Понятие о выветривании горных пород
Под выветриванием понимают процесс разрушения горных пород на месте их залегания под влиянием колебания температур, химического взаимодействия с водой, растворенными в ней веществами, атмосферными газами, а также под действием животных и растений.
В зависимости от того, каким из указанных факторов вызван процесс разрушения горных пород, различают выветривание физическое, химическое и органическое. Указанные виды выветривания действуют не обособленно друг от друга, а совместно, причем в зависимости от природных условий и особенностей горных пород один вид выветривания может преобладать над другим.
Процесс выветривания горных пород следует рассматривать как процесс приспособления пород к физико-химическим условиям поверхностной части земной коры. Зона, в которой протекают процессы выветривания, называется зоной выветривания. Нижняя граница ее распространяется до 500 м в глубь Земли. Однако практически ощутимо процессы выветривания сказываются до глубины нескольких десятков метров.
Физическое выветривание — это процесс разрушения горных пород под влиянием колебания температур. Физическое выветривание протекает выше пояса постоянной температуры. Особенно сильно оно проявляется там, где наблюдается резкое колебание температур и беден растительный покров, т. е. в пустынях и на высоких горах. Под влиянием суточных и годовых колебаний температур горные породы растрескиваются. Так как процесс нагревания и охлаждения горных пород постоянно повторяется, количество трещин и их размеры все время увеличиваются и породы постепенно распадаются на обломки.
Процессу разрушения горных пород способствует вода, которая в период оттепелей попадает в трещины, а при отрицательной температуре замерзает и, расширяясь, способствует увеличению размеров трещин. Благодаря повторению оттепелей и заморозков трещины все более увеличиваются в размерах и горная порода разрушается. Эта разновидность физического выветривания называется морозным выветриванием.
Химическое выветривание — это процесс разрушения горных пород в результате химического взаимодействия их с водой и растворенными в ней веществами, а также с атмосферными газами. Природные воды всегда содержат растворенные кислород, углекислоту и другие химические активные вещества, поэтому они способны растворять и химически изменять в той или иной степени многие минералы и горные породы. В результате химического выветривания происходит образование новых минералов, более стойких в физико-химических условиях земной поверхности.
В качестве примера химического выветривания можно привести окисление пирита — FeS2 — минерала, часто встречающегося в виде включений в углях и породах, в которых угли залегают.
FeS2 + 70 + Н20 = FeS04 + H2S04 4FeS04 + 2H2S04 + 02 = 2Fe2(S04)3 + 2H20 Fe2(S04)3 + 6H20 = 2Fe(OH)3 + 3H2S04.
Образующаяся труднорастворимая гидроокись железа выпадает в осадок. Выделяющаяся серная кислота усиливает разрушающее химическое действие воды на горные породы. Рудничные воды угольных шахт часто имеют высокую кислотность, благодаря чему вредно действуют на шахтное оборудование, бетонное крепление, одежду и обувь рабочих. Кроме того, в процессе химического выветривания некоторых пород и полезных ископаемых выделяются вредные газы, отравляющие рудничную атмосферу.
В результате химического выветривания, процессы которого часто очень сложны и многообразны, вещество горных пород частично переходит в раствор и уносится водой, частично накапливается в виде нерастворимых соединений. Наиболее интенсивно процессы химического выветривания протекают в районах теплового влажного климата.
Органическое выветривание — это процесс разрушения горных пород под действием организмов. Животные и растения разрушают горные породы механически и химически. Механическое разрушение при органическом выветривании выражается в том, что землерои, черви, корни растений разрыхляют горные породы. Химическое же разрушение обусловлено тем, что корни многих растений выделяют различного рода кислоты, разрушающие горные породы. Большая роль в органическом выветривании принадлежит разнообразным микроорганизмам, накапливающим в почве химические вещества. При разложении остатков животных и растительных организмов выделяются химически активные вещества, способствующие разрушению горных пород. Органическое выветривание играет большую роль в образовании почв.