Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Вивітрювання гірських порід, кори вивітрювання

 

Процеси вивітрювання – це початкова і головна ланка в єдиному ланцюзі екзогенних перетворень на Землі, які здійснюються повсюдно і безупинно. Вивітрювання призводить до механічного руйнування і змін мінерального складу гірських порід, що складають поверхневий шар земної кори.

Факторами вивітрювання є: коливання температури; хімічний вплив атмосфери і гідросфери; продукти життєдіяльності рослинних і тваринних організмів; сонячна радіація. Сутність вивітрювання полягає в тому, що мінерали, які складають магматичні, метаморфічні і більшість осадових порід на поверхні Землі, стають фізично і хімічно хитливими. Щоб пристосуватися до нових умов існування мінерали змушені змінювати свій фізичний стан і хімічний склад. Таким чином виникають нові мінеральні види, які стійкі у поверхневому середовищі. Вони називаються продуктами вивітрювання.

У процесі вивітрювання умовно виділені дві головні його форми - фізичне і хімічне (хіміко-біологічне) вивітрювання, які тісно взаємозалежні і відбуваються одночасно. Перевага тієї чи іншої форми зумовлена перш за все кліматичними особливостями.

Фізичне вивітрювання. Процеси фізичного вивітрювання призводять до механічного руйнування гірських порід – їх здрібнюванню і перетворенню у щебінь, жорству, пісок. Основні фактори цього процесу – коливання температури, розширююча дія льоду в тріщинах гірських порід, життєдіяльність землерийних тварин. При цьому виділяють два різновиди фізичного вивітрювання – температурне і морозне.

При температурному вивітрюванні руйнування порід відбувається внаслідок утворення в них екзогенних тріщин під впливом багаторазових добових і сезонних коливань температури.

В основі цього процесу два механізми тріщиноутворення, які діють одночасно. Один з них пов'язаний із дрібними полями напруження навколо мінеральних зерен, що виникають у зв’язку з неоднаковим тепловим розширенням різних мінералів. Кожне зерно при цьому в породі розхитується, відокремлюється від сусідніх, і порода руйнується до стану жорстви і піску. Другий механізм утворення тріщин пов'язаний з більш великими полями напруження, що виникають на межі між ділянками породи з різною температурою.

Інтенсивність температурного вивітрювання залежить від клімату, особливостей рельєфу, глибини залягання порід, їх мінерального складу, текстури та структури, фарбування, ступеня тріщинуватості.

Морозне вивітрювання відбувається внаслідок повторюваного відтанення і замерзання води в тріщинах та порах гірських порід. Унаслідок замерзання вода розширюється приблизно на 9% свого початкового об’єму, і лід, що виникає при цьому, створює тиск до 1000 кг/см2. Такі зусилля здатні розширити тріщини навіть у найбільш міцних породах.

Морозне вивітрювання з найбільшою інтенсивністю відбуваються в пористих і вологоємких осадових породах – глинах, суглинках, мергелях, крейді, глинистих пісках, а також у тріщинуватих породах іншого походження.

Хіміко-біологічне вивітрювання. Процеси хімічного вивітрювання різні за своєю інтенсивністю і ступенем перетворення порід. Це залежить від мінерального складу вихідних порід, їх структури, вологості і кліматичних умов. Основний фактор хімічного розкладання порід – вода. Вона є хорошим розчинником і каталізатором, що підвищує активність кисню, вуглекислого газу і органічних кислот, які містяться в ній.

Найбільш інтенсивно розкладаються магматичні і метаморфічні породи, особливо ультраосновні й основні. У вивітрілих породах знижується вміст Na2O, CaО, MgО, SiО2 і зростає вміст Al2O3 і Fe2O3. У вологому і жаркому кліматі інтенсивність хімічного вивітрювання найбільша. Потужність продуктів вивітрювання в умовах рівнинного рельєфу може сягати 100 м і більше. У холодному (аридному) кліматі інтенсивність хімічного розкладання порід різко знижується.

Велику роль у хімічному вивітрюванні грає життєдіяльність вищих рослин і тварин, а також бактерій, дріжджів, мікроскопічних грибків та водоростей, вірусів, які добувають собі їжу з неорганічних, мінеральних сполук.

Хімічні реакції в зоні вивітрювання підрозділяються на чотири основні групи: окислювання, гідратація, розчинення, гідроліз, які нерідко протікають одночасно.

Окислювання відбувається у формі переходу закисних сполук у кисневі. Цей процес може проникати на різну глибину разом з атмосферними водами. Окислюванню піддаються в першу чергу мінерали і гірські породи, які містять Fe, S, V, Mn, Ni, Co, а також органічна речовина. Найбільш інтенсивно відбувається окислювання сульфідів спочатку в сульфати, потім у гідрооксиди, оксиди, карбонати та інші кисневі сполуки. Окислювання порід спричиняє зміну їх фарбування. Окисли заліза зумовлюють появу жовтих, бурих, червоних тонів, міді – синьо-зелених, вуглисті породи стають світлішими.

Окислювання органічної речовини за умов надлишку кисню утворює прості мінеральні сполуки – воду, вуглекислоту, сульфати і карбонати. За умов недостачі кисню виникає комплекс органічних сполук – перегній або гумус, який є головним елементом родючості ґрунтів.

Гідратація – це вплив води на мінерали вихідної породи. При цьому відбувається перебудова кристалічної решітки мінералів за рахунок приєднання молекул води. Наприклад, ангідріт (CaSO4) перетворюється в гіпс (CaSO4·2Н2О), гематит (Fe2O3) – у лімоніт (Fe2O3·nН2О).

Розчинення мінеральних речовин пов'язане з комплексним впливом на них води, вуглекислоти, мінеральних і органічних кислот. Усі мінерали у тому чи іншому ступені розчинні. Найбільш розчинні галогени, слабкіше – сульфати, ще менш – карбонати.

Гідроліз – це реакція розкладання мінералів під дією води з руйнуванням і перебудовою їх кристалічних решіток. З гідролізом пов'язане хімічне розкладання важкорозчинних мінералів і, насамперед, силікатів. При цьому утворюються нові легко- і важкорозчинні сполуки.

Першими розкладаються слюди, що дають нерозчинний глинистий компонент у вигляді гідрослюд і каолініту. З рогової обманки утворюються алюмосилікати (Al2O3 – боксити). Польові шпати перетворюються в глини. У жаркому вологому кліматі каолініт також може розкладатися до утворення бокситів.

Гідролізу найбільшою мірою піддані основні й ультраосновні магматичні породи. Продукти такого розкладання – глини монтморилонітові, бейделітові, каолінітові.

Кори вивітрювання. У процесі вивітрювання виникають дві групи продуктів - рухливі, які вилучаються у розчиненому стані водою, і залишкові, що залишаються на місці руйнування корінних порід. Залишкові продукти називаються елювієм. Він складається із суміші щебеню, жорстви, піску, глин. Верхня частина елювію завдяки рослинності (гумусу) згодом перетворюється у родючий ґрунтовий шар.

Комплекс залишкових продуктів вивітрювання називається корою вивітрювання. Найбільш сприятливі умови для утворення потужних (до 100 м) кор – це жаркий вологий клімат у сполученні з рівнинним рельєфом. За таких умов може здійснитися повний цикл процесу вивітрювання, який включає чотири послідовні стадії:

– фізичне вивітрювання;

– видалення легкорозчинних компонентів у процесі гідролізу;

– утворення залишкових глин;

– утворення латеритів (бокситів).

Різним кліматичним зонам відповідають визначені стадії вивітрювання. Так, у приполярних областях і в посушливих жарких умовах може здійснюватися в основному лише фізична форма вивітрювання.

Кора вивітрювання у розрізі поступово змінює свій склад – від слабко змінених корінних порід знизу до продуктів повного хімічного розкладання у верхній частині.

Кори вивітрювання за часом свого формування поділяються на сучасні і давні (копалини), які перекриті молодими утвореннями. Давні кори виявляються і вивчаються за допомогою свердловин і гірських виробок. За своєю формою кори можуть бути площинними і лінійними. Останні витягнуті у просторі і поширюються на глибину. Довжина їх може сягати десятків кілометрів, а ширина сотень метрів. Лінійні кори приурочуються до великих розломів, де створюються сприятливі умови вивітрювання завдяки водопроникності порушених порід.

Кори вивітрювання звичайно формуються в межах рівнин – платформних частин континентів. У гірських областях вони відсутні, тому що швидкість їх утворення поступається швидкості руйнування порід процесами денудації. Наявність у розрізі земної кори кор вивітрювання свідчить про тривалу перерву в осадконакопиченні на даній території.

З корами вивітрювання пов'язані комплекси мінералів і гірських порід, які являють собою коштовні корисні копалини. Пухкі продукти – щебінь, жорства, пісок є будівельними матеріалами. В елювії накопичуються найбільш стійкі до вивітрювання мінерали. Тому в корах вивітрювання утворюються розсипні родовища золота, платини, каситериту, ільменіту, алмазів. У корах також формуються родовища каолінів, бокситів, нікелевих, залізних, марганцевих руд.

Утворення тріщин, зміна мінерального складу, структури і текстури корінних порід під впливом вивітрювання призводить до змін їх фізико-механічних властивостей. Такі породи відрізняються підвищеною пористістю. Міцнісні показники цих порід стають значно нижчими і залежать від ступеню їх вивітреності. Вивітрені породи нестійкі в гірничих виробках, в укосах кар'єрів і природних відслоненнях на поверхні. Такі породи є середовищем, де зароджуються осипи, обвали, селі та зсуви.

Важливе значення має оцінка властивостей вивітрених порід під час проектування кар'єрів, вибору крутості і конструкції укосів дорожніх виїмок, будівельних котлованів, при розрахунках глибини розкривних робіт на родовищах будівельного каменю, при визначенні глибини закладання фундаментів будівельних споруджень і т.д. Оцінка міцневих показників порід здійснюється шляхом розрахунку їх коефіцієнта вивітреності (Кв) – як співвідношення щільностей вивітреної і невивітриної породи. Щільність порід визначається в спеціальних лабораторіях.

Процеси вивітрювання найбільш активно протікають у підземних виробках. Цьому сприяє велика кількість вологи в шахтному повітрі, примусове провітрювання виробок, присутність хімічно агресивних шахтних вод. Тому за таких умов породи швидше вивітрюються, втрачають стійкість, обвалюються, дерев'яне і металеве кріплення, а також усі види шахтного обладнання руйнуються, покриваються іржею і вимагають частої заміни.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Екзогенні геологічні процеси. Вивітрювання гірських порід, кори вивітрювання | Діяльність поверхневих текучих вод
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 1859; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.023 сек.