Физическое Выветривание

сказанного  ясно,  что  в  природе   не   существует    элювия,    образованного

исключительно только процессом морозного выветривания. Однако наличие мерзлой фазы существенно влияет на распределение возникающих в элювии механических напряжений и изменяет обычный ход миграции влаги; поэтому именно морозное выветривание определяет тип элювия районов сурового климата, и, следовательно, несомненна целесообразность выделения такого типа выветривания.

                                                                                                                                   6

   Объемно-градиентные напряжения, вызванные температурными колебаниями поверхностных горизонтов горных пород в летнее время и сильным охлаждением зимой, приводят к появлению трещиноватости, которая в дальнейшем разрабатывается замерзающей водой. Есть все основания полагать, что и в этом случае решающее значение в формировании общей  трещиноватости имеют заложенные в породе тектонические и литогенетические трещины и трещины разгрузки. Каждая вновь образовавшаяся поверхность горной породы приходит во взаимодействие с водой. Дальнейшая разработка этих поверхностей зависит от условий льдообразования и миграции влаги. Известно, что в свободной воде, находящейся в объеме, дипольные молекулы стремятся ориентироваться по отношению к своим соседям так, чтобы, соединившись водородными связями, образовать тетраэдрическую координацию, соответствующую структуре льда. Образовавшись, такие группировки молекул тут же разрушаются тепловым трансляционным движением. С понижением температуры в результате уменьшения трансляционного движения возрастает влияние междипольного ориентационного эффекта между молекулами воды.

   Явление температурной депрессии при замерзании воды в тонких трещинах имеет важное значение в процессе формирования элювия под воздействием морозного выветривания. При понижении температуры ниже 0° прежде всего замерзает вода наиболее крупных и обводненных трещин. Вода, заполняющая капиллярные и микрокапиллярные трещины, за сравнительно короткий промежуток понижения температур в летнее время не успевает замерзнуть и частично замерзает лишь зимой. Разрывая горные породы по крупным трещинам, вода в момент замерзания способствует образованию крупноглыбового и глыбового материала в элювии. Размер элювиальных глыб, образованных в процессе морозного выветривания, зависит в основном от характера литогенетических трещин разгрузки и исчисляется от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров в диаметре. Поскольку такие глыбы уже образовались, дальнейшее разрушительное действие морозного выветривания замедляется, тек как поверхность скальных пород, разбитая густой сетью морозобойных трещин, несмотря на общую сильную влажность, оказывается в крайне неблагоприятных условиях увлажнения. Основная масса атмосферной воды не задерживается в элювиальном слое, а скатывается между элювиальными обломками на более низкие уровни рельефа. Микротрещины в таких условиях оказываются не полностью заполненными водой, и это во многом определяет  окончательный                                                                         

облик описываемого элювия.

   Начало льдовыделения в крупных трещинах и появление температурного градиента между охлажденной поверхностью массива или элювиальных обломков и их более теплой внутренней частью обусловливают миграцию влаги за счет движения незамерзшей воды к центрам кристаллизации и из менее   охлажденных  внутренних частей к охлажденным внешним. В эту

                                                                                                                                   7

миграцию вовлекается не только свободная, но и находящаяся в тонких трещинках связанная вода с искаженной структурой. Отмеченное явление имеет исключительное значение в формировании элювия стран сурового климата, так как препятствует проникновению пленочной воды по микротрещинам в глубь породы и затрудняет разрушение крупных элювиальных обломков, образовавшихся в результате расклинивающегося действия замерзшей воды. Практически вода проникает по трещинкам и активно воздействует на горную породу в пределах элювиальных глыб на глубину всего 1 – 2 см от поверхности. В пределах этой корочки происходят окисление железосодержащих минералов, гидратация и связанное с этим расклинивание гидратными пленками минеральных зерен по трещинкам и, наконец, возникают условия для жизнедеятельности примитивных организмов. Вследствие этого поверхностная корка элювиальных глыб резко отличается своей разрыхленностью от более глубоких их частей. Другими словами, наличие пленочной воды в микротрещинах поверхностной разрыхленной корки определяет ход процессов, не имеющих ничего общего с морозным выветриванием.

   Именно эти процессы дают основное количество мелкоземистого материала в элювии, однако оно в силу перечисленных условий невелико. Вопреки прочно сложившемуся мнению приходится констатировать, что морозное выветривание приводит к образованию преимущественно грубого и весьма грубого элювия. Тонкий материал поверхностных элювиальных корок и мелкозем, образовавшийся в результате разрыва горных пород, как правило, вмывается по трещинам в нижние горизонты элювия или выносится в депрессии рельефа. На поверхности склонов и водоразделов в районах развития морозного выветривания обычно остаются развалы крупных остроугольных глыб. Передвигаясь по склону, элювиальные глыбы и мелкозем служат источником ряда склоновых осадочных отложений, в частности каменных потоков – курумов.

   Поскольку таяние и замерзание части воды с искаженной структурой в отрицательном диапазоне температур происходит при любом повышении и понижении температуры, мощность элювия в районах развития многолетней мерзлоты определяется глубиной сезонного колебания температур. Она зависит от местных климатических условий и теплопроводности горных пород и колеблется от 2 до 4 м, но, вероятно, может достигать 15 м и более.

   Солевое выветривание. Под термином «солевое выветривание» обычно подразумевают дезинтеграцию скальных горных пород расклинивающим действием кристаллизующихся солей.

   Известно, что грань растущего кристалла, встречая на своем пути какое-либо постороннее тело, отталкивает его с некоторой силой, которая называется кристаллизационной силой или кристаллизационным давлением. Кристаллизационное давление связывается с засасыванием жидкости под действием капиллярных сил в щель между кристаллом и стенкой, на которую он  давит. Непосредственное  давление     растущей    грани   кристалла  на

                                                                                                                                   8

инородное тело вряд ли можно принимать во внимание, так как резкое ухудшение условий питания грани, подходящей к жесткой преграде, вызывает прекращение ее роста (соответственно прекращается расклинивающее действие этой грани).

   Несомненно, большое значение приобретают в пустынях легко растворимые соли при формировании разрыхленных поверхностных корок среди глинистых и суглинистых пород близ выходов засоленных грунтовых вод. Как известно, в этих условиях в результате капиллярного поднятия воды образуются пухлые солончаки, состоящие из частичек породы с массой мелких кристалликов солей. Солончаки легко развеваются ветром и потому нередко служат причиной образования крупных дефляционных котловин.

   Механическое выветривание. В жарких пустынных районах механическое воздействие на горные породы и их дезинтеграция происходят в результате роста кристаллов солей в капиллярных трещинах и порах. В дневное время, когда 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. Монолитность породы нарушается, и она начинает растрескиваться и разрушаться.

   Особенно сильным разрушающим фактором при механическом выветривании оказывает замерзающая вода. Вода проникает в трещины и в поры и при наступлении отрицательных температур замерзает. При этом она увеличивается в объеме почти на 10% и оказывает огромное давление на стенки трещин. Такая сила преодолевает силу сцепления зерен, слагающих горные породы, и они покрываются трещинами. Под действием замерзающей воды легко раскалываются трещиноватые и пористые породы. Процессы, связанные с воздействием периодически замерзающей воды, называют морозным выветриванием. Оно происходит в районах с суровым климатом – в полярных областях и в высокогорье.

   Сильное механическое воздействие на толщи горных пород оказывают корневая система деревьев, трав, мха и лишайников, а также роющие животные. Корни растений, проникая по трещинам, оказывают расклинивающее действие и вызывают раскалывание породы на отдельные глыбы и обломки. Механическое воздействие на коренные породы оказывают муравьи, земляные черви, грызуны, а также норные животные.

         УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И СОХРАННОСТЬ КОР                                ВЫВЕТРИВАНИЯ.

   Кора выветривания представляет собой комплекс элювиальных образований, возникший в верхней части зоны гипергенеза в результате действия процессов, связанных с физическим и химическим (включая биогенное) выветриванием магматических, осадочных и метаморфических пород. Под зоной гипергенеза, по определению А.Е. Ферсмана, понимается верхняя оболочка земной коры, в которой изменения пород и минералов обязаны взаимодействию литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы. На глубине зона гипергенеза сменяется зоной метаморфизма.

   Выветривание, как известно, происходит непрерывно, влияя в разной степени на все горные породы, находящиеся у поверхности Земли. Для образования же мощных горизонтов элювия необходимо длительное существование условий, при которых возможно проникновение на большую глубину агентов выветривания, тесное их взаимодействие с массой материнских пород и незначительное проявление денудации.

   Такое равновесное состояние возможно при слабо выраженном рельефе, определяемом вялыми положительными тектоническими движениями. На площадях, испытывающих прогибания, коры выветривания, как правило, не образуются.  

   Помимо геоморфологии влияние тектоники сказывается как результат раздробления горных пород, создающего их трещиноватость и зоны разломов, облегчающие развитие гипергенных процессов на большую глубину и повышающие их эффективность.

   Наряду с тектоникой формирование кор и тип выветривания зависят от состава пород. Три указанных фактора в основном определяют масштаб и характер рассматриваемого явления. Геохимическая роль климата подчинена количеству поступающих на земную поверхность солнечной энергии и воды. С этим связана скорость химических реакций зоны гипергенеза и интенсивность биохимических процессов, зависящих от объема и видов живого вещества. Неравномерное проявление различных процессов гипергенеза определяет разнообразие типов кор выветривания и геофизическую зональность их распределения. Эволюция климата контролируется космическими и планетарными причинами, и только в небольшой степени – причинами местного значения. Характер субстрата в сочетании с другими факторами выветривания определяет состав элювия, а в значительной степени – локализацию и условия залегания многих гипергенных полезных ископаемых. Существует ясная связь между содержанием многих элементов, в том числе малых и редких, в исходных породах и в возникающем на них элювии. Касаясь влияния характера субстрата на условия залегания полезных ископаемых, отметим, что накопление бокситов, железных, марганцевых руд, фосфоритов и т.д. в большинстве случаев происходит в пределах выветрелых и закарстованных поверхностей       карбонатных     пород.    Закономерной      является     также

                                                                                                                                 10

приуроченность наиболее мощных кор выветривания к зонам контактов пород разного состава и т.д. необходимо добавить, что в геологической истории происходило общее изменение процессов выветривания, связанное с необратимо менявшейся физико-химической обстановкой на поверхности Земли. В настоящее время наиболее изучены мезозойские и кайнозойские коры выветривания. Доказано, что они отличаются от палеозойских, а тем более от докембрийских кор.

   В зависимости от геологических, геохимических условий и характера субстрата образующиеся коры весьма разнообразны по своей морфологии, мощности и составу возникающих продуктов выветривания. Создается исключительно большое количество типов и видов кор. В схеме возможно, их деление: по морфологическому признаку – на площадные, линейные и локальные; по генезису – на коры химического, физического и смешанного происхождения. Наибольший практический и научный интерес представляют коры химического выветривания, с которыми связано преобладающее количество промышленных месторождений полезных ископаемых. Среди кор этого типа выделяются: латеритный, сиаллитный, выщелачивания различных пород, окисления руд и каустобиолитов, инфильтрационный и т.д.

   Анализ материала изучения различных по возрасту кор выветривания многих регионов позволяет высказывать следующие положения:

   а) сравнительно хорошо сохранившиеся коры выветривания имеются на участках земной коры, испытавших опускание в период, непосредственно следовавший за эпохой их формирования. Это относится к синклинальным структурам платформ, депрессиям типа грабенов. Элювиальные образования здесь быстро перекрывались более молодыми осадочными, предохранившими их от размыва.

   Примерами могут служить кора выветривания раннего карбона Московской синеклизы и кора триас-юрской эпохи Западно-Сибирской плиты;

   б) длительное время сохраняются коры выветривания в пределах сравнительно тектонически-инертных районов. Это относится к щитам, устойчивым частям плит платформ и к отдельным глыбам древних пород фундамента в складчатых зонах. Здесь коры выветривания сравнительно полно представлены на водораздельных пространствах, отсутствуя обычно в долинах гидрографической сети. Характерной особенностью таких районов является «смешанный» геохимический тип кор, первоначальный профиль которых бал искажен действием более поздних процессов выветривания, развивавшихся в условиях изменившегося климата.