ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ.
Разрушение горных пород происходит также под влиянием химического воздействия воздуха, воды и организмов. Наиболее активными агентами здесь являются кислород, углекислый газ, вода, а при органическом выветривании и органические кислоты.
Особенно велика в этом отношении роль воды, несущей в себе растворы солей и газов. Вода, содержащая кислород, углекислоту и другие вещества, способна растворять или химически изменять почти все минералы и горные породы. Химическое выветривание может быть выражено несколькими типами, главнейшими из которых являются: растворение, окисление, карбонатизация и восстановление. В результате химического выветривания происходит образование новых минералов, стойких в физико-химических и биохимических условиях земной поверхности.
Растворение происходит под действием воды, стекающей по поверхности выхода горной породы или просачивающейся через ее трещины и поры. При этом она избирательно выносит (выщелачивает) из породы только некоторые вещества.
Из химических соединений наилучшей растворимостью обладают хлориды, т. е. соли хлористоводородной, или соляной, кислоты. Они могут существовать в земной коре в виде твердых минералов только при условии изоляции от воды, например, если они защищены водонепроницаемыми глинистыми слоями. На 100 частей воды растворяется по весу: МаС1 —36, КС1 —32, МgСl2— 56, СаС12—67 частей.
Значительно слабее растворяются сульфаты (соли серной кислоты). Так, на 10000 частей воды растворяется: СаSО4— 20, СаSО4 * 2Н2О—25частей , ВаSО4—0,5 части. Карбонаты еще менее растворимы. В присутствии СО2 на тот же объем воды растворяется: СаСО3— 10 частей, МgС03 — 13 частей, СаС03*МgСО3 — 3/4 части.
Взаимное нахождение солей в воде влияет на растворимость; например, присутствие в растворе хлористого натрия повышает растворимость углекислой извести в 3 раза; сернокислый магний понижает растворимость гипса до нуля.
В зависимости от величин частиц, на которые распалось вещество горной породы, различают два типа растворов: истинные (или кристаллоидные) и коллоидные растворы.
В первом типе раствора, кристаллоидном, вещество распадается до молекул или ионов. величина взвешенных в растворе частиц измеряется от 0,1 до 1 миллимикрона. В таком растворе молекулы или ионы растворенного вещества обладают той же подвижностью, что и молекулы растворителя — жидкой воды, что обеспечивает равномерное распределение вещества во всей массе растворителя (диффузия). Особенностью данного типа растворов является то, что при определенном насыщении растворенное вещество выпадает из них в осадок в твердом кристаллическом состоянии, т. е. превращается в кристаллический минерал
Указанные выше данные о растворимости относятся именно к истинным, или кристаллоидным, растворам.
Во втором типе раствора — коллоидном, вещество распадается лишь до частиц, превышающих размеры молекул. Эти частицы представляют собой сочетания многих молекул или мелкие обломочки кристаллических решеток минералов размерами от 0,001 до 0,2 микрона. По внешнему виду коллоиды очень разнообразны. Они бывают жидкие, как вода, вязкие, как глицерин, или студнеобразные. Коллоидные растворы бывают прозрачными, иногда ярко окрашенными.
Коллоиды обладают свойством свертывания, или коагуляции, под влиянием электролитов — водных кристаллоидных растворов веществ, распадающихся при растворении на положительно и отрицательно заряженные ионы и способных поэтому проводить электрический ток.
Свойствами электролитов обладают растворы поваренной соли, соляной, серной, азотной кислот, едкого натра, едкого калия, медного и железного купороса, соды, поташа и другого вещества. Под влиянием электролитов частицы коллоидов слипаются, в хлопья и комочки, которые начинают осаждаться на дно водоема и образуют гель — вещество, обладающее свойствами твердого тела.
Образование коллоидных растворов зависит от весьма сложного сочетания физико-химических факторов и подчиняется иным закономерностям, чем обычное растворение. В коллоидный раствор могут переходить вещества, которые по обычным представлениям являются совершенно нерастворимыми в воде, хотя концентрация возникающих при этом коллоидных растворов часто очень мала.
Огромные массы воды, стекающие по поверхности и просачивающиеся через поры выветривающихся горных пород в течение многих тысячелетий, именно в форме коллоидных растворов выносят очень большое количество образующихся продуктов химического выветривания, способствуя тем самым разложению минералов. Учитывая это, можно сказать, что абсолютно нерастворимых веществ в природе вообще нет и что процессы растворения в той или иной их форме участвуют в выветривании любых минералов и горных пород. Только в одних случаях они играют главенствующую, в других второстепенную или третьестепенную роль.
С явлениями растворения связано, в частности, выветривание таких сложных химических соединений, как силикаты, которые в подавляющем большинстве принято считать нерастворимыми минералами. Эти соединения преобладают в составе земной коры, поэтому процессы их выветривания имеют особенно важное значение.
При выветривании силикатов происходит гидролиз, т. е, распадение их кристаллической решетки под действием воды на отдельные комплексы ионов и радикалы. Он сопровождается выносом из кристаллической решетки хорошо растворимых соединений сильных оснований (щелочей и щелочных земель). В полевых шпатах водород замещает при этом калий или натрий, и происходит общая перегруппировка каркасной решетки в слоистую с присоединением воды и образованием в итоге минералов глинистой группы и некоторых слюд.
Выветривание силикатов можно проиллюстрировать на примере полевых шпатов. Возьмем калиевый полевой шпат, или ортоклаз, — существенную составную часть гранита. Во влажном климате в присутствии углекислоты и достаточного количества воды он разлагается:
К2О • А12О3 • SiO2 + С02 + ЗН2О = К2СО3 + А12О3 • 2 SiO2 • 2Н2О + 4 SiO2 • nН2О
ортоклаз поташ каолинит
Хорошо растворимый в воде поташ уносится в виде водного раствора. Выносится в виде коллоидного раствора и водный кремнезем (SiO2 *пН2О), который в дальнейшем переотлагается на новом месте в виде опала, цементирующего рыхлые породы или выполняющего полости в горных породах. На месте разрушения полевошпатовой горной породы, например гранита, остается нерастворимый в воде осадок — глина или каолин (А12О3 * 2 SiO2 • 2Н2О). Сходным способом разрушаются и другие алюмосиликаты и силикаты — плагиоклазы, слюды, амфиболы, пироксены.
В глинистом веществе каолина, образующегося при выветривании гранитов, сохраняются в неизмененном виде лишь зерна кварца — минерала, весьма устойчивого к химическому выветриванию. Образующаяся глина одевает разрушающуюся породу как бы корой и предохраняет ее от дальнейшего более глубокого выветривания.
Этот глинистый покров называется корой выветривания. В районе Запорожья, на Украине, каолиновая кора выветривания докембрийских гранитов и сланцев достигает 60 м мощности. Химическое выветривание проникает иногда до значительных глубин — в десятки метров, а в трещиноватых породах до 300 м.
При дальнейшем переотложении текучими водами первичный каолин коры выветривания освобождается от зерен кварца, оседающих вблизи области выветривания, и может дать начало залежам вторичного каолина — совершенно чистого глинистого вещества, являющегося лучшим сырьем для керамической и фарфоровой промышленности. В тропических странах разложение силикатов происходит активнее в 2—4 раза, чем в высоких широтах с их умеренным климатом, чему способствует высокая температура, увеличивающая гидролитическое действие воды. Назад Далее...
|
