и продукты выветривания. Выветривание может проникать на глубину до 500 метров

Процессы в зоне гипергенеза

В зоне гипергенеза, соответствующей приповерхностной биокостной  части литосферы, выведенные на поверхность либо на дно морского бассейна горные породы стремятся прийти в равновесие с окружающей средой. Основными источниками энергии здесь являются солнечное тепло и в значительно меньшей степени внутренне тепло Земли. Важнейшую роль в гипергенных процессах играют органическое вещество и вода.

Верхней границей служит земная поверхность. Нижняя граница соответствует уровню затухания воздействия на горные породы фотосинтезирующей жизни, что сопровождается резким сокращением содержания кислорода и соответственно изменением химических условий среды (Eh, pH, угнетение процессов окисления, гидролиза, коллоидообразования). Обычная мощность зоны гипергенеза не превышает десятков метров, но иногда гипергенные процессы проявляются на глубинах в сотни и даже первые тысячи метров. Их проявление в глубинных зонах приурочено к зонам трещиноватости, карстовым полостям, поверхностям контактов пород, подземным горным выработкам, сохраняющим связь с земной поверхностью и служащим путями проникновения гипергенных агентов.

В зоне гипергенеза всегда присутствуют два принципиально различных комплекса минеральных образований: 1) материнские породы (субстрат) и 2) продукты гипергенеза.

В зависимости от условий процессы гипергенеза можно разделить на три группы:

поверхностный (или наземный) гипергенез – комплекс явлений и процессов, происходящих непосредственно на поверхности суши или связанных с проникающими в толщи пород инфильтрационными водами;

глубинный (или подземный) гипергенез — комплекс явлений и процессов, происходящих ниже земной поверхности и связанных с воздействием подземных вод, движущихся по водоносным горизонтам или восходящих по проницаемым зонам (заметим, что эти воды также имеют поверхностное происхождение);

подводный гипергенез (или гальмиролиз) — комплекс явлений и процессов, происходящих на дне морей и океанов при взаимодействии морских вод с горными породами.

Формирование продуктов поверхностного гипергенеза связано с процессами выветривания.

Выветривание – это процесс изменения и разрушения минералов и горных пород на земной поверхности под воздействием физических, химических и органических факторов.

В зависимости от того, какие факторы обуславливают процессы преобразования пород, выветривание можно подразделить на физическое (или механическое) и на химическое. Биогенные процессы, очень широко проявленные в процессах выветривания, проявляются как в механическом, так и в химическом воздействии на минеральный субстрат. Механическое разрушение пород при биогенном выветривании осуществляется, например, корнями растений, расширяющими трещины, или роющими организмами (черви, муравьи, термины, суслики, кроты и др.). Биохимические процессы активно воздействуют на минеральное вещество как в процессе жизнедеятельности (например, лишайники извлекают минеральные вещества из минералов, что приводит к разрушению последних), так и поставляя химически активные соединения в процессе разложения (органические кислоты, возникающие при разложении опавшей листвы и пр.).

Взаимодействие минерального и органического вещества приводит к возникновению почвы.

Физическое выветривание

Физическое выветривание подразделяется на температурное и морозное.

Температурное выветривание – разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры. Известно, что при нагревании и охлаждении твёрдые тела изменяют свой объём. Не являются исключением горные породы и минералы. В результате суточных колебаний температуры в массиве горных пород возникают напряжения двух типов.

Напряжения первого типа (называемые объёмно-градиентными) связаны с неравномерным нагреванием поверхностной и более глубоких частей массива; различие температур (и, соответственно, различное расширение) в этих частях массива приводят к образованию трещин, направленных параллельно его поверхности. Вследствие этого происходит шелушение и отслаивание пород, называемое десквамацией.

Десквамация в слоистой карбонатной породе (плато Лаго-Наки, Большой Кавказ)

Десквамация вулканических пород (вулканический массив Карад-Даг, Крым)

Второй тип напряжений в пределах объёма породы и минерала связан с различием коэффициентов теплового расширения-сжатия минералов. Напряжения этого типа приводят к раскалыванию до уровня минеральных зёрен и далее, по трещинам спайности, до образования частиц размером до сотых долей мм. Быстрее разрушаются темноокрашенные минералы и породы, а также крупнокристаллические полиминеральные породы с большими различиями коэффициентов расширения составляющих их минералов.

Так в процессе температурного выветривания массив пород разрушается с образованием обломочных пород различного размера – от щебня до алевритового материала. Суточные колебания температуры проявляются до глубины 1 м, что определяет максимальную мощность возникающих таким путём обломочных отложений.

Наиболее активно температурное выветривание протекает в пустынях и, в несколько меньшей степени, в нивальных областях и в высокогорных районах, не покрытых снегом. Этому способствует сочетание двух факторов: 1) резкие суточные колебания температуры, достигающие 50оС и 2) обнажённость горных пород ввиду отсутствия растительного покрова и почвенного слоя.

Морозное выветривание – разрушение горных пород в результате периодического замерзания попадающей в трещины воды.

Попадая в трещины, в холодное время суток вода замерзает – превращается в лёд, объём которого, как известно, значительно выше, чем исходный объём воды. Кристаллизующийся лёд оказывает на стенки трещин весьма существенно давление, достигающее 1000 кг/см3 и более, что значительно выше прочности большинства горных пород. Давление льда приводит к расширению трещин и раскалыванию пород на крупные обломки размером от десятков сантиметров до метров в диаметре. Отсутствие более мелкого материала обусловлено тем, что свободная вода не способна проникать в микротрещины.

Наиболее активно морозное выветривание протекает в холодных и умеренных областях с резкими суточными колебаниями температуры, а также в области развития вечной мерзлоты и в зоне деятельности ледников.

Образующиеся в ходе физического и химического выветривания продукты разрушения могут быть перемещены с места своего образования под действием водных потоков, ветра, движущихся ледников и других экзогенных факторов  (процесс перемещения продуктов разрушения горных пород называется денудация) или остаться на месте своего образования. Продукты выветривания, залегающие на месте своего образования, называются элювий. К элювию относят продукты выветривания, не смещённые за пределы площади развития материнских пород (субстата за счёт которого они образовались).

В результате физического выветривания образуются особые формы ландшафта. Если выветривание происходит в горной области, где имеются плоские, горизонтальные поверхности, то продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и более мелкого дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи и ландшафты беспорядочного нагромождения глыб, получившие название «каменных морей».

Характерным ландшафтом зон физического выветривания являются каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады. Гаммады представляют собой нагромождения глыб и щебня, образующиеся за счёт выветривания горизонтально лежащих платов горных пород и выноса ветром  пылеватых и песчаных продуктов их разрушения. Краю пластов часто расчленены на останцы конусовидной формы, понижения между которыми заполнены россыпями каменных глыб и щебнем.

Говоря о физическом выветривании необходимо подчеркнуть, что оно приводит к механической дезинтеграции пород и минералов, но не приводит к их химическому преобразованию.

Особенности химического выветривания

Химическое выветривание – это разрушение минералов и принципиальное изменение их состава, что приводит к образованию совершенно новых соединений.

Данный процесс наиболее активно идет в карбонатных породах, для которых характерна раздробленность и повышенная водопроницаемость. Особенно большое влияние на протекание разрушительного процесса оказывает вода.

Рис. 2. Карбонатные горные породы

Скорость химического выветривания многократно увеличивается, если в водном растворе есть органические кислоты, углекислота и кислород. Эти вещества обладают высокой активностью, которую способны передавать и воде.

Выделяют 4 основные реакции химического выветривания:

• Окисление – присоединение молекул кислорода, за счет чего происходит образование новых соединений. К примерам химического выветривания горных пород под воздействием кислорода можно отнести переход сидерита и пирита в гематит.
• Гидратация – присоединение воды, то есть прикрепление молекул воды к поверхности кристаллической решетки минерала. Типичный пример гидратации – переход ангидрида в гипс.

Рис. 3. Гипс

• Растворение – растворение молекул одного вещества в другом веществе без качественного изменения его состава. Почти все минералы, так или иначе, растворяются, но больше всего этому процессу подвержены осадочные горные породы.
• Гидролиз – сложный, поэтапный химический процесс, при котором под воздействием воды и растворенных в ней ионов происходит полное изменение структуры минералов. Каолинит – пример горной породы, которая появляется за счет выветривания под влиянием гидролиза.

Что мы узнали?

Мы узнали, что химическое выветривание минералов является сложным процессом, в котором участвуют такие вещества как вода, углекислый газ и кислород. Он наблюдается преимущественно в жарком климате – тропиках или субтропиках, и ему подвергаются, в основном, карбонатные горные породы.

1. /5

   Вопрос 1 из 5

литература

• Харм Дж. Де Блай, Питер О. Мюллер, Ричард С. Уильямс-младший: Физическая география — глобальная окружающая среда. 3. Издание. Oxford University Press, New York NY et al. 2004 г., ISBN 0-19-516022-3 .
• Генри Лутц Эрлих, Дайан К. Ньюман: Геомикробиология. 5-е издание. CRC Press, Boca Raton FL, et al. 2009, ISBN 978-0-8493-7906-2 .
• Ганс Гебхардт, Рюдигер Глейзер , Ульрих Радтке , Пауль Ройбер (ред.): География. Физическая география и география человека. Elsevier, Spektrum Akademischer Verlag, Мюнхен и другие. 2007, ISBN 978-3-8274-1543-1 .
• Курт Конхаузер: Введение в геомикробиологию. Blackwell Publishing, Malden MA et al. 2007, ISBN 978-0-632-05454-1 .
• Фрэнк Пресс , Раймонд Сивер : Общая геология. Введение в систему Земли. 3. Издание. Издательство Spectrum Academic, Гейдельберг и др. 2003 г., ISBN 3-8274-0307-3 .
• Алан Х. Стралер; Артур Н. Штралер: Физическая география (= UTB. Geosciences 8159). 3-е, исправленное издание, Ulmer, Stuttgart 2005, ISBN 3-8001-2854-3 .

Химическое выветривание

Выветривание химическое – процесс преобразования пород и минералов под влиянием растворения, окисления, гидратации, замещения и гидролитического разложения, проявляющихся в изменении их внешнего облика, окраски, минерального и химического составов и свойств. Химическое выветривание наиболее интенсивно развивается в условиях тёплого, жаркого избыточно влажного гумидного климата тропиков и субтропиков. На развитие В. х. существенно влияют наличие и характер растительного покрова, микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности и в целом активность биохимических процессов (таблица).

Характеристика химического выветривания пород (по И. И. Гинзбургу)