Вивітрювання

Хімічне розкладання. Що відбувається зі сталевим або залізним цвяхом або консервною банкою (зробленої зі сталі), якщо їх винести з закритого приміщення і залишити на відкритому повітрі у вологому кліматі? Добре відомо, що через кілька днів на них з’явиться іржа. Залізничні рейки блищать тому, що по ним рухаються колеса вагонів, але занедбані рейки відразу ж починають іржавіти. Жовтувато-коричнева іржа – це мінерал лимон (насправді це група мінералів), утворений хімічною сполукою атмосферного кисню і води із залізом. Процес його утворення включає дві хімічні реакції – окислення і гідроліз. І сталева консервна банка, і сталевий цвях нестійкі у вологому повітрі, і, коли вони потрапляють в такі умови, вони починають розкладатися. При цьому розкладанні утворюється лимонит – матеріал, стійкий в цих нових умовах. Подібні реакції відбуваються, коли железосодержащий мінерал (як, наприклад, біотит або рогова обманка) піддається впливу атмосфери. Порода, наприклад граніт, до складу якої входить цей мінерал, скоро починає покриватися іржавими плямами, які дають зрозуміти освіту лимонита. Шляхом окислення і гідролізу залізо, що міститься в біоти і роговий обманку, видозмінюється, набуваючи більш стійку форму, а порода починає розкладатися. Ці та багато інших хімічні реакції в сукупності утворюють процес, званий вивітрюванням, в результаті якого гірські породи (і опади), що піддаються впливу атмосфери, руйнуються і розкладаються. Вивітрювання відбувається всюди на поверхні Землі, а також і нижче її поверхні, аж до глибини, на яку проникає вода і повітря. Поверхня розділу гірських порід і атмосфери – це гранична поверхню, а ми вже відзначали, що кордони сприяють активізації процесів.
В даному випадку на поверхні розділу присутній і гідросфера; дощова вода, як і повітря, надає дію на породу.
Загальний процес вивітрювання включає і іншу реакцію – розчинення, результати якого часто можна бачити на статуях і стінах будинків, побудованих з вапняку або мармуру. Ці два типи порід складаються майже цілком з мінералу кальциту, розчинної у вугільній кислоті. Ця кислота утворюється при взаємодії дощової води з вуглекислим газом; останній же в великій кількості утворюється на поверхні землі і в грунті при розкладанні рослин в результаті діяльності бактерій. Кальцит просто розчиняється, і продукти розчинення несуться водою, повільно просочується крізь землю.
Інша реакція, яка відноситься до процесу хімічного вивітрювання, теж є результатом впливу вугільної кислоти. В цьому випадку кислота діє на польові шпати, в значній кількості містяться в більшості магматичних і багатьох метаморфічних породах. Наприклад, іони водню, що виділилися з вугільної кислоти, проникають в молекулу польового шпату – ортоклаза, а вода з’єднується з іншими компонентами і утворює гідроалюмосілікат, що належить до групи мінералів, що входять до складу глини.
Хімічне вивітрювання руйнує магматичні породи усюди, де вони піддаються впливам атмосфери, і утворює в величезних кількостях глину. Глина в свою чергу поступово змивається, частково у вигляді мулу, несомого річками, і здебільшого осідає в кінці кінців на дні моря. Руйнування польового шпату та інших силікатів послаблює зв’язки між цими мінералами і розташованими впритул з ними кристалами кварцу. Таким чином, вивільняються зерна кварцу, стійкі в умовах земної поверхні і тому протистоять хімічним вивітрювання. Рано чи пізно вони змиваються вниз по схилу і переносяться річками в басейни, в яких осідають, утворюючи шари кварцових пісків. Цей важливий процес сортування, що починається з вивітрювання, успішно відокремлює кварцовий пісок від силікатів, що перетворюються в глину.
Якщо масив, складений корінними породами, довгий час (скажімо, кілька мільйонів років) піддається хімічному вивітрюванню на території, де ерозія протікає настільки повільно, що продукти вивітрювання можуть накопичуватися на місці, то в результаті виникає зона, утворена пухким матеріалом, що залягає у вигляді чохла на поверхні Землі, а нижче поступово переходить в невивітрілі корінні породи. Це вівітренна зона (кора вивітрювання. – Ред.) Може мати товщину до 30 і більше метрів і не мати різкого розмежування в підставі. Спочатку різка межа між гірськими породами і атмосферою затушовується при утворенні глин – продуктів вивітрювання, стійких при даних умовах. Тому глина залишається на поверхні, а під нею триває активна хімічна вивітрювання корінних порід.
З поверхнею землі збігається тільки покрівля виветрелой зони. Інша частина її розташована нижче. Це вказує на той факт, що повітря і дощова вода проникають в грунт місцями до великої глибини. У невивітрілі гірські породи вода і повітря проникати не можуть, але вони можуть переміщатися вниз по тріщинах, розбиває всю товщу порід, і викликати хімічні зміни уздовж поверхонь тріщин. Крім того, можливе повільне проникнення води і повітря в найдрібніші щілини між сусідніми зернами або кристалами. У кожній точці вздовж шляхів руху води і повітря хімічні процеси руйнують породу і збільшують кількість пустот. Чим більше поверхня, уздовж якої вода і повітря проникають в породу, тим швидше відбувається вивітрювання. Якщо ми уявимо собі всю масу породи, розділеної на куби рівної величини, ми зрозуміємо, що кожен раз, коли куб ділиться на 8 менших кубів, загальна площа поверхонь куба подвоюється. Оскільки хімічні зміни при вивітрюванні відбуваються на поверхнях (є поверхнями розділу), остільки при цьому збільшується ймовірність таких змін. При розподілі 1 см3 на частинки розміром з найдрібніші частинки глинистих мінералів загальна площа поверхні первинного куба зростає до 0,4 га! Таким чином, при розтріскування породи готується шлях для хімічного вивітрювання.

Глина та інші продукти вивітрювання видаляються ерозією, особливо в горах і взагалі на крутих схилах. В результаті цього на поверхню виходить невивітрілі порода, що піддається активному хімічному впливу. У розділі другому розказано про те, як граніт, що утворився при затвердінні магми на великій глибині, поступово виводиться на поверхню. Століттями відбувається видалення потужного чохла порід, спочатку покривали великий гранітний масив, має важливі наслідки. У міру знищення цього чохла поступово змінюються умови, в яких знаходиться граніт. Поступово знижуються тиск і температура. Нарешті, коли покрівля граніту повністю еродована, він з’являється на поверхні Землі і потрапляє в абсолютно нові умови, що характеризуються наявністю повітря, води і кисню. Зі зникненням верхніх порід обсяг граніту збільшується, він тріскається і навіть піддається розривів; він не розпадається на окремі зерна, але в ньому виникають тріщини, паралельні поверхні (фото 5). Велика частина мінералів, з яких складається граніт, утворена глибоко в товщі кори і має будову, відповідне високому тиску і температурі, погано пристосована до більш «легким» умов на поверхні і чутлива до впливів атмосфери та гідросфери. Подібно бляшаним банкам, винесеним з приміщення на відкрите повітря, ці мінерали стають «жертвою» мінливих умов. Вони хімічно розкладаються на складові елементи, які дають початок новим речовинам, пристосованим до існування в умовах земної поверхні. Як показано в одній з наступних глав, подібні речі відбуваються і в біосфері.
Ці хімічні перетворення мінералів на поверхні Землі залишають сліди, за якими наявність таких перетворень може бути встановлено багато років після того, як відбулися самі зміни. Ті чи інші ділянки земної кори постійно прогинаються, утворюючи широкі, але неглибокі жолоби або западини; деякі з них затоплюються морем. Якщо на поверхні зануреного ділянки є зона виветрелих порід, вона поступово покривається шаром донних морських опадів. Пізніше, коли ця частина кори знову випробує підняття, ерозія знову виведе на поверхню зону виветрелих порід з-під шару морських відкладень.
Механічне руйнування. Хоча більша частина процесів вивітрювання відноситься до хімічних, існують і механічні процеси. Корінні породи і частки пухкого грунту розщеплюються великими і малими країнами рослин. Черви, мурахи, терміти, закопуючи в пухкий грунт, виносять величезну кількість дрібних частинок породи на поверхню (за однією з оцінок 10 тонн на 0,4 га в рік), в буквальному сенсі вивертаючи грунт навиворіт. Нарешті, на вершинах високих гір і в холодних високих широтах агентом механічного руйнування порід є лід. При замерзанні води та освіті льоду обсяг її збільшується на 9%. Тиск замерзає в тріщинах води розсовує стінки тріщин. Там, де при добових коливаннях температура нижче точки замерзання, як це буває у високих широтах або в горах, величезні площі покриті уламками порід, абсолютно приховують знаходяться нижче корінні породи. Ці продукти механічного руйнування, на відміну від хімічно зміненого матеріалу, майже не відрізняються від вихідних порід.
Процеси розтріскування (фото 5), яким піддаються виведені на поверхню в результаті тривалої ерозії грубозернисті магматичні породи, ми лише умовно відносимо до процесів вивітрювання. Тріщини виникають не тому, що на породи впливає атмосфера і гідросфера, а тому, що в міру наближення масиву порід на поверхню величезний тиск, під яким формувалися породи, знижується майже до нуля.

Посилання на основну публікацію