Состав и свойства почвы выветривание горных пород и минералов. Почвообразующие породы выветривание

Почва образуется из горных пород в процессе выветривания и почвообразования.

Выветривание — совокупность сложных, и разнообразных, процессов количественного и качественного изменения горных пород и слагающих, их минералов под воздействием атмосферы, гидросферы и биосферы.

Горизонты горных пород, где протекают процессы выветривания, называются корой выветривания. В ней различают две зоны: зону поверхностного, или современного, выветривания и зону глубин­ного, или древнего, выветривания. Мощность коры современного вы­ветривания, в которой может протекать почвообразовательный процесс, колеблется от нескольких сантиметров до 2—10 м.

В процессе выветривания различают по преобладающему дейст­вию тех или других факторов три формы (типа) — физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание — механическое раздробление горных по­род и минералов без изменения их химического состава.

Выветривание начинается с поверхности, здесь возникают большие градиенты суточных и сезонных температур. Постепенно выветривание захватывает более глубокие слои породы и затухает в поясе постоян­ных температур. Наиболее интенсивно оно протекает при больших амп­литудах колебания температур; например, в жарких пустынях поверх­ность пород иногда нагревается до 60-70 °С, а ночью охлаждается почти до 0°С.

Физическое выветривание ускоряется при наличии воды, которая, проникая в трещины горных пород, создает капиллярное давление большой силы. Еще сильнее разрушающая сила воды при замерзании. При этом она расширяется на 1/10 своего объема и оказывает огром­ное давление на стенки трещин горных пород.

В областях аридного климата аналогичную роль играют соли, про­никающие в трещины и кристаллизующиеся в них. Так, ангидрит (Са5О₄), присоединяя воду, превращается в гипс (Са5О₄-2Н₂О), уве­личиваясь в объеме на 33%.

В результате физического выветривания горная порода уже способ­на пропускать воздух и воду и задерживать некоторое количество ее. Физическое выветривание, раздробляя и разрыхляя массивные породы, значительно увеличивает общую поверхность, что создает благоприят­ные условия для проявления химического выветривания.

Химическое выветривание — процесс химического изменения и раз­рушения горных пород и минералов с образованием новых минералов и соединений.

Важнейшими факторами этого процесса являются вода, углекислый газ и кислород. Вода — энергичный растворитель горных пород и ми­нералов.

Разложение минералов водой усиливается с повышением темпера­туры и насыщением ее углекислым газом; последний придает воде кислую реакцию, что увеличивает разрушающее действие на минералы. На ход химического разложения минералов влияет и температура. По­вышение ее на каждые 10 °С ускоряет течение химических реакций в 2-2,5 раза. Этим следует объяснить интенсивное химическое выветри­вание в экваториальных областях и замедленное в полярных. Раство­рение горных пород водой, особенно содержащей СО2 и другие вещест­ва, широко распространено в природе. Так, при 25 °С в 1 л воды рас­творяется 0,0145 г кальцита, а при содержании в воде СО2 раствори­мость его резко повышается из-за перехода СаСО3 в бикарбонат:

СаСО3 + СО2 + Н2О↔ Са(НСО3)2.

Повышается растворимость минералов в воде, содержащей соли, особенно хлористые.

Основная химическая реакция воды с минералами магматических пород — гидролиз приводит к замене катионов щелочных и щелоч­ноземельных элементов кристаллической решетки на ионы водорода диссоциированных молекул воды. Схематически эту реакцию для ор­токлаза можно выразить так:

КАlSi308 + Н20 → НА1Si3О8 + КОН.

Образующееся основание (КОН) обусловливает щелочную реакцию раствора, при которой происходит дальнейшее разрушение кристалли­ческой решетки ортоклаза. КОН при наличии СО2 переходит в форму карбоната:

2КОН + СО2 = К2СО3 + Н2О.

С деятельностью воды связана также гидратация — химический процесс присоединения частиц воды к частицам минералов, например:

Fe2O3+3H2O=2Fe2O3*3H2O

Гидратация наблюдается и в более сложных по составу минера­лах — силикатах и алюмосиликатах. Она приводит к разрыхлению по­верхности минералов, что обеспечивает в дальнейшем их взаимодейст­вие с окружающим водным раствором, газами и другими факторами выветривания.

Окисление — реакция, широко распространенная в зоне вывет­ривания. Окислению подвергаются многочисленные минералы, содер­жащие закисное железо или другие способные к окислению элементы. Характерным примером окислительных реакций при выветривании мо­жет служить взаимодействие сульфидов с молекулярным кислородом в водной среде. Так, при окислении пирита наряду с сульфатами и гидратами окисей железа образуется серная кислота, участвующая в создании новых минералов.

В процессе окисления изменяется первоначальная окраска горных пород, появляются желтые, бурые, красные тона. Сильно окисленные породы обычно приобретают землистое пористое строение (например, ферраллитная кора выветривания).

В результате химического выветривания изменяется физическое состояние минералов и разрушается их кристаллическая решетка. Порода обогащается новыми (вторичными) минералами и приобретает связность, влагоемкость, поглотительную способность и другие свой­ства.

Биологическое выветривание — механическое разрушение и хими­ческое изменение горных пород и минералов под действием организ­мов и продуктов их жизнедеятельности. В разрушении горных пород в поверхностных слоях земли активно участвуют живые организмы; нет чисто абиотических (безжизненных) механических и химических процессов выветривания. При биологическом выветривании организмы извлекают из породы необходимые для построения своего тела мине­ральные вещества и аккумулируют их в поверхностных горизонтах по­роды, создавая условия для формирования почв. С поселением орга­низмов на горной породе ее выветривание значительно усиливается. Корни растений и микроорганизмы выделяют во внешнюю среду угле­кислый газ и различные кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную и др.), которые оказывают разрушающее действие на минералы. Нит-рификаторы образуют азотную кислоту, серобактерии и тионовые бак­терии — серную. Эти кислоты растворяют многие минеральные соеди­нения и усиливают процесс выветривания.

Доказано, что диатомовые водоросли, строя свой панцирь из крем­незема, способны разлагать алюмосиликаты. Слизистые выделения силикатных бактерий, близких к роду Meghatherium, могут разрушать полевые шпаты. Грибы рода Penicillium выделяют вещество, которое разрушает первичные минералы.

Значительное участие в биологическом выветривании массивных по­род принимают лишайники, выделяя углекислоту и специфические кис­лоты. Лишайники разрушают породы как химически, так и отчасти механически проникновением гиф по плоскостям спайности внутрь зе­рен первичных минералов.

Животные, как и растения, механически разрыхляют горные поро­ды и своими выделениями способствуют их изменению.

Характер разрушения при выветривании зависит от условий среды, в которой оно протекает, от минералогического состава пород, в част­ности от содержания SiO2. Последнее может отразиться на составе про­дуктов выветривания. Так, при выветривании кислых пород образу­ются преимущественно пески и супеси, средних пород — суглинки и основных — тяжелые суглинки и глины.

Разные породы и минералы обладают неодинаковой устойчивостью к процессам выветривания. Наиболее устойчивы метаморфические по­роды (например, кварциты), менее устойчивы осадочные. Больше всего подвержены выветриванию вулканические пеплы, отличающие­ся высокой пористостью и содержанием минералов, легко поддающих­ся выветриванию (слюды и др.). Из минералов наиболее устойчив к выветриванию кварц. Поэтому он накапливается в коре выветривания. Менее устойчивы к выветриванию минералы, в состав которых входят закисные формы железа. Промежуточное положение занимают поле­вые шпаты.

При выветривании наряду с разрушением первичных минералов об­разуются и вторичные минералы.

Большое значение в развитии процессов выветривания имеют кон­центрация и солевой состав растворов, реакция среды (величина рН), окислительно-восстановительные условия и т.д. Процессы выветрива­ния в значительной степени обусловлены климатом. Интенсивность вы­ветривания определяется главным образом температурой и количеством осадков. В условиях засушливого климата растворимые продукты вы­ветривания накапливаются, в условиях влажного климата выщелачиваются. Поэтому на земном шаре образуются различные типы коры выветривания, различающиеся по минералогическому составу.

Различают два основных типа коры выветривания:

сиаллитную, распространенную в регионах с умеренно-влажным климатом, для нее характерны образование глинистых минералов, пре­имущественно монтмориллонитовой группы, и гидрослюд, сохранение наиболее устойчивых первичных минералов;

аллитную, формирующуюся в условиях влажного субтропического и тропического климата, для которой характерно господство вторич­ных минералов группы гидроокисей железа и алюминия, почти полное разрушение первичных минералов (кроме кварца), вынос оснований и кремнезема; в составе глинистых минералов преобладают каолинит или галуазит.