Выветривание горных пород. Что такое выветривание

Выветривание - разрушение горных пород под воздействием ряда факторов. Приходя в контакт с атмосферой, гидросферой и биосферой, горные породы, ранее находившиеся на глубине, подвергаются изменению своего состояния, нарушению сплошности и, наконец, дезинтеграции, разрушению на мелкие частицы. Выветривание можно разделить на три вида механическое, химическое и биологическое.

Механическое или морозное выветривание , происходит при замерзании воды попавшей в трещины горных пород. Вода, замерзая, превращается в лед, объем которого на 10% больше, и при этом создается давление на стенки, например, трещины, до 200 МПа, что значительно больше прочности большинства горных пород. Такое же расклинивающее действие на породы оказывают кристаллы соли при их росте из раствора. Механическое расклинивающее воздействие на горные породы оказывают корни деревьев и кустарников, которые, увеличиваясь в объеме, создают большое добавочное напряжение на стенки трещины. Даже мелкие грызуны, а также черви, муравьи и термиты оказывают механическое воздействие на горную породу, роя ходы до 1,5 м глубиной.

Химическим выветриванием называется разрушение горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислоты и органических кислот, содержащихся в воздухе и воде и воздействующих на поверхность пород, растворяя их. Химические выветривание представлено несколькими основными процессами: растворением, окислением, гидратацией, восстановлением, карбонатизацией, гидролизом.

Растворение играет наиболее важную роль, т.к. связано с воздействием воды, в которой растворены ионы Na, К, Mg, Са, CI, SO, НСО3 и др. Особенно существенны ионы водорода (Н), гидроксильный ион (ОН) и содержание О, СО и органических кислот. Как известно, концентрации ионов Н оценивают в виде рН-логарифма концентрации ионов. При рН = 6 растворимость железа в 100 тыс. раз (!) больше, чем при рН = 8,5. Глинозем - Al2O3, практически нерастворимый при рН от 5 до 9, при рН < 4 прекрасно растворяется. Кремнезем - SiO2 - значительно увеличивает свою растворимость при пере-ходе от кислых растворов с рН < 7 к щелочным рН > 7. Отсюда ясно, какую важную роль играет водородный ион в ускорении процессов химического выветривания, в частности растворения. Хорошо растворяются соли хлористо-водородной и соляной кислот. Так, на 100 частей воды по весу NaCl приходится 36 частей, RC1 - 32, MgCl - 56, CaCl - 67. Карбонаты и сульфаты растворяются хуже, например на 10 тыс. частей воды всего 20 частей CaSO4, или 25 частей CaSO4 +2H2O. Еще хуже растворяются карбонатные породы, известняки, мергели, доломиты. Однако если растворение продолжается длительное время, то возникает большое разнообразие карстовых форм рельефа, включая глубокие, многокилометровые пещеры

Окисление представляет собой взаимодействие горных пород с кислородом и образование оксидов или гидроксидов, если присутствует вода. Сильнее всего окисляются закисные соединения железа, марганца, никеля, серы, ванадия и других элементов, которые легко соединяются с кислородом.

Легко окисляется такой распространенный минерал, как пирит:

FeS2 + mO2 + nH2O>FeSO4> Fe2 (SO4)3>Fe2O3 nH2O

Таким образом, на «выходе» после окисления получается такой распространенный минерал, как лимонит, или бурый железняк.

Следы окисления в виде пород, окрашенных в бурый, охристый цвет, наблюдаются везде, где в породах содержатся железистые минералы или их включения.

Восстановление происходит в отсутствие химически связанного кислорода, когда сильным восстановителем является органическое вещество, сформировавшееся в результате отмирания болотной растительности. При этом необходимы анаэробные условия в неподвижной, застойной воде, например в болотах. Восстановительные процессы превращают породы с оксидом железа, окрашенные в бурые, желтые и красноватые цвета, в серые и зеленые. Под торфом иногда возникает глинистая серо-зеленая масса, называемая глеем.

Гидролиз - это довольно сложный процесс, особенно затрагивающий минералы из группы силикатов и алюмосиликатов. Происходит он при взаимодействии ионов Н и ОН с ионами минералов, следовательно, для гидролиза всегда необходима вода. Гидролиз приводит к нарушению первичной кристаллической структуры минерала и возникновению новой структуры уже другого минерала. Наиболее распространенный пример - это гидролиз ортоклаза, одного из полевых шпатов, часто встречающегося в горных породах, особенно в гранитах. Гидролиз в присутствии СО приводит к образованию нерастворимого минерала каолинита и выносу бикарбоната калия и кремнезема.

Примеры реакции гидролиза:

2 KАlSi3O8 + 3H2O + 2CO2 > Al2Si2O5 (OH)4 + H4SiO4 +2KHCO3

ортоклаз, каолинит кремнекислота бикарбонат калия

микроклин

СaАl2Si2O8 + 3H2O + 2CO2 > Al2Si2O5 (OH)4 + Са(HCO3)2 + H4SiO4

аноритт каолинит бикарбонат Сa

Карбонатизация . Минералы, содержащие ионы Ca, Mg, Na и K вступают в реакцию с природными водами, насыщенными углекислотой. При этом образуется карбонаты и бикарбонаты этих минералов. Такой процесс называется карбонатизацией. Все поверхностные воды содержат углекислый газ, поступающий из атмосферы или из разлагающегося в почве органического вещества. Растворенный углекислый газ реагирует с водой, при этом образуется углекислота:

Н 2 О + СО2 = Н2 СО3

Углекислота диссоциирует на ионы водорода (Н +) и бикарбоната (НСО3 -) и ионы карбоната (СО3 2-). Поэтому насыщенная углекислой вода растворяет многие минералы легче, чем чистая вода, т.е. является активным агентом выветривания.

Гидратация - это процесс присоединения воды к минералам и образования новых минералов. Самый простой пример - переход ангидрита в гипс.

CaSO4 + 2H2O>CaSO4 2H2O

Объем породы при гидратации увеличивается, что может привести к деформациям отложений.

Биологическое выветривание. Горные породы на своих поверхностях содержат огромное количество микроорганизмов. На 1 г выветрелой породы может приходиться до 1 млн. бактерий. Как только порода начинает выветриваться, на ней сразу же поселяются бактерии и сине-зеленые водоросли, затем лишайники и мхи, которые растворяют и разрушают поверхностный слой породы, и после их отмирания на ней образуются углубления, ямки, борозды, заполненные сухой биомассой отмерших организмов. Наиболее распространены грибные гифы (ветвящиеся тяжи) и микроколонии из округлых клеток. Грибы, как правило, интенсивно окрашены различными пигментами - меланином, каротиноидами, микроспоринами, которые вызывают потемнение трещин и придают поверхности мрамора, например, красновато-бурый, бурый - почти черный - цвет. Еле заметные трещинки на поверхности камней обладают другими экологическими обстановками, нежели обстановки на гладкой поверхности породы. Там больше влаги и меньше света. Поэтому в субаэральных пленках на поверхности камней преобладают микроскопические грибы, гифы которых активно растут, удлиняются и в конце концов покрывают всю поверхность камня. Таким образом, на поверхности горных пород формируются сообщества микроорганизмов, играющие важную роль в процессах выветривания.

Чаще всего перечисленные выше типы выветривания действуют одновременно. Однако под воздействием климата, водного режима, смены суточной и сезонной температур решающим становится какой-нибудь один тип, подчиняющийся климатической зональности. Так, во влажной тропической зоне химическое выветривание благодаря высокой температуре протекает интенсивно, с максимумом выщелачивания. Несколько менее энергично такое же выветривание происходит в таежно-подзолистой зоне. В пустынях, полупустынях и тундре преобладает физическое выветривание, тогда как химическое сходит на нет.

О, выветривание... С ним связана одна из страшных (на самом деле, не очень) ошибок моего детства. Перед поступлением в первый класс я считала, что кукушка "кукукает", а где-то в средней школе не только путала ямб с хореем, но и думала, что выветривание - это только про ветер. Открывать учебник надо было почаще, увы мне.

Выветривание – что это такое

Горы и камни кажутся чем-то вечным, но время не щадит и их. Различные природные процессы постепенно разрушают даже горные породы. Это и есть выветривание.

Здесь важно добавить, что разрушение – это не уничтожение. Минералы не исчезают в никуда, они лишь принимают другую форму. В процессе выветривания образуются кора и продукты выветривания.

Кора выветривания – это рыхлый верхний слой литосферы, сложенный из различных продуктов выветривания, которые также называют элювием или элювиальными отложениями.

Интересные результаты выветривания – кигиляхи (скалы причудливых форм) и курумы (россыпи камней).

Механизмы выветривания

Выделяют два основных типа: химическое и механическое.

Три кита, на которых стоит химическое выветривание:

• вода;
• кислород;
• углекислый газ.

Эти вещества очень активны и легко вступают в реакции. Гидролиз, гидратация, окисление... Одни соединения разрушаются, но образуются другие. Такой вот круговорот элементов в природе.

Вода участвует и в механическом выветривании. Она воздействует на горные породы изнутри (проникая в самые маленькие трещинки) и снаружи (силой волн).

К механическому (физическому) выветриванию относится также воздействие ветра (наконец-то!) и перепадов температур.

Механическое выветривание, в отличие от химического, не изменяет состав вещества. Породы лишь дробятся: от появления маленьких трещин до превращения в пыль.

Особым видом механического выветривания считается то, которое происходит в результате деятельности живых организмов: микроорганизмов, растений и животных.

К выветриванию приводит и воздействие радиации, в том числе, солнечной. Хотя даже внутри самих горных пород встречаются радиоактивные элементы.

Происходит на протяжении всего . Осуществляется оно различными по направлению геологическими процессами.

Гора Монсеррат в Испании

Одни геологические процессы обусловлены воздействием:

1. атмосферы,
2. гидросферы,
3. биосферы;

Другие - связаны с недрами Земли.

Донецкий кряж

Рассмотреть, как время разрушает камень, можно на примере Донбасса. В процессе выветривания мощный Донец­кий кряж превратился в степь.

Проезжая по Донбассу, например от Константиновки на Гор­ловку - столицу старейшего каменноугольного бассей­на и дальше на Иловатскую, или другим маршрутом - от Лу­ганска на Шахты, - нигде нет особенных неровностей рельефа.

В результате бурных горообразовательных процессов толщи девонских и каменноугольных отложений были смяты в складки и разбиты трещинами, по которым происходили перемещения отдельных участков земной коры. Образовался могучий Донец­кий кряж, и современному овражно-степному ландшафту в то далекое время отвечал горный ландшафт с высокими вершинами отдельных гор, с глубокими, мрачными ущельями, бурными по­токами.

Сейчас от этих гор ничего не осталось. Процессы выветривания постепенно разрушали горные породы, слагавшие Донецкий кряж, вода и ветер сгружали с него продукты выветривания, и сейчас о древних горах можно судить только по тем складкам, которые лежат глубоко под, землей.

Зная направление и наклон пластов этих разрушенных под­земных складок, а геологи умеют точно их определять, можно мысленно восстановить на бумаге «воздушные складки» и по ним сделать правильные выводы о древнем рельефе Донбасса.

Внимательное изучение угленосной толщи Донбасса позво­лило выделить до двухсот прослоев и пластов различной мощ­ности. Это значит, что та территория, которую занимает Донбасс, испытала до двухсот поднятий и опусканий. Это значит, что двести раз последова­тельно вновь вырастала мощная растительность и снова скры­валась в пучинах древних морей.

Залежи угля встречаются:

1. в виде гнезд значительной ве­личины,
2. в виде пластов, покрывающих огромные площади.

Залежи первого типа форми­ровались в замкнутых водо­емах - в озерных котлови­нах, а второго типа, наобо­рот - в огромных водных бассейнах. Ко второму типу залежей относится Донбасс.

Виды выветривания

Под воздействием раз­личных видов выветривания:

постепенно и незаметно раз­рушались горы; точно также постепенно огромные участки суши заливались морем и, наоборот, морское дно в результате его поднятий ста­новилось сушей.

История Донбасса и обнажения реки Йеллоустон (на Северо-Западе США), с пятнадцатью горизонтами окаменевших деревьев, дают в этом убедительные подтверждения.

Морские осадки часто сми­нались в складки, образуя высокие горы.

Воздействие атмосферы на горные породы

Воздействие атмосферы на горные породы проявляется в изменении температурного режима и работе ветра .

Колебание температуры разрушает горные породы

В высокогорных районах и пустынях наблюдаются резкие колебания температуры в течение суток, особенно летом; в пол­день нестерпимо печет солнце, а ночью резко холодает. Камень днем сильно нагревается, а ночью остывает.

Эти различия не могут не отразиться на ослаблении связи меж­ду отдельными минеральными зернами, составляющими породу, при этом чем крупнее зерно и темнее окраска породы, тем силь­нее идет этот процесс.

Постепенно на поверхности камня обра­зуются трещины. В них проникает вода, напитывает породу и, замерзая в мороз, заметно увеличивает свой объем. Трещины становятся все глубже и шире, пока, наконец, камень не ото­рвется от утеса.

В тихую морозную ночь или весной, когда тает снег в горах, бывает отчетливо слышен треск отрыва породы, - и загремит потом глыба по каменному скату, или зашуршит, сползая по осыпи к ее краю. Бывает и так, что огромная глыба в результате сильного перегрева распадается на месте на отдельные куски, как очищен­ный апельсин на составляющие его дольки.

Камни различной стадии разрушения встречаются часто в гористой пустыне, например в Центральной Азии, в Восточной Сахаре, в Атласских горах (Северная Африка), в горах Кавказа и Крыма. Валуны и различной формы каменные обломки бывают настолько разбитые трещинами, что камень легко распадается при слабом на­жиме руки.

Матрацевидная отдельность

Встречаются трещины и другого рода. Они наблюдаются нередко на гранитах и называются трещинами отдельности так как отчетливо разбивают породу на отдельности в виде глыб блоков. Порода, разбитая трещинами отдельности, напоминает матраци, наваленные в беспорядке друг на друга. Отсюда и название - матрацевидная отдельность .

Происхождение этой отдельности объясняется тем, что при остывании расплавленной магмы в недрах земли на породе образовались горизонтальные и вертикальные трещины. Когда же порода оказалась на поверхности земли, эти трещины в результате воздействия процессов выветривания значительно расширились и отчетливо наметили разделение породы на отдельности.

Выветривание таких крупнозернистых пород , как некоторые виды гранитов, (подробнее: ), протекает иногда весьма своеобразно. Геологи называют его шелушением камня. И, действительно, с поверх­ности камня, словно шелуха, начинают постепенно отваливать­ся отдельными плитками куски породы.

Этот материал накап­ливается у подножия валуна или утеса, который постепенно принимает округлую форму.

Загар или лак пустыни

Особую форму выветривания , еще недостаточно изученную, представляет образование так называемого загара или ла­ка пустыни . Мрачным черным налетом он по­крывает утесы и отдель­ные камни особенно твердых и мелкозерни­стых пород. В пасмур­ную погоду эта мрачная окраска производит гнетущее впечатление, и только под лучами солнца оживает характерный облик пустыни.

Загар пустыни по­крывает тонкой плен­кой лишь освещаемые солнцем участки поро­ды. Та сторона камня, которой он лежит на земле, обычно не загорает. Скрывая истинный цвет камня и его строение, загар пустыни затрудняет без геологического молот­ка полевое определение пород, слагающих утесы, но стоит только ударить молотком - и под черным лаком налета обнаруживается хорошо знакомый гранит или другая порода.

Но представление о значении выветрива­ния в жизни Земли будет далеко не полным, если не ознакомиться с такими формами рельефа, которые позволяют судить о далеком прошлом той страны, в которой они сохранились.

В пустыне можно увидеть отдельные столообраз­ные возвышенности, сложенные параллельно лежащими пласта­ми пород. Хотя эти возвышенности и расположены далеко друг от друга, однако по слагающим породам нетрудно заключить что когда-то они представляли единое целое.

Теперь можно только догадываться об исчезнувших пластах: очевидно, они были сложены более мягкими породами, слабее сопротивляю­щимися процессам выветривания, их размывали воды, развева­ли ветры,- и только эти одинокие возвышенности остались молчаливыми свидетелями далекого прошлого. Их так и назы­вают каменными останцами .

Подобные формы рельефа часто носят названия столбов, башен, игол, столов, грибов и т. п., подтверждая тем самым внешнее сходство с теми предметами, которые они нам напоми­нают. Иногда в столбах наблюдаются черты сходства с фигурой или лицом человека, тогда их называют «дед», «старик и ста­руха», «братья», «каменные болваны» и т. п.

В пустыне Джунгарии, на берегу реки Дям, а также в Севе­ро-Восточном Китае, Синьцзяне наблюдается значительное раз­нообразие форм рельефа. Особенно их много в одном районе. По внешнему сходству они местами напоминают развалины города, от которого сохранились только отдельные башни, полу­разрушенные крепостные стены, дома, улицы.

В образовании этих причудливых форм рельефа большое участие принимал ветер, недаром геологи и назвали этот замечательный район Джунгарской пустыни «эоловым городом» (по верованиям древ­них греков, Эол - повелитель ветров).

Следы работы ветра в формировании рельефа особенно за­метны на высокогорных хребтах, где ветер достигает значительной силы, а также в пустынях, где есть ему разгуляться. В пу­стынях всегда дуют ветры. Недаром жители пустынь называют ветер «хозяином пустыни», который принимает участие в процессах выветривания.

Ослабление связи между отдельными минеральными зерна­ми, составляющими породу, приводит к тому, что камень посте­пенно начинает выкрашиваться. Ветер углубляет выветривание горных пород не только тем, что выдувает отдельные неустойчивые зернышки породы, но и дальше разрушает ее по­стоянными ударами мириадов песчинок.

Так постепенно даже в гранитах образуются углубления, или ниши выдувания , как их называют геологи. В мягких породах, как мергели, иначе глинистые известняки, и в песчаниках ниши достигают достигают иногда значительных размеров, например в окрестностях Бахчисарая (в Крыму) и Кисловодска, особенно по дороге на скалу Лермонтова.

Ниши в мягких породах встречаются не только значительных размеров и глубин, но даже иногда насквозь пробивают отдель­ные утесы, оказывающие препятствие движению ветра. Такова например, Кольцо-гора на левом берегу реки Подкумок - место постоянных экскурсий отдыхающих в кисловодских санаториях.

На отвесных обрывах в мягких породах можно наблюдать образование небольших неровностей, возникающих под воздействием продолжительной работы песка и ветра. По внешнему виду эти неровности могут иметь общее сходство и с кружевами и с пчелиными сотами, только значительно увеличенные, отсюда и название сотовое или ячеистое, выветривание . Оно часто встречается в местах выходов мергелистых, известняковых и других пород, например в окрестностях Бахчисарая и Кисловодска.

Местами камень непосредственно выходит на поверхность Земли или неглубоко залегает под слоем почвы. В горных странах на месте даже неглубоких выемок можно проследить, как почва постепенно переходит в ту породу, на которой она залегает. Значит, камень превратился в почву? Как же в этом можно убедиться?

Воздействие биосферы на процесс выветри­вания

Лишаи, мхи и другие растения, поселяющиеся непосредственно на голом камне и в трещинах скал, и особенно мельчайшие организмы - бактерии усиливают процесс выветри­вания . Каменная порода, разрушаясь, измельчаясь все больше и больше, постепенно превращается в почву, на которой затем поселяется различная растительность. Растительные и животные остатки обогащают почву перегноем.

Почва - продукт выветривания гор­ных пород

Рассматривая щепотку почвы , в ней можно увидеть мельчай­шие прозрачные песчинки, камешки, корешки. А если размешать в стакане воды немного почвы, то на дно стакана быстро осядет песок и медленно отложится глина.

Песок и глина - основа почвы. В зависимости от преобла­дания в почве песка или глины она так и называется глинистой, песчаной, суглинистой, супесчаной и т. д.

Почвы - одно из основных природных богатств Земли. В нашей стране плодородные, особенно богатейшие черно­земные почвы занимают огромные пространства.

Умелым вмешательством в жизнь почвы, в протекающие в ней сложнейшие процессы человек повышает плодородие поч­вы. Он не только возрождает истощенные почвы, но даже пре­вращает заведомо бесплодные в плодородные.

В крепостной России неуме­лое хозяйничанье привело к оскудению наиболее хлебородных губерний. Земля перестала плодоносить. Как возродить плодородие почвы, никто не знал, потому что тогда еще не понимали, что такое почва и как она образуется.

Вклад В. В. Докучаева в почвоведение

Строилось много догадок, пока талантли­вый русский ученый профессор В. В. Докучаев (1846-1903) бле­стяще не разрешил поставленную перед сельским хозяйством серьезную задачу. Наука о почве - почвоведение - зародилась в России. Почвоведение - основа мировой науки о почве.

На древних обомшелых стенах Староладожской крепости, заложенной новгородцами в 1116 г., Докучаев разгадал тайну образования почвы из камня.

Строители Староладожской крепости складывали ее стены из «дикого камня» - известняка, находившегося неподалеку в окрестности. Прошло много столетий, и старая крепость, пере­жив славу блестящей победы Александра Невского над швед­скими захватчиками (1240 г.), превратилась в исторический па­мятник, разрушаемый беспощадным временем.

Внимательно исследуя обветшалые стены, Докучаев обнару­жил на поверхности их землистое вещество, в котором прочно укоренилась различная растительность.

Откуда же появилась земля на стенах старой крепости? Не занес ли ее сюда ветер,

Задумался ученый. Нет! Землистое вещество было не только на камнях, но также и между камнями. В нем встречались, кроме того, крупинки и куски того самого камня, из которого были сложены стены крепости. Отдельные куски до того выветрились, что легко крошились в руке.

Что же произошло с камнем? Почему он стал таким податли­вым даже для пальцев? Камень разрушило время .

На протяжении сотен лет камень Староладожской крепости начал переходить в новое образование - почву.

В настоящее время идет реконструкция Староладожской крепости, которая к середине ХХ столетия превратилась практически в руины. Чему причиной стало время и выветривание горных пород.

Выветривание горных пород под воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительности, животных, особенно микроорганизмов, (подробнее: ), и человека приводит к образованию почвы.

Почва благоприятствует образованию, и обеспечивает , без которой невозможно существование животного мира. Вознаграждая труд человека, почва еще больше увеличивает значе­ние камня в жизни Земли.

Оно относится к экзогенным (внешним) силам, влияющим на . Выветривание бывает разных видов:

Разновидностью физического является морозное выветривание, характерное для и субарктических климатических зон. Здесь вода замерзает не только в трещинах, но и в капиллярах, разрывая горную породу до рыхлого состояния.

Химическое выветривание . Это разрушение горных пород при взаимодействии их с химически активными элементами (кислородом, углекислым газом, органическими кислотами). Этот тип выветривания особенно заметен в породах, содержащих железо, - они покрываются бурой коркой. Главными районами земного шара, где происходит подобный процесс, являются и тропические широты. Здесь горные породы разрушаются дождевой водой с растворенными в ней химически активными элементами.

Для этого типа выветривания характерно накопление в озерах и : бокситов, фосфоритов, кобальта, осадочного железа.

Органическое выветивание . Оно протекает под действием живых организмов, которые дробят горные породы корнями растений и кислотой при разложении растительных и животных остатков. Животные, делая ходы и норы в , разрыхляют ее. Некоторые морские моллюски просверливают себе норы в прочных прибрежных скалах. Мхи и лишайники выделяют кислоты, растворяющие горные породы. Главный результат органического выветривания - образование почв.

Толща горных пород, которая подверглась разрушению, образует кору выветривания - рыхлый слой, создающийся в зоне просачивания воды. В жарком и , где условия наиболее благоприятны для его образования, кора выветривания достигает 100-200 м и более, хотя обычно толщина ее 30-60 м. В зависимости от различна не только мощность коры выветривания, но и ее состав.

Невидимые, неприметные силы выветривания, работающие изо дня в день, разрушают скалы, возле которых накапливаются крупные и мелкие обломки размером от глыб до песка. Они скатываются, сползают, скользят по склону, образуя осыпи. Обычно они имеют форму конуса, прислоненного к склону. Постепенно осыпь растет в ширину и высоту, стыкуется с соседними, образуя шлейф осыпей. Горы как бы «тонут» в грудах обломков. Осыпи образуются чаще весной, при таянии снега, или в тихую морозную .

Выветривание – это процесс разрушения и изменения состава пород вследствие колебаний температуры, замерзания и оттаивания воды, химического воздействия воды, растворенных в ней газов, кислот и щелочей, под действием ветра, растений и животных и др. Выветривание наиболее интенсивно протекает на поверхности земли, но распространяется и в глубину, особенно по зонам ослабления в породах – трещинам, разломам.

Различают выветривание физическое, химическое и биологическое или органическое. Физическое выветривание преобладает в условиях резко континентального или холодного климата и его значение состоит в раздроблении, дезинтеграции пород (см. обломочные ОГП). При химическом выветривании меняется минералогический состав пород. Активные реагенты при этом – вода, кислород, углекислота, органические кислоты. Наиболее общие процессы химического выветривания - растворение, гидратация, окисление, гидролиз; некоторые процессы называют по характеру образующихся при этом минералов: каолинизация, карбонизация, серпентинизация и др. Биологическое или органическое выветривание, связывая его с действием живых организмов; примеры биологического выветривания – действие корней растений, мхов и лишайников, животных - землероев, различных микроорганизмов.

В природе все виды выветривания протекают совместно, при определяющем влиянии того или другого, в зависимости от конкретных условий – климатических, геологических, гидрогеологических и др.

6.2. Кора выветривания и элювиальные отложения

В результате выветривания породы изменяются на некоторую глубину – обычно несколько метров, а в районах тропического климата до 100 метров. Эта зона сильно измененных пород вместе с почвой называется корой выветривания. Крупнообломочные и песчано-глинистые породы коры выветривания представляют собой элювиальные отложения или элювий. В общем случае кора выветривания имеет следующее строение (рис.6.1). Цифрами указаны:

1 – невыветрелая (материнская) порода; 2 – глыбовая зона, то есть выветрелая трещиноватая порода (вплоть до разборной скалы – рухляка); 3 – зона грубого дробления - крупнообломочный грунт (щебень, дресва с песчано-глинистым заполнителем); зона тонкого дробления: 4 – песок; 5 – глинистая порода; 6 – почва; 7 – уровень сноса пород (базис денудации а-а) или дно котлована; 8 – трещины выветривания; 9 – «острова» элювия среди разборной скалы.

Рис. 6.1. Кора выветривания:

1 – материнская порода; 2 – выветрилая скала; 3 – крупнообломочный грунт; 4 – песок; 5 – глинистая порода; 6 – почва; 7 – базис денудации;

8 – трещины выветривания; 9 – «острова» элювия среди скального грунта

Исходя из условий образования, элювиальные отложения представлены крупнообломочными, песчаными и глинистыми породами и характеризуются следующими свойствами:

Обломки имеют неокатанную, угловатую форму (щебень, дресва, хрящ); поверхность песчаных частиц шероховатая, что связано с отсутствием переноса материала;

Слоистость отсутствует, имеет место постепенный переход одной зоны в другую (рис.6.1);

Неоднородность механического состава;

Минералогический состав элювия связан с подстилающей материнской породой;

Наибольшее распространение и мощность элювия характерны для невысоких плоских водоразделов и отрицательных форм рельефа (понижений), где слабо проявляется денудация;

Нижняя граница элювия обычно неровная из-за разнообразия влияющих на выветривание факторов.

Возможность использования элювия в качестве основания сооружения зависит от мощности и вида грунта, его состава и состояния, а также от действующих нагрузок. Здания и сооружения с умеренными нагрузками успешно возводятся на элювиальных грунтах, особенно в районах широкого их распространения (Урал, Дальний восток). С другой стороны, для тяжелонагруженных особо ответственных сооружений (плотины, опоры мостов и др.) может потребоваться полное удаление выветрелых пород. Например, при возведении плотины Братской ГЭС снималось 1,5 метра верхней части слоя диабаза – основания плотины.

Особый характер имеет выветривание глинистых пород, происходящее в котлованах, откосах, подземных выработках. Увеличение влажности вызывает набухание породы с нарушением цементационных связей. Подсыхание приводит к усадке с появлением трещин. Аналогичные результаты может дать снятие части природной нагрузки (например, при отрывке котлована). Все такие изменения приводят к разупрочнению грунта и последующему разрушению. Это характерно и для таких полускальных пород, как аргиллиты, глинистые сланцы, мергели, опоки и др. Поэтому в строительных технологиях не допускаются длительные перерывы между разработкой котлована и бетонированием фундамента.

Выветривание – всеобщий процесс, действующий и на материалы искусственных сооружений, откосы выемок и насыпей и т.д. Защита от выветривания достигается нанесением на поверхности пород и материалов стойких покрытий или пропиткой их различными вяжущими.