23.03.2018

Твердая остаточная фаза выветривания гранита


Изменение гранита в зоне атмосферного выветривания. Общая характеристика продуктов экспериментального выветривания. Внешний вид обломков гранита в атмосферной зоне прибора меняется не так заметно, как у пород с микролитовой структурой. Зернистая структура обломков препятствует образованию на поверхности однородной железистой корки; возникает лишь губчатый нарост, напоминающий ноздреватые образования, описанные в коре выветривания Лакруа. Ожелезнению подвергаются только пластинки биотита. Полевые шпаты сохраняют белый цвет, но теряют блеск и становятся пористыми, кварц не изменяется.

Переход свежего гранита в измененный всегда происходит настолько постепенно, что не представляется возможным установить, какая часть породы разложилась в процессе опыта, а также отобрать достаточно крупные кусочки для определения объемного веса продуктов выветривания. С поверхности обломков удалось соскоблить лишь немного материала, необходимого для различных определений.

Гранулометрический анализ не проводился, поскольку порода в целом оставалась твердой и не поддавалась растиранию пальцами, как это было в случае трахиандезита и базальта, хотя ее поверхность была несколько разрушена. А определение гранулометрического состава механически растертого материала, естественно, не представляло интереса.

Магнитная восприимчивость поверхностных продуктов выветривания очень сильно возросла по сравнению со свежей породой — от 29*10в-6 до 320*10в-6 э.м.е. СГС/г, т. е. в 11 раз, в то время как для трахиандезита и базальта было отмечено повышение в 1,8 и 2,7 раза соответственно. В случае гранита трудно объяснить такое повышение магнитных свойств только остаточным накоплением в корке выветривания первичных магнитных минералов, устойчивых к выветриванию. Можно предположить, что в этих условиях формировались вторичные магнитные окисные минералы, в особенности у-Fe2O3, как это считал Лё Борнь. Требуется, однако, доказать их присутствие.
Минеральный состав определялся обычным путем. При рентгеновском изучении частично ожелезненной корки не было выявлено никаких окристаллизованных минеральных новообразований. И только на кривой ДТА (фиг. 17, кривая 1) отмечается присутствие небольшого количества аморфных гидроокислов железа (неясный экзотермический пик при 320° С). Эти данные, по нашему мнению, недостаточны, так как они характеризуют порошок, полученный при дроблении корки, а это означает, что те небольшие количества новообразований, которые могли там присутствовать, не улавливались в общей массе первичного неизмененного вещества, которая их «разбавляла». Была сделана попытка выделить из всей массы порошка тонкую фракцию, которая действительно представляла бы собой продукты выветривания. Для этого два обломка гранита слегка взбалтывались с водой в большой фарфоровой ступке. Вода слегка подщелачивалась каплей аммиака (для лучшего диспергирования). Таким способом было собрано некоторое количество тонких «природных» продуктов выветривания. Для контроля та же операция была проделана со свежим гранитом. При рентгеновском изучении собранного выветрелого материала были получены рефлексы 6,10 А (ср) — 2,33 А (сл) — 1,85 А (ср-сл), которые исчезли после нагревания до 500° С. Эти рефлексы, бесспорно, указывают на присутствие небольшого количества бёмита; на дифрактограмме тонкого материала из свежего гранита они отсутствуют.

Минеральный состав (табл. 29), полученный обычным пересчетом химических анализов (табл. 28), показывает, что остаточная твердая фаза выветривания (серо-коричневатая поверхностная корка) на 94,7% состоит из первичных, еще неразложенных минералов и только на 5,3% из свободных окислов алюминия и железа, которые представлены бёмитом и аморфными гидроокислами железа.
Геохимический баланс атмосферного выветривания гранита. В эксперименте с гранитом изоволюметрический метод применить не удалось, так как нельзя было непосредственно замерить объемный вес разложенной оболочки. В результате пришлось воспользоваться косвенным методом, основанным на предположении, что в поверхностной корочке обломков полностью сохраняется все железо. Два предыдущих опыта с лавой и базальтом, проведенные в аналогичных условиях, показали почти полную неподвижность этого элемента в процессе экспериментального атмосферного выветривания. Таким образом, сначала нужно было рассчитать объемный вес поверхностной корки, исходя из объемного веса свежего гранита (2,5), методом «постоянного содержания железа». Объемный вес корки оказался равным 2,1. Дальнейшие расчеты проводились обычным изоволюметрическим методом. В табл. 30 представлены результаты, полученные для гранита.

Таким образом, если принять, что железо в процессе выветривания гранита не выносится, то, так же как и в предыдущих опытах, можно отметить 1) постоянный вынос кремнезема, щелочей и щелочных земель и 2) «промежуточное» поведение алюминия, который частично выносится, а частично накапливается на месте в форме бёмита. Следовательно, для гранита в условиях атмосферного выветривания сохраняется та же направленность процессов какая наблюдалась для микролитовых пород.

Общее количество вынесенных из гранита элементов было рассчитано на основе «косвенного» изоволюметрического метода. Согласно полученным данным, фильтрат составляет 16% от первичной породы. На долю остаточной твердой фазы поверхностного выветривания, т. е. губчатой корки, приходится 84%. Нам известен минеральный состав корки (табл. 29), которая на 94,7% представлена первичными, еще не разложенными минералами и на 5,3% новообразованными минералами. Если произвести расчет на свежий гранит (зная, что твердая остаточная фаза составляет 84%), то получим 79,5% для неразложенных первичных и 4,5% для новообразованных минералов.

Таким образом, разложенная часть гранита — гидролизат — составляет 20,5%, т. е. приблизительно 1/4 породы. Это можно изобразить в виде следующей схемы:
Хорошо видно, что элементы, высвободившиеся при выветривании, распределились следующим образом: 3/4 части вынесены с фильтратом, a 1/4 часть накопилась.

Теперь можно подвести общий баланс процесса атмосферного выветривания гранита:
В несколько ином виде с привлечением данных о минеральном составе (фиг. 18) общий баланс процесса атмосферного выветривания гранита можно выразить в виде следующей схемы:
Теперь можно рассчитать химический состав всего гидролизата (табл. 31), исходя из состава фильтрата, который был определен при расчетах изоволю-метрическим методом (табл. 30), и состава новообразованной фазы, который стал известен после пересчета на минеральный состав поверхностной корки (табл. 29). Имея эти данные, можно окончательно уточнить динамику поведения и распределения всех элементов гранита в процессе атмосферного выветривания (табл. 32).
Итак, основываясь при расчетах на предположении о сохранении всего количества железа на месте, мы можем получить данные о динамике поведения различных элементов, высвободившихся в процессе разложения гранита. Эти данные позволяют разделить элементы на две группы:

1) элементы, которые были полностью вынесены: кремнезем, щелочи и щелочные земли;

2) алюминий, который ведет себя двояко: частично выносится с фильтратом (30%), а частично накапливается (70%) в твердой остаточной фазе в виде бёмита.

Итак, в зоне атмосферного выветривания гранит изменяется так же, как вышеописанные породы. Особенно интересно его сходство с базальтом, несмотря на глубокие химико-минералогические отличия этих двух типов пород.

Правда, количественные данные, полученные в опыте с гранитом, не столь надежны, как для лавы и базальта, поскольку материал поверхностной корки был собран только в виде порошка. Крупнозернистая структура гранита препятствовала образованию сплошной оболочки, которую можно было бы легко отделить. В этом случае достаточно попасть в собранный материал лишнему зерну кварца из зоны раздела свежей породы и корки, чтобы химический состав твердой остаточной фазы заметно изменился. Тем не менее мы приводим эти результаты, так как они представляют определенный интерес для экспериментального исследования и наиболее полно отражают связь петрографического состава пород с климатическими факторами выветривания.
Изменение гранита в зоне колебания уровня грунтовых вод. Наблюдения над изменением обломков гранита в зоне, расположенной ниже уровня сифона, обнаружили их резкое отличие от обломков трахиандезита и базальта. Белый налет не возникал даже через 26 месяцев; обломки гранита в этой зоне сохранили свою прочность в отличие от обломков, помещенных в атмосферную зону. Полевые шпаты немного потускнели; биотит оставался темным и блестящим до самого конца опыта. Исключение составляет биотит из самой верхней части зоны колебания уровня грунтовых вод, на границе с атмосферной зоной, где наблюдалось частичное его ожелезнение.

Была сделана попытка собрать «естественную» тонкую фракцию с поверхности обломков путем взбалтывания их в воде с аммиаком. Рентгеновское изучение полученного материала не обнаружило рефлексов, характерных для новообразованных минералов. С помощью зубила был отобран материал поверхностной оболочки обломков, который из-за его ненарушенной структуры не мог быть достаточно представительным и служить основой для различных химических определений.

После размельчения материал был подвергнут термическому анализу для обнаружения аморфных образований. Полученная кривая не обнаружила никаких изменений по сравнению с кривой свежего гранита.

Таким образом, ниже уровня сифона гранит изменяется очень слабо по сравнению с изменениями в атмосферной зоне. Al2O3, вынесенный из гранита в верхней зоне, в нижней зоне колебания уровня грунтовых вод не осаждается даже частично, как это наблюдалось в предыдущих двух опытах. Условия среды в этой части прибора таковы, что они не способствуют образованию хорошо окристаллизованного гиббсита.





Яндекс.Метрика