18.01.2021

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

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.





Яндекс.Метрика