Физическое Выветривание

                                                         ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………. 2

ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ…………………………………………...... 3 ТЕМПЕРАТУРНОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ……………………………………….. 3

МОРОЗНОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ………………………………………………... 6

СОЛЕВОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ………………………………………………….. 8

МЕХАНИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ………………………………………... 9

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И СОХРАННОСТЬ КОР ВЫВЕТРИВАНИЯ..10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... 14

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................................. 15

СЛОВАРЬ.............................................................................................................. 16

                                                 ВВЕДЕНИЕ.

   На земной поверхности горные породы находятся в условиях тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой и под их воздействием начинают разрушаться и преобразовываться. Этими внешними, или гипергенными, процессами создается почвенный покров, который несплошным чехлом перекрывает так называемые коренные породы. Во многих местах они обнажаются на дневной поверхности. Коренные породы возникли на некоторой, иногда значительной глубине в недрах Земли или на дне морей и океанов. Оказываясь в совершенно иных условиях в приповерхностной части Земли, они попадают в совершенно иные физико-химические условия и пол влиянием различных внешних факторов начинают разрушаться. Этот процесс носит название выветривания.

   Выветривание – это изменение горных пород любого состава и структуры, которое происходит в поверхностных условиях под совокупным действием физических, химических и биохимических процессов. Под действием этих процессов горные породы и слагающие их минералы в приповерхностной части земной коры преобразовываются. В процессе выветривания возникают своеобразные образования, которые носят название коры выветривания. Процессы выветривания играют исключительную роль в образовании осадочного материала и предшествуют возникновению подавляющего большинства осадочных горных пород.

   Преобразование горных пород в приповерхностных условиях обусловлено несколькими факторами: колебаниями температуры воздуха и самой горной породы, химического воздействия атмосферных и поровых газов и воды, из которых главными являются углекислота и кислород, биохимического воздействия органических веществ, которые образуются в результате жизнедеятельности организмов или возникают в результате их преобразования после отмирания и разложения.

   Область, в которой происходит преобразование минерального вещества, слагающего горные породы, или дезинтеграции минерального единства горных пород называются зоной выветривания, или зоной гипергенеза (от греч. «гипер» - над, сверху). Сам процесс выветривания довольно сложен и протекает весьма медленно. Он зависит от климата, рельефа местности, где выступают коренные породы, наличия разрывных нарушений, состава организмов, участвующих в процессе выветривания,  а также от минерального состава самих разных пород, их структурно- текстурных особенностей. Преобладающим фактором среди физико-географических процессов является климат, от которого зависит движущая сила процессов выветривания. От состояния климата и длительности его воздействия зависят глубина преобразования горных пород и возникновение стадийности выветривания, которое выражается зональностью кор выветривания. Из совокупности климатических элементов наибольшее значение имеет общее количество солнечной энергии, выраженной в температурном факторе и степени увлажненности.

                                                                                                                                   2

        В зависимости от преобладания того или иного физико-географического и физико-химического фактора выделяют два взаимосвязанных типа выветривания: физическое и химическое (биохимическое).

                                ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ.

   В этом типе выветривания особенно большое значение имеет температурный фактор, кристаллизация воды и солей и в меньшей степени биологический фактор. Температурный фактор вызывает изменение объема составных частей породы. В других случаях горные породы разрушаются механическим воздействием кристаллов, растениями и роющими животными.                           

   Температурное выветривание. В результате суточных и сезонных колебаний температур, которые приводят то к нагреванию, то к охлаждению поверхности горных пород, и из-за разного коэффициента теплового расширения и сжатия, а также теплопроводности минералов, слагающих горные породы, между минералами возникают определенные напряжения и начинают нарушаться силы сцепления. Минеральные зерна в разной степени температурного выветривания сжимаются и расширяются, а потому возникают сжимающие и расширяющиеся усилия. В полном объеме эти процессы сказываются в самой верхней части коренных пород, выступающих на дневной поверхности. Особенно ярко этот процесс температурного выветривания проявляется среди полиминеральных горных пород, и в частности, среди гранитов, сиенитов, габбро, гнейсах и кристаллических сланцев. Эти породы возникли в глубоких недрах Земли в специфической обстановке, в условиях высоких температур и давлений. При выходе на поверхность они, попадая в иные физико-химические условия, оказываются неустойчивыми и начинают разрушаться. Разные минералы, которые участвуют в сложении таких пород, обладают разными температурными коэффициентами объемного расширения. Как известно, граниты состоят из ортоклаза, альбита, кварца, слюды и темноцветных минералов (роговой обманки, авгита). Темноцветные минералы быстрее нагреваются, чем прозрачные и светлые. Температурный коэффициент объемного расширения ортоклаза в три раза меньше, чем у альбита, и в два раза меньше, чем у кварца. Даже у одного и того же минерала коэффициенты расширения разные и зависят от направления по кристаллооптическим осям. Например, у кварца и кальцита температурный коэффициент линейного расширения в направлении, перпендикулярном тройной оси, в два раза превышает тот же коэффициент в направлении оси, параллельном ей. При

колебании температур это вызывает местные напряжения и приводит к разрушению минеральных зерен. Вследствие  этого даже мономинеральные

горные  породы,   такие как кварцевые  песчаники, кварциты,   известняки,

                                                                                                                                   3

известковые песчаники, мрамора и другие, быстро разрушаются из-за температурных колебаний.

   Длительное воздействие только температурного фактора на поверхность твердых коренных пород приводит к тому, что из-за разницы температурного коэффициента объемного расширения нарушается взаимное сцепление отдельных минеральных зерен. В результате этого в горных породах возникают трещины, и происходит дезинтеграция породы. Целые блоки некогда плотных и твердых пород распадаются на отдельные обломки разных размеров (глыбы, щебень, песок, алевриты).

   На интенсивность температурного выветривания влияют цвет горных пород и размеры слагающих ее минеральных зерен. Чем крупнее зерна, тем быстрее они разрушаются. Под влиянием солнечных лучей (инсоляции) темноцветные минералы нагреваются и остывают быстрее и больше, чем бесцветные. Поэтому темноокрашенные горные породы быстрее разрушаются. Процесс температурного выветривания, который вызывает механическую дезинтеграцию горных пород, наиболее интенсивно протекает в областях с резкими контрастами температур, сухостью воздухом и слабым развитием или полным отсутствием растительности. Последняя в той или иной степени смягчает воздействие температур на горные породы и почву. Особенно сильно процесс температурного выветривания протекает в пустынях, где общее годовое количество атмосферных осадков не превышает 250 мм, а суточные колебания температур нередко достигают 40 -50 °С. Относительная влажность в таких ландшафтах способна снижаться до 10%. В этих условиях темноцветные минералы, да и сами горные породы нередко нагреваются до температур, значительно превышающих температуру воздуха (в полдень температура поверхности пород и песка превышает 70°С), а ночью они охлаждаются до первых градусов. Из-за температурного фактора и при отсутствии влаги поверхность горных пород начинает шелушиться. От поверхности горных пород отслаиваются чешуи или различной толщины пластины. Этот процесс особенно хорошо выражен на отдельных глыбах или валунах.

   Дезинтеграции горных пород способствует наличие водяных паров и пленок, которые просачиваются и конденсируются на стенках возникающих трещин.

   Температурное выветривание кроме пустынь 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.

   В результате температурных колебаний близ поверхности в горных породах одновременно  появляются механические   напряжения двух типов.

                                                                                                                                   4

Напряжения первого типа возникают вследствие неравномерного изменения связанных между собой элементов объема массива, т.е. зависят от градиента температур поверхностных и более глубоких  горизонтов выветривающихся пород. Эти напряжения в связи с изучением морозобойных деформаций исследовались Б.Н. Достоваловым (1961) и были названы им объемно-градиентными. Исследования показали, что каждый элемент охлаждающегося или нагревающегося сверху массива испытывает растягивающие, сжимающие, сдвигающие и изгибающие напряжения. При этом в условиях резко континентального климата пустынь средних и низких широт знак этих напряжений в течение суток два раза меняется на обратный. Объемно-градиентные напряжения приводят к раскрытию ранее сомкнутых тектонических и литогенетических трещин и трещин разгрузки, в меньшей степени – к появлению новых трещин. С этими напряжениями связано явление десквамации, или шелушения горных пород. Очевидно, в наибольшей степени явление десквамации будет наблюдаться в более трещиноватых участках, а также на углах и выступающих частях скальных выступов, сглаживая их. Под действием температурного выветривания в аналогичных участках в первую очередь происходит разрушение деталей архитектурных памятников. Этим путем возникают относительно крупные  отдельности элювия, главным образом крупнощебенчатый и щебенчатый элювий. По мере уменьшения размера элювиальных обломков разность температур между отдельными элементами их объема в соответствии с величиной температурного градиента сокращается. Это определяет предел дезинтеграции горных пород в результате объемно-градиентных напряжений. Наблюдения над элювием пустынь Средней Азии показывают, что минимальный размер щебенки, образованной этим путем на однородных по составу породах, например сланцах, мраморах, кварцитах, эффузивах, колеблется в основном в пределах одного или нескольких сантиметров.

   Напряжение другого типа возникают при температурном выветривании  в результате резкой анизотропии тепловых свойств отдельных минеральных компонентов горной породы. Известно, что теплопроводность ряда минералов может быть в три-четыре раза больше в одних направлениях, чем в других. Термическое расширение, разное у разных минералов, также меняется с направлением, иногда весьма значительно. В некоторых случаях при нагревании минералов наблюдается сжатие по направлению одних осей, а по направлению других – расширение. Напряжения этого рода наиболее интенсивно протекают в крупнозернистых породах разнородного минерального состава, например в гранитах. Однако вследствие анизотропии

тепловых свойств породообразующих минералов они возникают и в породах мономинерального состава. Величина этих напряжений, а следовательно, и степень дезинтеграции горной породы зависят от амплитуды суточных и в меньшей мере сезонных температур, поэтому имеют наибольшую интенсивность у поверхности. С глубиной напряженность температурных деформаций быстро падает. Вследствие  взаимного   давления  минеральных

                                                                                                                                   5

зерен монолитной породы и растрескивания по ослабленным зонам, например трещинкам спайности, размер элювиальных обломков в данном случае может достигать сотых и тысячных долей миллиметра.

   Конденсация водяных паров на стенках трещин снижает значение свободной поверхностной энергии системы и значительно ускоряет процесс разрушения горных пород в пустынях.

   В ходе описанных процессов под воздействием преимущественно температурного выветривания образуется элювий, состоящий в основном их двух фракций: щебня и мелкозема тонкопесчаного и алевритового размера с преобладанием щебня. Тонкий материал частично подхватывается ветром и выносится за пределы выветривающегося массива, но большая часть его силами гравитации и путем вмывания по многочисленным трещинам опускается на более глубокие горизонты элювиального профиля, щебень же остается на поверхности. Таким образом, в условиях, исключающих интенсивный снос продуктов выветривания, формируется отчетливо зональный элювиальный профиль, состоящий из маломощного, бронирующего поверхность щебенчатого горизонта, щебня, пропитанного мелкоземом, и элювиального щебня и угловатых глыб с очень небольшим количеством мелкозема. Вследствие слабой теплопроводности горных пород мощность элювия не превышает 1 м. в пустынях субтропических и умеренных широт она колеблется в пределах о,5 – 0,75 м.

   Морозное выветривание. Говоря о морозном выветривании, мы имеем в виду процесс формирования элювия под воздействием расклинивающего действия замерзающей воды. Этот тип элювия характерен для районов, отличающихся суровыми климатическими условиями и избыточным увлажнением. Непременным условием развития морозного выветривания являются частые переходы температур через точку замерзания воды. Наличие температурных амплитуд летом, хотя и не столь резких, как в рассмотренном выше случае, а также сильное охлаждение поверхности в зимние месяцы определяют возникновение в выветривающемся субстрате районов сурового климата известных нам температурных объемно-градиентных напряжений. Таким образом, в процессе формирования описываемого элювия имеет значение элемент температурного выветривания. Морозное выветривание происходит с участием воды, которая определенное время должна находится в жидкой фазе. Это непременно приводит к взаимодействию воды с горными породами, т.е. вводит в процесс еще и элементы физико-химического и химического выветривания. Из всего