2.1 Вивітрювання гірських порід

Природні ґрунти утворились у результаті вивітрювання гірських порід.

Вивітрювання (гіпергенез) – це процес руйнування гірських порід і мінералів під впливом природних факторів (повітря, води, коливання температури, живих організмів) . При цьому утворюються інші породи і синтезуються нові мінерали.

Зовнішні горизонти гірських порід, де відбувається процес вивітрювання, називається корою вивітрювання. Потужність кори вивітрювання складає від кількох сантиметрів до 2 – 10 м та зростає в напрямку до екватора.

Вивітрювання – єдиний процес, але для зручності його розуміння виділяють три взаємопов’язані форми : фізичну, хімічну, біологічну.

Фізичне вивітрювання – механічне подрібнення гірських порід і мінералів без зміни їх хімічного складу. Внаслідок фізичного вивітрювання гірська порода набуває нових властивостей.

Хімічне вивітрювання – процес хімічного руйнування гірських порід і мінералів, який супроводжується утворенням нових мінералів. Найважливішими факторами цього процесу є: розчинення у воді мінеральних сполук, їх гідроліз, окиснення – відновлення, карбонатизація, коагуляція та ін.

Вода – універсальний розчинник на планеті. Розчинення мінералів водою прискорюється з підвищенням температури і насиченням її вуглекислим газом, який підкислює середовище. За таких умов хімічне вивітрювання відбувається набагато швидше. Цим пояснюється наявність різноманітних видів кори вивітрювання в різних широтах земної кулі. Руйнування гірських порід у субтропічному і тропічному поясах відбувається в декілька разів швидше, ніж у помірному і полярному.

У процесах хімічного вивітрювання велике значення має гідроліз – хімічна реакція води з мінералами.

Гідратація - хімічний процес приєднання води до частинок мінералів, як правило, відбувається при вивітрюванні осадових порід, які містять ангідрид. У процесі гідратації ангідридів об’єм породи збільшується на 50-60%, а їх розчинність значно зростає. Такі процеси мають місце в тропіках, зоні підзолистих ґрунтів. Гідратація переважно спостерігається у більш складних за будовою мінералах – силікатах і алюмосилікатах.

Окиснення – реакція дуже поширена в зоні вивітрювання. Окиснення - в широкому розумінні – процес, при якому речовина, що окиснюється (атом, іон) позбавляється одного або декількох електронів; при цьому відбувається підвищення позитивної валентності елемента.

Окиснюється значна кількість мінералів, що містять закисні елементи, зокрема залізо. У процесі окиснення змінюється початкове забарвлення гірських порід, зявляються жовті, бурі та червоні відтінки.

Відновлення протікає при повній відсутності кисню, наявності специфічної мікрофлори та енергетичного матеріалу у вигляді органічних речовин.

Постійна наявність у розчинах вугільної кислоти зумовлює карбонатизацію – утворення карбонатів.

Навіть неповний перелік хімічних реакцій на поверхні уламків гірських порід і мінералів показує, що в результаті хімічного вивітрювання змінюється хімічний склад мінералів і руйнується їх кристалічна решітка. Порода збагачується вторинними мінералами і набуває таких властивостей, як в’язкість, пластичність, вологоємкість, вбирна здатність та інших.

Біологічне вивітрювання – механічне руйнування й зміна хімічного складу гірських порід під впливом живих організмів та продуктів їх життєдіяльності. Ця форма вивітрювання відбувається під впливом таких факторів: засвоєння рослинами і мікроорганізмами елементів мінерального живлення; хімічних сполук, що утворилися при житті і після вимирання організмів (кислоти, гумус, мінеральні солі); реакцій окиснення і відновлення з участю мікроорганізмів.

Процеси біологічного вивітрювання здійснюють представники багатьох груп живих організмів у всій товщі кори вивітрювання. У природі практично немає чисто абіотичних (безжиттєвих) процесів механічного й хімічного вивітрювання.

Одним із процесів біологічного руйнування є процес засвоєння кореневими волосками мінеральних елементів, які входять до кристалічної решітки мінералів. Водень, який рослини виділяють у навколишнє середовище, входить до кристалічної решітки мінералу і руйнує її.

Крім того, корені рослин і мікроорганізми виділяють у навколишнє середовище вуглекислий газ і різноманітні кислоти (щавелеву, оцтову, яблучну та ін. ), які руйнують мінерали.

Ґрунти і гірські породи населяють певні групи мікроорганізмів, які утворюють мінеральні кислоти: бактерії нітрифікатори – азотну кислоту, сіркобактерії – сірчану. Як і органічні, ці кислоти розчиняють мінерали і посилюють вивітрювання.

Тварини механічно подрібнюють гірські породи і своїми виділеннями хімічно руйнують їх.

Характер руйнування гірських порід і склад продуктів вивітрювання залежить від умов навколишнього середовища та від мінералогічного складу самої породи.

Геохімічними дослідженнями встановлено, що при вивітрюванні кислих порід формуються піски і супіски, середніх – суглинки, основних – важкі суглинки і глини. Вказані пухкі відклади мають певні фізичні і фізико-механічні властивості, які дають можливість для перебігу процесів ґрунтоутворення. Цим вони відрізняються від невивітрених скельних порід.

Отже, основними ґрунтоутворюючими породами є продукти вивітрювання гірських порід.