18.01.2021
Процессы химического выветривания протекают почти исключительно при ведущей роли воды. Немногие обычные породообразующие минералы реагируют с чистой водой, если не считать эвапоритов. Однако грунтовые воды обычно кислые, что обусловлено присутствием растворенного углекислого газа, заимствованного из атмосферы и образующего раствор углекислоты. Кроме того, pH повышается из-за наличия гумусовых кислот, генерируемых в почве при биологических процессах. Главные химические реакции, которые имеют место при выветривании пород, — реакции окисления и гидратации. Были проведены широкие исследования по изучению скорости химического выветривания различных породообразующих минералов. Эти работы показали, что относительная подвижность окислов главных минералообразующих элементов уменьшается в ряду кальций — натрий — калий — кремний — железо — алюминий. Поэтому породы, подвергающиеся химическому выветриванию, обедняются первыми из этих элементов и относительно обогащаются окислами железа, глиноземом и кремнеземом.
Этот ряд подвижности контролирует последовательность выветривания породообразующих минералов. Эта последовательность, по существу, представляет собой обратную последовательность кристаллизации изверженных минералов, по Боуэну (табл. VI).
Химическое выветривание ведет к разрушению породы на два главных компонента — растворимые вещества и нерастворимый остаток. К растворимым веществам относятся такие элементы, как щелочные металлы, в основном натрий и калий, и редкие земли, магний, кальций и стронций. Эти элементы обычно выносятся из профиля выветривания и в конце концов попадают в море, где осаждаются в виде известняков, доломитов и эвапоритов.
Нерастворимый остаток — это часть породы, которая, будучи выветрелой, нелегко растворяется грунтовыми водами. Как показано в табл. VI, нерастворимый остаток может быть сложен в основном кварцем (кремнеземом) и в зависимости от степени выветривания — переменными количествами полевого шпата и слюды.
Другая важная реакция химического выветривания — это образование глинистых минералов. Минералогия и генезис глин будут описаны в следующей главе.
Глинистые минералы относятся к сложной группе гидратированных алюмосиликатов. Это химически вполне устойчивые основания, аккумулирующие соответствующие катионы, из которых строятся кристаллические решетки с различным распределением атомов. Поэтому глинистые минералы классифицируются в соответствии со способом соединения гидратированных алюмосиликатов с кальцием, калием, магнием и железом.
В течение ранних стадий выветривания мафические минералы (оливины, пироксены и амфиболы) разрушаются с образованием хлоритовых глин, богатых железом и магнием. Одновременно выветривание полевых шпатов приводит к образованию серицитовых слюд, иллитовых и каолинитовых глин.
По мере протекания выветривания глины частично вымываются в виде коллоидных частиц, но они могут и сохраниться в виде залежей остаточных глии. Если выветривание протекает еще дальше, то в конце концов выносятся магний и кальций.
Конечный продукт выветрелой породы может состоять из кварца (если его было много в материнской породе), каолинита (наиболее простого глинистого минерала — гидратированного алюмосиликата), боксита (гидратированного глинозема) и лимонита (гидратированных окислов железа).
Для образования таких остаточных продуктов необходимы интенсивное химическое выветривание пород в теплом влажном климате и медленная эрозия. Залежи остаточных пород, хотя и маломощные, могут покрывать обширные площади и часто имеют важное практическое значение. Выделяется три главных типа месторождений остаточных полезных ископаемых, различающиеся по минеральному составу (фиг. 21). Сейчас мы их вкратце опишем.
Химическое выветривание
Процессы химического выветривания протекают почти исключительно при ведущей роли воды. Немногие обычные породообразующие минералы реагируют с чистой водой, если не считать эвапоритов. Однако грунтовые воды обычно кислые, что обусловлено присутствием растворенного углекислого газа, заимствованного из атмосферы и образующего раствор углекислоты. Кроме того, pH повышается из-за наличия гумусовых кислот, генерируемых в почве при биологических процессах. Главные химические реакции, которые имеют место при выветривании пород, — реакции окисления и гидратации. Были проведены широкие исследования по изучению скорости химического выветривания различных породообразующих минералов. Эти работы показали, что относительная подвижность окислов главных минералообразующих элементов уменьшается в ряду кальций — натрий — калий — кремний — железо — алюминий. Поэтому породы, подвергающиеся химическому выветриванию, обедняются первыми из этих элементов и относительно обогащаются окислами железа, глиноземом и кремнеземом.
Этот ряд подвижности контролирует последовательность выветривания породообразующих минералов. Эта последовательность, по существу, представляет собой обратную последовательность кристаллизации изверженных минералов, по Боуэну (табл. VI).
Химическое выветривание ведет к разрушению породы на два главных компонента — растворимые вещества и нерастворимый остаток. К растворимым веществам относятся такие элементы, как щелочные металлы, в основном натрий и калий, и редкие земли, магний, кальций и стронций. Эти элементы обычно выносятся из профиля выветривания и в конце концов попадают в море, где осаждаются в виде известняков, доломитов и эвапоритов.
Нерастворимый остаток — это часть породы, которая, будучи выветрелой, нелегко растворяется грунтовыми водами. Как показано в табл. VI, нерастворимый остаток может быть сложен в основном кварцем (кремнеземом) и в зависимости от степени выветривания — переменными количествами полевого шпата и слюды.
Другая важная реакция химического выветривания — это образование глинистых минералов. Минералогия и генезис глин будут описаны в следующей главе.
Глинистые минералы относятся к сложной группе гидратированных алюмосиликатов. Это химически вполне устойчивые основания, аккумулирующие соответствующие катионы, из которых строятся кристаллические решетки с различным распределением атомов. Поэтому глинистые минералы классифицируются в соответствии со способом соединения гидратированных алюмосиликатов с кальцием, калием, магнием и железом.
В течение ранних стадий выветривания мафические минералы (оливины, пироксены и амфиболы) разрушаются с образованием хлоритовых глин, богатых железом и магнием. Одновременно выветривание полевых шпатов приводит к образованию серицитовых слюд, иллитовых и каолинитовых глин.
По мере протекания выветривания глины частично вымываются в виде коллоидных частиц, но они могут и сохраниться в виде залежей остаточных глии. Если выветривание протекает еще дальше, то в конце концов выносятся магний и кальций.
Конечный продукт выветрелой породы может состоять из кварца (если его было много в материнской породе), каолинита (наиболее простого глинистого минерала — гидратированного алюмосиликата), боксита (гидратированного глинозема) и лимонита (гидратированных окислов железа).
Для образования таких остаточных продуктов необходимы интенсивное химическое выветривание пород в теплом влажном климате и медленная эрозия. Залежи остаточных пород, хотя и маломощные, могут покрывать обширные площади и часто имеют важное практическое значение. Выделяется три главных типа месторождений остаточных полезных ископаемых, различающиеся по минеральному составу (фиг. 21). Сейчас мы их вкратце опишем.
