Выветривание горных пород и минералов

Экзогенные процессы — это процессы разрушения, переноса и отложения горных пород и минералов, происходящие на поверхности Земли под влиянием сил денудации — тепла, воздуха, ветра, воды и льда, силы тяжести.
Выветривание горных пород и минералов — это процесс разрушения и изменения горных пород и минералов под влиянием температуры, движения воздуха, химического воздействия на горные породы воды, кислорода, углекислоты и биологического действия организмов.
Различают три типа выветривания: физическое, химическое и биологическое.
Физическое выветривание — это процесс раздробления кристаллических горных пород и минералов на более мелкие обломки без изменения химического состава. При физическом выветривании наибольшее значение имеют сезонная и годовая разницы температур. Так, в средних широтах суточная разница температур летом равна 10—15, зимой 20—25, в течение года 40—50° С. Разница температур в пустынях достигает 70—80° С.
Горные породы на поверхности суши остывают и нагреваются быстрее, чем на глубине. При нагревании горные породы расширяются, при остывании сжимаются, причем в верхних слоях больше, чем в нижних, вызывая появление вертикальных и горизонтальных микротрещин. Процесс разрушения усиливается при конденсации и замерзании воды в трещинах. Глыбы или массивы, состоящие из многих минеральных зерен, распадаются, так как величина коэффициента линейного расширения этих минералов различна. В результате горная порода покрывается трещинами и с течением времени рассыпается на более мелкие обломки, причем на поверхности процесс физического выветривания происходит быстрее, чем на глубине, поэтому сначала наблюдается «отшелушивание» каменных слоев и глыб, а затем и отдельных камней. В результате физического выветривания образуются обломки самых различных размеров, обладающих способностью пропускать воду и воздух, а при сильном измельчении — задерживать их. Большое физическое разрушение пород производит ветер.
Химическое выветривание — это процесс, протекающий под влиянием химического воздействия на породы главным образом кислорода, воды и углекислоты и приводящий к изменению размеров и химического состава отдельных частиц выветривающихся пород.
Все минералы, образующиеся в земной коре, представлены химическими соединениями разной степени сложности. Процессы физического выветривания, вызывая измельчение горных пород и минералов, увеличивают площадь соприкосновения их с водой и воздухом. Причем увеличение площади соприкосновения происходит очень быстро. Так, если кубик со стороной 1 см, общей поверхностью 6 см2 раздробить на частицы со стороной 1 мк (микрон), то суммарная поверхность составит 60000 см2.
Известно, что скорость химических реакций увеличивается прямо пропорционально площади соприкосновения. Поэтому по границам соприкосновения горных пород и минералов с водой, воздухом и углекислотой протекают химические реакции и тем интенсивнее, чем больше площадь соприкосновения.
При химическом выветривании наиболее распространенными являются реакции окисления, гидратации и дегидратации, гидролиза, растворения и обмена. В результате окисления происходит присоединение кислорода.
Чаще всего окисляются соли металлов, особенно железа. Например, пирит при взаимодействии с кислородом и водой претерпевает следующие изменения: В результате реакций образуются лимонит (минерал красного цвета) и серная кислота. Лимонит обладает способностью впитывать воду.
Гидратация — реакция, протекающая с присоединением воды. Например, окись железа — гематит (красная железная руда), взаимодействуя с водой образует гидроокись или тот же лимонит.
Дегидратация — процесс обратной гидратации, протекающий обычно в сухих условиях.
Гидролиз — реакция, протекающая в природе при взаимодействии алюмосиликатов с водой и углекислотой и сопровождающаяся отщеплением катионов Са2+, Mg2+ или К+ из минералов с одновременным замещением их водородом.
В земной коре наиболее распространены полевые шпаты, которые в условиях влажного климата, взаимодействуя с водой и углекислотой, превращаются в каолинит по схеме.
В приведенном примере диссоциированная часть воды, взаимодействуя с ортоклазом, отщепляет от него калий, который замещается водородом и одновременно образуется щелочь КОН. Образующаяся в водном растворе щелочь растворяет часть кремнезема, а затем взаимодействует с углекислотой по схеме. В результате реакции образуются каолин, водные растворы кремнезема и углекислого калия. Каолин — глина белого цвета, состоящая из мелких чешуек размером менее 0,001 мм, обладает способностью впитывать воду и удерживать в поглощенном состоянии катионы К+, Са2+, Mg2+ и Н+. При дальнейшем выветривании в условиях жаркого климата каолин распадается на гидроокиси железа, алюминия и водорастворимую кремне-кислоту.