Поиск

Продукты выветривания и их взаимодействие
29.10.2015

Так как процессы выветривания являются частью непрерывного геологического и биологического круговорота веществ, то нельзя полагать, что выветривание доходит «до конца», т. е. до образования каких-то «конечных продуктов». Однако для определенных стадий процесса выветривания, для типов коры выветривания и для определенных географических ландшафтов характерны более или менее устойчивые группы первичных и вторичных минералов, являющихся «конечными» для данных условий и времени. Рассмотрим главные продукты выветривания.

Остаточные первичные минералы

Наиболее устойчивые против выветривания минералы: циркон, турмалин, монацит, гранат, ильменит, магнетит, кварц, ставролит и другие, являются остаточными первичными минералами, которые всегда относительно накапливаются в древних элювиальных корах выветривания. Среди полевых шпатов наиболее стойки альбит и олигоклаз; лабрадорит, анортит, андезин гораздо менее стойки. Поэтому альбит и олигоклаз в наибольших количествах накапливаются в элювиальной коре выветривания. При размыве и переотложении элювиальных кор выветривания остаточные первичные минералы оказываются в делювии, пролювии или аллювии и служат индикаторами мест, откуда транспортировались эти минералы.
Вторичные минералы

В результате процессов выветривания образуются вторичные минералы; они входят в состав коллоидных, надколлоидных, илистых и пылеватых фракций мелкозема. Некоторые из них более характерны для элювиальных кор выветривания, являясь преимущественно вторичными остаточными минералами: опал, вторичный кварц, аллофан и аллофаноиды, каолинит и галлуазит, гетит, гиббсит, гидраргиллит, бемит, анатаз, диаспор.
Многие вторичные минералы чаще характерны для аккумулятивных и транзитно-аккумулятивных типов коры выветривания, где они образуются после более или менее продолжительной раздельной миграции их компонентов в виде водных растворов. Сюда относятся: маршалит, опал, халцедон и вторичный кварц, в большой степени лимонит, гетит и гематит, во многих случаях иллит, монтмориллонит, вермикулит и ферримонт-мориллонит. Иногда и минералы гидроокислов алюминия, т. е. типичные остаточные продукты, обнаруживаются также в аккумулятивной коре выветривания. Впрочем, ряд авторов считает монтмориллонит, иллит и минералы гидроокислов железа также типичными остаточными (in situ) продуктами выветривания. Чаще всего это характерно для ранних стадий выветривания или для районов засушливого климата.
Таким образом, в процессе выветривания происходят очень глубокие изменения в минералогическом составе породы.
Продукты выветривания и их взаимодействие

Продукты выветривания и их взаимодействие

Минералы, свойственные неизмененной породе (оливин, авгиты, нолевые шпаты, слюды, пирит, кальцит), исчезают, замещаясь вновь синтезированными минералами окислов железа, алюминия, марганца, кремния или вторичными алюмосиликатами, такими как монтмориллонит, иллит, каолинит, галлуазит. Это положение хорошо иллюстрируется рис. 23, 24 и следующей схемой:
Продукты выветривания и их взаимодействие

Легкорастворимые продукты выветривания

Наряду с нерастворимыми и малорастворимыми минералами при выветривании образуется весьма большое количество растворимых подвижных продуктов: хлоридов, сульфатов, карбонатов и силикатов щелочей и щелочных земель, а также небольшое количество растворенных соединений кремния, железа, алюминия, марганца, кобальта, никеля, цинка, фосфора. Эти продукты в разных пропорциях находятся в почвенных, грунтовых, ключевых водах и передвигаются с ними по уклону местности в озера, моря, а также в поймы и дельты рек, в низменности и депрессии.
Часть вод при движении расходуется на транспирацию и испарение. По мере достижения насыщенности раствора соединения по пути их миграции осаждаются в делювии, пролювии и конусах выносов вдоль гор, в древних и современных аллювиальных террасах, в дельтах, лагунах и. маршах приморских побережий. Чем суше климат и выше испарение и транспирация, тем интенсивнее идет накопление в транзитных и аккумулятивных ландшафтах продуктов, транспортируемых наземными и подземными водами. Таким путем происходит гидрогенная (или гидроморф-ная) аккумуляция вторичных минералов разного рода в осадочных породах и в почвах с образованием транзитной и аккумулятивной коры выветривания. При этом возникают сложные реакции между минералами осадочной породы и почвы и соединениями, приносимыми грунтовыми, почвенными или речными водами.
В аккумулятивном ландшафте, т. е. при плохом дренаже, происходит не вынос, а приток продуктов выветривания. Порода обогащается новыми минеральными соединениями, начинается и прогрессирует синтез новых минералов. Этим путем образуются мощные скопления минералов железа и марганца. Приток растворов кремнезема вызывает ресиликацию гиббсита и его превращение в каолинит, а затем и в монтмориллонит. Избыток приходящего кремнезема может повлечь образование кремневых кор. Происходят процессы обызвестковывания, доломитизации, загипсовывания осадочных пород и почв. Во всех перечисленных случаях обычно формируются плотные непроницаемые горизонты типа кирасы, ортштейна или латерита, плотной глины, твердых окремненных, известковых или гипсовых прослоев и горизонтов (так называемых хардпенов). В условиях засушливого климата ко всем этим процессам присоединяется интенсивное соленакопление в грунтовых водах, почвах, осадочных породах.
Поднятие аккумулятивного ландшафта и его эрозионное расчленение влекут превращение аккумулятивной коры выветривания в неоэлювий. Накопившиеся ранее продукты гидрогенной аккумуляции «наследуются» неоэлювием и являются остаточными реликтовыми признаками прошлого аккумулятивного типа коры выветривания.
Взаимодействие продуктов выветривания и синтез новых минералов

Выветривание горных пород и минералов нельзя рассматривать как односторонний процесс непрерывного разрушения. Это справедливо лишь в отношении магматических пород, которые, не будучи стойкими в обстановке наземных термодинамических условий, подвергаются разрушению. Вновь образующиеся продукты выветривания, находясь в непрерывном перемещении, взаимодействуют одни с другими, что ведет к синтезу новых минеральных компонентов. Особенно велико при этом значение таких физико-химических реакций, как коагуляция, поглощение, обменное замещение. Образующиеся при выветривании коллоидные соединения кремнезема имеют отрицательный заряд. В то же время коллоидные частицы гидроокисей алюминия и железа имеют заряд положительный. При контакте противоположно заряженные коллоидные частицы полуторных окислов и кремнезема нейтрализуются в процессе взаимной коагуляции. В результате возникают глиноподобные аморфные (аллофаноиды), а в последующем и кристаллические вторичные минералы: каолинит, монтмориллонит, байделлит и др. Вторичные глинные минералы прежде всего синтезируются там, где образуются исходные компоненты.
Таким образом, формирование остаточных (элювиальных) типов коры выветривания происходит обязательно с участием вновь синтезированных глинных минералов. Ho так как некоторая часть кремнезема и полуторных окислов мигрирует с природными водами, то процесс коллоиднохимического синтеза вторичных алюмосиликатных минералов широко происходит и при формировании транзитных и особенно аккумулятивных типов коры выветривания.
На ранних стадиях выветривания, особенно в областях умеренного и холодно-умеренного климата, в качестве остаточных вторичных минералов образуются гидрослюды и серицит. В условиях щелочной среды и теплого сухого климата в аккумулятивных ландшафтах, где имеется приток соединений кремнезема, полуторных окислов, щелочей и щелочных земель, широко представлено новообразование монтмориллонита, нонтронита, вермикулита. В условиях влажного теплого субтропического климата при длительном глубоком выветривании и разрушении минера лов в кислой среде преимущественно образуются минералы группы каолинита.
Во влажных тропиках вследствие полного разрушения минералов и выноса оснований и кремнезема выветривание доходит до ферраллитной и аллитной стадий, когда в числе вторичных минералов преобладают окислы и гидроокислы железа и алюминия (лимонит, гетит, гематит, гидр аргиллит, бемит и др.).
В настоящее время считается доказанным факт превращения гиббсита в каолинит, если имеется приток растворов кремнезема. При продолжающемся притоке кремнезема, калия, магния в нейтральной и щелочной среде каолинит может быть превращен в иллит, а последний — в монтмориллонит или вермикулит.
Процесс обогащения аккумулятивной или транзитно-аккумулятивной коры выветривания минералами с более широким отношением кремнезема и глинозема (ресиликация) обычно происходит в транзитных и аккумулятивных ландшафтах, но иногда наблюдается в отдельных горизонтах элювиальной коры выветривания, куда вмываются продукты выветривания сверху. Условия формирования и накопления вторичных алюмосиликатных минералов показаны на рис. 25, 26 и 27.
Продукты выветривания и их взаимодействие

На всех стадиях выветривания происходит постоянное появление хлоридов и новообразование карбонатов и сульфатов щелочей и щелочных земель. Систематически появляются в малых количествах нитриты, нитраты и фосфаты. Воднорастворимые минералы уносятся из коры выветривания остаточного (элювиального) типа при промывном водном режиме. Однако в условиях аридного климата там, где испарение превышает поступление влаги с атмосферными осадками, в транзитных и аккумулятивных ландшафтах соли выпадают в осадок из делювиальных и грунтовых вод с образованием известковых, гипсовых и солевых горизонтов, пластов, кор или кирас. Образуются карбонатная, гипсовая, хлоридно-сульфатная или нитратная коры выветривания, столь известные в саваннах, степях и пустынях земной суши. Общие условия накопления этих продуктов выветривания показаны на рис. 28.
Большая часть соединений фосфора также уносится подземными и речными водами в Мировой океан, но значительная часть фосфорной кислоты, взаимодействуя с кальцием, железом, алюминием, выпадает в осадок и остается в пределах коры выветривания и осадочных пород, вызывая так называемую фосфатизацию пород.
Продукты выветривания и их взаимодействие

Чем дольше и интенсивнее протекают процессы выветривания, тем в большей степени измельчаются обломки горных пород и минералов и тем в большей степени для коры выветривания характерны вторичные минералы, являющиеся синтетическими продуктами выветривания и почвообразования в соответствующей физико-географической среде.
Образующиеся глинные вторичные минералы коры выветривания обладают высокой поглотительной способностью в отношении катионов. Чем выше отношение кремнезема к полуторным окислам в глинистых минералах, тем выше их поглотительная способность. Поглощающий аппарат коры выветривания, в свою очередь, играет большую роль в судьбах продуктов выветривания. Так, калий обычно необратимо поглощается вторичными алюмосиликатами в процессе образования гидрослюд, серицита. В этом одна из причин, почему соли калия не образуют больших солевых скоплений в аккумулятивной коре выветривания, подобно солям натрия. Te вторичные алюмосиликаты, для которых характерно узкое соотношение кремнезема и полуторных окислов (каолинит), и особенно те продукты выветривания, в которых велико содержание свободных окислов алюминия и железа (аллитная кора выветривания или орт-штейн), обладают активной способностью поглощения и фиксации соединений кремния, фосфора, серы, азота в форме анионов. Гидроокиси марганца являются сильным сорбентом, поглощающим большое число различных химических элементов.
К числу сорбциониых реакций, ведущих к вторичному минералообразованию, необходимо также отнести поглощение атмосферными соединениями кремнезема ионов магния, а также фиксацию полуторных окислов.
В делювиальных, пролювиальных и аллювиальных отложениях идут и другие реакции взаимодействия продуктов выветривания. Осадки углекислого кальция, подвергаясь воздействию солей магния, доломитизируются. Магний и калий легко и необратимо поглощаются при синтезеглинных минералов. В итоге это приводит к изъятию соединений магния: из мигрирующих природных растворов.
Подвижные растворы кремнезема, вытесняя в толщах гипсов анион серной кислоты и в осадках углекислого кальция анион угольной кислоты, вызывают широко известное явление окремнения осадочных пород и коры выветривания. Процессы доломитизации и окремнения могут формировать плотные, не проницаемые для корней горизонты, прослои и скопления конкреций.
Матрица и плазма как продукты выветривания

Кора выветривания и ее отдельные горизонты в конце концов приобретают характер закономерно гомогенной массы, имеющей типичную структуру. Эта мелкоземистая масса с отдельными частицами называется «матрица». Так как в породе и почве всегда присутствуют «скелетные» частицы первичных или вторичных минералов, то употребляется название «С-матрица», т. е. скелетная матрица. «С-матрица» коры выветривания и почв состоит из «скелета», «плазмы» и пустот, или «войдов».
В скелете присутствуют главным образом крупночастичные остаточные минералы, хотя могут быть и вторичные образования вроде конкреций. Плазма включает собственно вновь образованные продукты коры выветривания и почвообразования: кристаллические и аморфные вторичные минералы (алюмосиликатные, окислы, сульфиды), малорастворимые и легкорастворимые соли, органические и органо-минеральные соединения. Плазма тесно взаимодействует со скелетом, образуя пленки, потеки,, наросты на поверхности отдельных частиц и на структурных агрегатах или выполняя пустоты, микротрещины и поры. Плазма определенных горизонтов и стадий коры выветривания имеет определенную структуру (fabric) ткани: мозаичную, волокнистую, потечную, однородную, ориентированную, изотропную, анизотропную и т. д.
Микроморфологические исследования на плоско-параллельных тонких шлифах позволяют на основании оценки характера плазмы, скелета и их структуры судить об истории коры выветривания, об интенсивности и условиях выветривания. Ho что особенно важно, микроморфологическое изучение плазмы позволяет судить о наиболее тонких и активных компонентах, которые образуются при выветривании и почвообразовании и которые передвигаются в нисходящем, боковом или восходящем направлениях. В сочетании с данными химического анализа, рентгенометрии и электронной микроскопии микроморфологические исследования позволяют очень точно оценивать продукты выветривания.