Экзогенные процессы минералообразования

 

      Процесс гидратации  наблюдается и в более сложных  минералах - силикатах.

      Растворение. Многие соединения характеризуются определенной степенью растворимости. Их растворение происходит под действием воды, стекающей по поверхности горных пород и просачивающейся через трещины и поры в глубину. Ускорению процессов растворения способствуют высокая концентрация водородных ионов и содержание в воде О2, СО2 и органических кислот. Из химических соединений наилучшей растворимостью обладают хлориды - галит (поваренная соль), сильвин и др. На втором месте - сульфаты - ангидрит и гипс. На третьем месте карбонаты - известняки и доломиты. В процессе растворения указанных пород в ряде мест происходит образование различных карстовых форм на поверхности и в глубине.

       Гидролиз. При выветривании силикатов и алюмосиликатов важное значение имеет гидролиз, при котором структура кристаллических минералов разрушается благодаря действию воды и растворенных в ней ионов и заменяется новой существенно отличной от первоначальной и присущей вновь образованным гипергенным минералам. В этом процессе происходят: 1) каркасная структура полевых шпатов превращается в слоевую, свойственную вновь образованным глинистым гипергенным минералам; 2) вынос из кристаллической решетки полевых шпатов растворимых соединений сильных оснований (К, Na, Ca), которые, взаимодействуя с СО2 , образуют истинные растворы бикарбонатов и карбонатов (К2СО3, Na2СО3, СаСО3). В условиях промывного режима карбонаты и бикарбонаты выносятся за пределы места их образования. В условиях же сухого климата они остаются на месте, образуют местами пленки различной толщины, или выпадают на небольшой глубине от поверхности (происходит карбонатизация); 3) частичный вынос кремнезема; 4) присоединение гидроксильных ионов. 

      Процесс гидролиза  протекает стадийно с последовательным возникновением нескольких минералов. Так, при гипергенном преобразовании полевых шпатов возникают гидрослюды, которые затем превращаются в минералы группы каолинита или галуазита:

K[AlSi3O8] (К,Н3О)А12(ОН)2[А1Si3О10]. Н2O Аl4(ОН)8[Si4O10]

ортоклаз гидрослюда каолинит

       В умеренных  климатических зонах каолинит  достаточно устойчив и в результате  накопления его в процессах  выветривания образуются месторождения  каолина. Но в условиях влажного  тропического климата может происходить  дальнейшее разложение каолинита  до свободных окислов и гидроокислов:

Al4(OH)8[Si4O10] Al(OH)3+SiO2. nH2O 

 гидраргиллит

       Таким образом, формируются окислы и гидроокислы  алюминия, являющиеся составной  частью алюминиевой руды - бокситов. 

       При выветривании  основных пород и особенно  вулканических туфов среди образующихся  глинистых гипергенных минералов наряду с гидрослюдами широко развиты монтмориллониты (Al2Mg3) [Si4O10](OH)2*nH2O и входящий в эту группу высокоглиноземистый минерал бейделлит А12(ОН)2[А1Si3О10]nН2O. При выветривании ультраосновных пород (ультрабазитов) образуются нонтрониты, или железистые монтмориллониты (FeAl2)[Si4O10](OH)2. nН2О. В условиях значительного атмосферного увлажнения происходит разрушение нонтронита, при этом образуются окислы и гидроокислы железа (явление обохривания нонтронитов) и алюминия.

 

                                  2.1.3. КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ

      Геологические  тела, сложенные элювием, то есть  продуктами глубокого поверхностного  физического, химического, биохимического  преобразования горных пород, оставшихся  на месте своего образования, объединяют понятием кора выветривания.     

      Процессы химического выветривания протекают стадийно, что наглядно демонстрируется приведённой выше последовательностью преобразования пирита и полевого шпата. Эта стадийность отчётливо проявляется в развитии и строении и развитии кор выветривания.

Б.Б. Полыновым были  выделены стадии развития коры выветривания, наиболее проявленные в ортоэлювии (кора выветривания магматических и метаморфических горных пород).

 

  Первая стадия – обломочная – характеризуется физическим выветриванием материнских пород, химических преобразований в пределах коры не происходит. Дезинтеграция горных пород, образование в них трещин обуславливает, с одной стороны, их хорошую водопроницаемость, а с другой – резко увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Это создаёт условия для активизации разнообразных физико-химических, химических и биогеохимических процессов, сопутствующих химическому выветриванию.

     Вторая стадия – сиаллитная, или обызвесткованная знаменуемся началом процесса химического выветривания, сопровождающимся извлечением из кристаллохимических структур силикатов щелочных и щелочноземельных элементов (главным образом кальция и натрия). При этом за счёт осаждения выносимого кальция в выветривающейся породе образуются плёнки, налёты и конкреции кальцита («обызвесткованный элювий»). Силикаты на этой стадии начинают гидратироваться и подвергаться гидролизу, при этом гидролиз силикатов со сложной кристаллохимической структурой сопровождается не полным их разрушением, а распадом на отдельные «блоки», из которых затем возникают новые минералы – происходит трансформация в глинистые минералы (гидрослюды, монтмориллонит, бейделлит и др.). За пределы коры выветривания водами выносятся лишь наиболее подвижные элементы – хлор и частично сера.

     Третья стадия – кислая сиаллитная – сопровождается дальнейшим, уже весьма значительным, преобразованием минералов -  за счёт материнских пород образуется «сиаллитный элювий», получивший название по преобладающим химическим элементам Si и Al. Для этой стадии характерны богатые алюминием глины - каолинит, галлуазит, и железосодержащие оксиды и гидроксиды  - лимонит и пр. Продукты выветривания лишаются оснований (CaО, Na2О, K2O, MgO), выносимых из коры фильтрующимися сквозь неё водами.

     Четвёртая стадия – аллитная – проявлена в интенсивном вносе из продуктов выветривания не только щелочных и щелочноземельных элементов, но и кремнезёма силикатов, вследствие чего в пределах коры остаются наименее подвижные соединения - водные окислы алюминия и железа, образующие латериты. При наличии определённого состава исходных пород конечные продукты выветривания обогащаются оксидами алюминия (отсюда и название аллитной стадии). Так в условиях жаркого климата и высокой влажности преобразование полевых шпатов приводит не только до уровня каолинитовых глин, но и далее, приводя к формированию бокситов - алюминиевой руда, состоящая из гидроксидов алюминия (до 40-60%), оксидов железа и кремния.

      Приведённая выше последовательность преобразования  исходных пород является. Конечно, обобщённой идеальной схемой, иллюстрирующей общую направленность процесса выветривания.

       Процесс выветривания может прерваться на любой стадии в связи с неблагоприятным изменением физико-географических условий (например, в связи с аридизацией климата) или под воздействием геологических событий (например, воздымание территории, проводящее к эрозии коры выветривания, либо наоборот, опусканием и захоронения коры выветривания под осадками). Следовательно, очень древняя кора выветривания может быть неполно развитой, а геологически более молодая кора, развивавшаяся на протяжении более длительного времени, может оказаться более хорошо сформированной.

       Состав конечных продуктов химического выветривания определяется как степенью эволюции коры, так и составом материнских пород. Для кор, развивающихся по ультраосновным породам, характерно обогащение железом, содержащимся в большом количестве в материнских породах. Иногда такие коры используются в качестве железной руды (например, месторождения на о. Куба, где мощность коры достигает 25 м). Другим элементом, способным образовывать промышленные концентрации является никель, накапливающийся в нижних частях коры выветривания за счёт осаждения из фильтрующихся водных растров (обогащённых в верхних горизонтах коры довольно подвижным никелем).

      При этом, вне зависимости от различий состава субстрата, существует определённая закономерность в подвижности элементов (следовательно, и последовательности их выноса из коры), позволившая выделить ряды миграции элементов в корах выветривания.

(Профиль коры выветривания)

 

 

 

             

               2.2. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВЕТРА

      Под геологической работой ветра понимается изменение поверхности Земли под влиянием движущихся воздушных струй. Ветер может разрушать горные породы, переносить мелкий обломочный материал. Сгруживать его в определенных местах или отлагать на поверхности Земли ровным слоем. Чем больше скорость ветра, тем сильнее производимая им работа.

         Геологическая деятельность ветра проявляется во всех климатических зонах, но особенно большую работу ветер производит там, где для этого имеются благоприятные условия: 1)аридный климат; 2)бедность растительного покрова, скрепляющего своими корнями почву; 3) интенсивное проявление физического выветривания, дающего богатый материал для выдувания; 4) наличие постоянных ветров и условий для развития ихъ колоссальных скоростей. Также геологическая работа ветра особенно интенсивна там, где породы непосредственно соприкасаются с атмосферой, т.е. где отсутствует растительный покров. Такими благоприятными районами являются пустыни, горные вершины и морские побережья. Весь обломочный материал, попавший в воздушные потоки, рано или поздно осаждается на поверхности Земли, образуя слой эоловых отложений. Таким образом, геологическая работа ветра состоит из следующих процессов:

      1) разрушение горных  пород (дефляция и корразия)

      2)переноса-транспортировки  разрушенного материала (эоловая  транспортировка) и;

       3) эолового отложения  (эоловая аккумуляция).

 

                             

                         2.2.1. ДЕФЛЯЦИЯ И КОРРАЗИЯ

       Дефляция – разрушение, раздробление и выдувание рыхлых горных пород на поверхности Земли вследствие непосредственного давления воздушных струй. Разрушительная способность воздушных струй увеличивается в случаях, когда они насыщены водой или твердыми веществами – песком и др. Разрушение с помощью твердых частиц носит название  корразии (лат. «корразио»-обтачивание).

     Дефляция наиболее  сильно проявляется в узких  горных долинах, в щелевидных  расселинах, в сильно нагреваемых  пустынных котловинах. Где часто  возникают пыльные вихри. Они подхватывают подготовленный физическим выветриванием рыхлый материал, поднимают его вверх и удаляют. Вследствие чего котловина все более углубляется.

      Горные породы  на склонах узких долин часто  сглажены и даже отполированы, а весь рыхлый материал с  них унесен. В этом немалая  роль принадлежит ветру. Из узких  щелей, в том числе из дорожных  выемок, узких углублений, оставляемых  колесами транспорта, ветер выносит  частицы, и эти углубления растут. Этот вид разрушения называется бороздовой деятельностью. Другой вид дефляции -плоскостное выдувание. В этом случае ветер сдувает рыхлые породы, например почву, с большой площади.

          Большую  работу по разрушению горных  пород производит корразия. Миллионы песчинок, гонимых ветром, ударяясь в стенку или  выступ горной породы, обтачивают их и разрушают. Корразия может быть точечная, царапающая и сверлящая.  В результате корразии в горных породах возникают ниши, ячейки, борозды, царапины. В процессе такого обтачивания происходит также образование нового обломочного материала, вовлекаемого в процесс дефляции. Таким образом, процессы корразии и дефляции взаимосвязаны и протекают одновременно.

 

                       2.2.2. ПЕРЕНОС  МАТЕРИАЛА  ВЕТРОМ

    Перенос материала ветром может осуществляться в следующих формах: перекатыванием, путем скачкообразных движений и во взвешенном состоянии.

       Перекатыванием или скольжением перемещаются крупные зерна песка и, при штормовых и ураганных ветрах, гальки и щебень.

        Путем скачкообразных  движений (или сальтацией- лат. «сальтатио»-скачок). Таким образом перемещаются зерна мелко- и срелнезернистого песка (размером 0,1-0,5 мм). В процессе сальтации песчаное зерно при порыве ветра отрывается от поверхности (поднимаясь на высоту см-десятки см), описывает в воздухе параболическую кривую, затем, ударяясь о лежащие на поверхности зерна, вовлекают в движение. Фактически движение ветра и переносимых им частиц представляет собой движение ветропесчаного потока. Насыщенность потока песком убывает по мере удаления от поверхности; на высоту более 1м песчаные зерна поднимаются только при очень сильных ветрах. Важнейшим параметром. Определяющим характер ветропесчаного потока, является скорость ветров. Для приведения в движение мелкозернистого сухого песка (с размером 0,1-0,25мм) необходима скорость ветра 4-5 м/ сек, для крупнозернистых песков с диаметром частиц 0,5-1 мм-1—11 м/сек. Как правило. Песчаный материал переносится в пределах пустынь.

        Перемещение во взвешенном состоянии характерно для пылевых частиц. Частицы движутся в воздушном потоке (на высоте до 3-6 км) не опускаясь на поверхность до изменения условий (скорости ветра и пр.). Алевритовый и пелитовый материал при благоприятных условиях (сочетание сухого воздуха аридных областей и сильного ветра) может перемещаться на тысячи км. Особенно далеко может переноситься пыль, поднятая на большую высоту при извержениях вулканов. Так пепел вулкана Кракатау во время извержения 1883 года облетел земной шар и находился в воздухе около трех лет, оседая в разных частях планет (иногда в виде «кровавых дождей»). Часто перенос крупных частиц осуществляется ураганами и смерчами.

                 2.2.3 АККУМУЛЯЦИЯ И ЭОЛОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ