4.1.1 Выветривание

Начнем мы с выветривания – универсального процесса, который идет всегда и везде. На поверхности суши все горные породы медленно изменяются и разрушаются, под влиянием колебаний t, химического воздействия воды, кислорода, СО₂ атмосферы, органических веществ, выделяемых растениями и животными. Все многообразие изменений называется выветриванием. Различают три типа выветривания – физическое и химическое и биологическое.

Физическое – состоит в распаде минералов и пород на обломки без изменения их химического состава.

Выделяют: Механическое выветривание – замерзание воды в трещинах (морозное выветривание), механическая сила ветра и удары песчинок.

Температурное выветривание – суточные и сезонные перепады температуры.

Все минералы имеют разные теплопроводные свойства. Начинают проявляться сжимающие и растягивающие силы. Образование микротрещин. Растрескивание и образование обломков. Потом они измельчаются. Наиболее сильно проявляется в горах, в пустынях.

Химическое – проникает глубоко. Порода изменяется до неузнаваемости. Большая часть минералов разлагается и превращается в другие, большей частью в глинистые.

Главные факторы – свободный кислород, СО₂, органические вещества и особенно вода. Основные химические реакции, протекающие при химическом выветривании – окисление, карбонатизация, гидролиз, гидратация.

Окисление – (присоединение кислорода). Пирит FeS₂+О₂+Н₂О= сульфат железа + серная киcлота.

Карбонатизация – отнятие углекислотой оснований от минералов с образованием солей угольной кислоты (т.е. карбонатов).

Гидролиз – гидроксил–ион воды (ОН^-) отнимает от минералов металлы, на место которых становится ион водорода. Пример, разложение полевых шпатов:

К₂Аl₂Si₁₆O₁₆+(2+4)H₂O+CO₂ =H₄Al₂Si₂O₉+K₂Co₃+4SiO₂4H₂O

Гидратация – присоединение к минералам молекул воды.

Ангидрит CaSO₄+2H₂O = CaSO₄·2H₂O (гипс), увеличение V на 30 % !

Биологическое выветривание сочетает в себе черты механического и химического выветривания. К механическому выветриванию можно отнести, например, разрушение горных пород корнями растений или моллюсками-сверлильщиками. Различные роющие животные и насекомые улучшают вентилируемость почвы, что способствует процессам выветривания на более глубоких горизонтах.

К химическому выветриванию следует отнести процессы жизнедеятельности лишайников, мхов и других растений способных извлекать различные элементы со значительных глубин, до 40–50 м., и концентрировать их в своей биомассе.

Часть разреза горных пород, в которой породы сильно изменены, называется корой выветривания. А эти новообразованные породы, оставшиеся на месте, называются элювиальными отложениями.

Неизмененные или слабоизмененные породы – «материнские».

В наше время – в северных и средних широтах, где происходит физическое выветривание – образуется грубообломочный элювий (щебень, дресва, пески). В тропических широтах преобладает химическое и биологическое выветривание, образуются глины, дисперсные породы. В геологической истории существовали периоды с таким жарким и влажным климатом. Урал – типичный, уникальный регион, где развита древняя кора выветривания. В мезозое и палеогене были периоды, когда господствовал влажный тропический и субтропический климат. Это были периоды мощного корообразования. В результате на месте горных пород образовался элювий (глинистые породы), мощности которых составили первые десятки метров eMz.

В зависимости от преобладающих минералов, образовавшихся в результате выветривания, различают профили – гидрослюдистый, каолинитовый, монтмориллонитовый.

Разные породы имеют разную устойчивость к выветриванию. Наиболее устойчивы к выветриванию плутонические (интрузивные) породы, в первую очередь кислые – граниты, затем диориты (средние), пироксениты, габбро, наиболее слабые ультраосновные. Наиболее хорошо выветриваются – эффузивные и метаморфические горные породы (особенно сланцы).

Останец – отдельно возвышающаяся скала, оставшаяся при выветривании благодаря локальному развитию более крепких разностей пород – «Каменные палатки» на Шарташе, (рис 21), «Чертово городище» (ри. 22).

Рис. 21 Каменные палатки (фото с сайта http://virlib.eunnet.net/Ekaterinburg)

Рис. 22 Чертово городище (фото с сайта http://mad-ptah.com)

Самые мощные коры выветривания наблюдаются по тектоническим нарушениям и, особенно на контакте карбонатных пород с другими.

На Урале коры выветривания развиты на Восточном склоне, с ними связаны полезные ископаемые – золото, редкие металлы; строительные полезные ископаемые – глины кирпичные, каолиниты и пр.

Коры выветривания – надежные основания для строительства за счет остаточных связей в минералах. Быстро теряют свои свойства при промерзании-оттаивании и при обводнении.

Глины в зоне выветривания:

– раскрытие существующих и образование новых трещин,

– разрыхление, следовательно, увеличение пористости,

– появление новых минералов.

Таким образом, ухудшение физико-механических свойств грунтов в зоне выветривания, что, в свою очередь, приводит к уменьшению сопротивления сдвигу и увеличению сжимаемости. Поэтому важно – не допускать простоя котлованов.

Отрицательное свойство – набухание при замачивании монтмориллонитовых глин.

Меры борьбы:

– покрытие горных пород непроницаемыми для агентов выветривания материалами,

– пропитывание пород различными веществами (жидкое стекло, гудрон, цемент) для устойчивости,

– нейтрализация (соль) – дорогой метод,

– планировка территории – отвод воды.