Выветривание - важнейший геохимический процесс гипергенеза




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Выветривание - важнейший геохимический процесс гипергенеза

Выветривание - важнейший геохимический процесс гипергенеза

05.09.2017


Рассмотрению процессов выветривания мы уделяем большое внимание, во-первых, потому что в геологических процессах осадочного литогенеза роль выветривания трактуется по-разному, причем в ряде случаев упрощенно; во-вторых, потому что выветривание как исключительно могучий геохимический процесс, действующий в наружной части земли, нуждается в глубоком изучении, объяснении механизма реакции и интерпретации, отвечающей роли этих процессов в осадочном литогенезе.
Можно указать на три разные трактовки процессов выветривания, которые встречаются в литературе. Многие геологи ограничивают выветривание лишь простым разрушением пород и выносом подвижных продуктов, в результате чего образуются элювиальные коры выветривания. Так упрощенно излагаются эти вопросы в большинстве геологических учебников. Отдельные авторы связывают с выветриванием все жизненные процессы на Земле. С такой трактовкой выветривания, разумеется, никак нельзя согласиться. В ряде случаев выветривание отождествляется с диагенезом и эпигенезом, что можно видеть из работ А.И. Перельмана но геохимии эпигенетических процессов. Очевидно, что такая трактовка умаляет значение процессов выветривания, особенно в случаях, касающихся глинитизации, оподзоливания, оглеения и других широко распространенных геохимических процессов в зоне гипергенеза. Вот почему геохимические вопросы выветривания, характеристики их сущности и механизма отдельных реакций нуждаются, по нашему мнению, в дальнейшей разработке и соответствующем внимании.
Согласно К.И. Лукашеву, выветривание включает в себя следующий комплекс процессов и реакций, который определяет его геохимическую сущность и специфику:
1) изменение физического и химического состояния горных пород и минералов, новообразование минералов. Сюда относятся явления гидролиза, растворения, окисления, кристаллизации аморфных тел и т. п.;
2) перемещение веществ путем вымывания, выщелачивания солей и переноса коллоидных частиц и минералов;
3) обмен катионов между жидкой и твердой фазами (адсорбция, абсорбция и др.);
4) синтез сложных минеральных веществ из более простых продуктов выветривания;
5) образование разнообразных продуктов выветривания и почвообразования в зависимости от характера и условий, в которых протекают процессы химического выветривания и элювиогенеза (выноса подвижного вещества).
Из сказанного видно, что выветривание сопровождается разрушением структуры и текстуры и изменением состава минералов и пород, превращением последних в рыхлые отложения остаточной и аккумулятивной коры выветривания. В ходе выветривания происходит перегруппировка элементов и атомов в минеральном веществе и образование многообразных гипергенных минералов, в числе которых видное место занимают глинистые, карбонатные и др. Под влиянием выветривания протекают также процессы почвообразования, в которых исключительную роль играют синтез органического вещества (гумуса) и возникновение многочисленных комплексных соединений органического и органо-минерального состава. Гумусовый слой (оболочка, по В.А. Ковде), несмотря на его малую мощность (от нескольких сантиметров до 3 м) в значительной мере определяет продуктивность биосферы, а биогенная аккумуляция жизненно важных для растений химических элементов, а также органических и органо-минеральных соединений в сочетании с гипергенными геохимическими процессами приводит к образованию почвенногеохимических формаций, которые согласно В.А. Ковде с соавторами, представляют общепланетарные группы почв, образующиеся в сходных условиях суши, имеют общую историю развития, близкий абсолютный и относительный возраст, сходный характер геохимического обмена и аккумуляции и сходный состав гумуса и вторичных минералов.
С выветриванием и денудацией связано постоянное обновление поверхности суши, поступление в ландшафт химических элементов литогенного, гидрогенного и биогенного вещества и непрерывный круговорот порода <—> почвач <—> вода <—> растение.
Воднорастворимые и газообразные продукты в этом круговороте играют исключительно важную роль. Процессы выветривания имеют большое значение в создании геохимической среды биосферы, геоэкологических условий развития органического мира и обусловливают многие другие особенности образования осадочной оболочки.
Выветриванию и переносу способствует не только местный, но и глобальный геохимический цикл миграции химических элементов на земной поверхности, в котором важнейшую роль играют поверхностный и подземный химический сток (рис. 3) и эоловый перенос.

Зональные геохимические типы процессов выветривания наиболее детально изложены в работах К.И. Лукашева и др. В табл. 1 суммированы основные геофизические и геохимические параметры пяти зональных типов среды выветривания, кратко охарактеризованные в другой работе. В широком аспекте можно говорить о процессах выветривания (гипергенеза), ведущего к силитизации, сиаллитизации, аллитизации, карбонатизации, оксидизации, галогенизации и другим изменениям горных пород и новообразованиям в них. Характеристика продуктов выветривания горных пород разных генетических типов и кристаллохимической устойчивости содержится в работах И.И. Гинзбурга. К.И. Лукашева, В.П. Петрова, Е.Т. Куковского, Ю.П. Казанского и многих других авторов. Наибольший интерес в отношении выветривания представляют силикаты. В большинстве случаев они очень сложно устроены и их трудно выразить простыми структурными формулами (рис. 4).

Считают, что различия в энергии образования силикатов контролируют порядок их кристаллизации, а также их термодинамическую устойчивость при выветривании; менее восприимчивы к выветриванию силикаты с высокими значениями энергий. Из этого следует, что в ряду островные — групповые — цепочечные — листовые — каркасные силикаты наименее устойчивыми должны быть островные силикаты, наиболее устойчивыми каркасные (щелочной полевой шпат и кварц), что соответствует следующей схеме: оливин — пироксены — амфиболы — биотит — щелочные полевые шпаты — кварц (рис. 5).

В природных условиях эта общая закономерность устойчивости минералов к выветриванию в зависимости от строения и энергии кристаллической решетки часто нарушается химическим взаимодействием специфических растворов с отдельными элементами, входящими в минерал, а также другими агентами выветривания.
Выветривание изверженных и метаморфических пород сопровождается образованием вторичных гипергенных минералов и различных химических растворов.
На рис. 6 приводится схема Филдса и Свиндейла, показывающая, как при выветривании первичных породообразующих минералов (оливина, пироксена, биотита, мусковита, полевых шпатов и кварца) образуются вторичные минералы. Среди вторичных образований выветривания и низкотемпературных водноосадочных процессов наиболее видное место в осадочных породах занимают глинистые минералы — каолиниты, гидрослюда, монтмориллонит, вермикулит, хлорит и др.

Видное место занимают окислы и гидроокислы кремния, алюминия, железа, марганца, титана, а также карбонаты, сульфаты, хлориды и др. Эти вопросы подробнее рассматриваются далее.
В выветривании и осадочной миграции большая роль принадлежит межатомной связи: металлической, свойственной металлам; ионной или полярной, характерной для солей; гомополярной (координационной), наблюдаемой, например, в кристаллах алмаза; остаточной (вандерваальсовой), связывающей атомы в молекулах газов. Многие соединения имеют промежуточные связи, например Si — О в силикатах.
В.М. Гольдшмидт, разработал вопрос о большом значении ионных потенциалов (отношение заряда иона Z к его радиусу r) в разрушении пород и миграции химических элементов в осадочных процессах. Величины Z/r по существу являются мерой электроотрицательной (мерой поверхностной плотности заряда иона); они характеризуют взаимодействие ионов и молекул воды и определяют реакции гидратации, гидролиза, минералообразования в водной среде: чем меньше радиус положительного иона и чем больше его заряд, тем ярче проявляются кислотные свойства растворов и наоборот.
Величинами ионных потенциалов В.М. Гольдшмидт объяснил миграцию и дифференциацию отдельных элементов в осадочных процессах и закономерности совместного нахождения в осадках элементов разной валентности (например, двухвалентного бериллия, трехвалентного алюминия и четырехвалентного титана). Рис. 7 иллюстрирует геохимическую группировку некоторых элементов по их ионным потенциалам. Такие элементы, как Na, Ca, Mg, с низкими ионными потенциалами при выветривании и переносе остаются в растворе; элементы с промежуточными значениями ионного потенциала (элементы-гидролизаты) осаждаются при гидролизе, поскольку их ионы легко ассоциируют с гидроксильными группами в водном растворе.

Элементы с высокими величинами ионных потенциалов, такие, как С, Р, N, В, S и др., образуют обычно хорошо растворенные кислородсодержащие анионы. Новейшие материалы по вопросу гипергенного изменения минералов и горных пород опубликованы в «Тезисах докладов» Международного геохимического конгресса.
В соответствии с широкими взглядами на геохимические процессы и реакции выветривания виднейшую роль в них следует отводить гидролизу, растворению, окислению, восстановлению, коллоидным реакциям обмена и замещения.
У.Д. Келлер указывает, что эффективными механизмами химического выветривания являются также комплексообразование, диализ, химическая перестройка и образование псевдоморфоз.