Поиск

Стадии и последовательность процессов выветривания
29.10.2015

Процесс выветривания минералов и горных пород протекает стадийно. Поэтому для наиболее верного суждения об интенсивности и степени выветрелости необходимо по совокупности признаков определить стадию и тип коры выветривания. Б.Б. Полынов различал следующие последовательные стадии выветривания: обломочная, обызвесткованная, насыщенная сиаллигная, ненасыщенная сиаллитная, аллитная. Эти стадии характерны лишь для условий элювиального ландшафта. В полной последовательности эти стадии элювиального выветривания могут пройти лишь во влажном тропическом климате и притом только в результате длительного непрерывного процесса.
В 30-х и 40-х годах в западной и советской литературе накопилось достаточно данных, свидетельствующих о том, что определенным стадиям выветривания соответствуют определенные группы и соотношения остаточных и вторичных минералов. На стадии обломочной коры выветривания характерно абсолютное преобладание минералов породы, на стадии карбонатной (обызвесткованной) коры выветривания типично совместное нахождение кальцита, арагонита, кварца, монтомориллонита, слюд и первичных минералов; на стадии насыщенной сиаллитной коры выветривания появляются в большом количестве монтмориллонит, бейделлит, серицит; на стадии ненасыщенной сиаллитной коры преобладаю каолинит, галлуазит, нонтронит и на стадии аллитной коры выветривания типично накопление гетита, гематита, гиббсита. Близкие взгляды на типы коры выветривания были высказаны К.И. Лукашевым.
В зависимости от продолжительности и интенсивности процессов выветривания К.И. Лукашев различает следующие геохимические типы выветривания: литогенный, сиаллитно-глинистый, сиаллитно-карбонатный, сиаллитно-хлоридно-сульфатный и сиаллитно-ферритный и аллитный.
Идея стадийности выветривания и последовательного вторичного минералообразования получила развитие и в западной литературе. Джексон и его школа различают 13 стадий выветривания и типичных сочетаний преобладающих минералов:
1) гипсовая — содержатся гипс, галит, селитра и другие растворимые соли; характерна для соленосных осадочных пород, еще не измененных выветриванием;
2) известковая — включает кальцит, арагонит, доломит, апатит; типична для известняков в начале их выветривания или для осадочных пород в относительно сухом климате;
3) оливиновая — присутствуют оливин, роговая обманка, диопсид; характерна для начальных стадий химического выветривания;
4) биотитовая — типичны биотит, глауконит, хлорит, антигорит, нонтронит и др.;
5) альбитовая — представлена альбитом, анортитом, микроклином, ортоклазом и другими полевыми шпатами;
6) кварцевая — кварц, халцедон, кристобалит;
7) мусковит-иллитовая — шиит, мусковит, серицит;
8) переслаивающихся минералов — включает разнообразные гидрослюды, правильно и неправильно переслаивающиеся алюмосиликаты, вермикулит и т. д.;
9) монтмориллонитовая — монтмориллонит, бейделлит, сапонит;
10) каолинитовая — каолинит, галлуазит (продукты длительного выветривания);
11) гиббситовая — гидраргиллит, бемит, аллофан;
12) гематитовая — лимонит, гетит, гематит;
13) анатазовая — анатаз, рутил, ильменит, корунд, лейкоксен.
Джексон обнаруживает эти стадии выветривания в горизонтах почв и осадочных пород различного возраста.
Наименее стойкие минералы, легко разрушаемые и образующие легко вымываемые продукты выветривания, встречаются на первых пяти стадиях выветривания и характерны для молодых почв — порядка 20 тыс. лет. Кварц является одним из наиболее стойких минералов, но его устойчивость весьма быстро и пропорционально уменьшается по мере увеличения степени дисперсности частиц; коллоидно дисперсный кварц растворяется и выносится относительно быстро. Это хорошо известно для тропического выветривания. Вторичные минералы, типичные для стадий 7, 8, 9, 10, не являются абсолютно стойкими и при определенных условиях (высокая влажность климата, господство выноса, окислительный режим) последовательно разрушаются в направлении от иллита и монтмориллонита к каолиниту и далее к окислам алюминия и железа. В этом же направлении продолжают нарастать процессы гидролиза, десиликации, дебазации. Наиболее поздними стадиями выветривания являются стадии 11, 12, 13, наступающие, по Джексону, лишь в тропических условиях.

Стадии и последовательность процессов выветривания

В ходе выветривания, образования и преобразования вторичных соединений происходят глубокие изменения свойств минеральной массы. В процессе десиликации соотношение кремнезема и полуторных окислов: резко сужается. Выносится большинство оснований, и калий практически исчезает. Гидрофильность достигает максимума на монтморилло-нитовой стадии и затем почти исчезает. Развивается, достигает максимума и затем практически исчезает поглотительная способность в отношении катионов. Эти явления хорошо иллюстрируются данными табл. 27. Атмосферные осадки в тропиках особенно интенсифицируют этот процесс (рис. 29).
Стадии и последовательность процессов выветривания

В условиях горного ландшафта с четко выраженными пиками вершин, каньонами и ущельями, крутыми склонами редко наблюдается образование мощной мелкоземистой коры выветривания.
Резко выраженные осыпи, оползни, денудация водными потоками и дефляция приводят к постоянному удалению продуктов выветривания и почвообразования. Горы являются генераторами мелкозема для формирования осадочных пород на пологих склонах, равнинах, низменностях, дельтах и подводных депрессиях — водоемах. Лишь гумусовый горизонт горных почв является продуктом биоаккумулятивных процессов в горах. Выветривание в горных условиях задерживается поэтому неопределенно длительное время на обломочной или карбонатной стадиях. Это объясняется господством денудационного (горно-элювиального) типа баланса веществ при выветривании. В зависимости от литологии и химизма горных пород кора выветривания в горах может быть более или менее обломочной, известковой или глинистой, отражая свойства исходных пород. Лишь на плато, в горных нишах, на шлейфах пологих склонов, в межгорных долинах наблюдаются отклонения от этих особенностей и переход к условиям типично элювиальных или аккумулятивных ландшафтов. Надо иметь в виду, что до сих пор речь шла о стадиях выветривания в условиях денудационного и промывного водного режима, при свободном оттоке глубоких грунтовых вод и господстве окислительных, процессов, т. е. в элювиальных ландшафтах.
Можно считать, что для элювиальных условий направление развития выветривания хотя и с отклонениями, но в общем отвечает схемам Б.Б. Полынова, И.Д. Седлецкого и Джексона. На первых стадиях физико-химического выветривания образуются гидратированные минералы и окисляются восстановленные соединения железа и марганца. На последующих стадиях происходит вытеснение водородом калия, натрия, кальция, магния без особого разрушения кристаллической решетки стойких минералов. Затем в решетке происходят настолько глубокие-изменения электровалентных связей, что наступает разрушение решеток минералов с образованием растворов и аморфных минералов. Как разрушение, так и синтез происходят весьма избирательно и с переменными соотношениями и составом. Аморфные вторичные минералы кристаллизуются, разрушаются вновь и превращаются затем в новые «вторичные» минералы; все это происходит уже на стадии глинообразования.
Вероятно, различные минералы и породы в условиях разного климата имеют неодинаковую стадийность выветривания (рис. 30).
Стадии и последовательность процессов выветривания

В условиях транзитного ландшафта и особенно в условиях аккумулятивного ландшафта стадии выветривания и формирования вторичные минералов, установленные Б.Б. Полыновым, И.Д. Седлецким, Джексоном и другими исследователями, для элювия, естественно, не обнаруживаются либо проявляются в иной и часто даже в обратной последовательности. Это ясно из анализа всего предыдущего материала. В транзитной и особенно в аккумулятивной коре выветривания накапливаются те продукты, которые уносились из элювиального ландшафта. Конечно, не может быть и речи о полкой обратимости циклов выветривания. Однако можно считать общепризнанным, что гиббсит (гидраргиллит) при притоке растворов кремнезема может быть трансформирован в каолинит, каолинит — в иллит, а последний — в монтомориллонит. Кварц может образоваться из опала, халцедона или из свежеосажденного аморфного кремнезема. Мало пока данных о возможности синтеза в почвенных условиях мусковита и особенно полевого шпата. Однако известно образование и аутигенного полевого шпата в осадочных породах.