procese hipergene. Intemperii

ÎN zona de hipergeneză, corespunzând părții bio-osoase apropiate de suprafață a litosferei, rocile aduse la suprafață sau în fundul bazinului marin tind să intre în echilibru cu mediul. Principalele surse de energie aici sunt căldura solară și, într-o măsură mult mai mică, căldura internă a Pământului. Materia organică și apa joacă cel mai important rol în procesele supergene.

Limita superioară este suprafața pământului. Limita inferioară corespunde nivelului de atenuare a efectului vieții fotosintetice asupra rocilor, care este însoțită de o scădere bruscă a conținutului de oxigen și, în consecință, de o modificare a condițiilor chimice ale mediului (Eh, pH, inhibarea oxidării). , hidroliza, formarea de coloizi). Grosimea obișnuită a unei zone de hipergeneză nu depășește zeci de metri, dar uneori procesele hipergene se manifestă la adâncimi de sute și chiar câteva mii de metri. Manifestarea lor în zonele adânci se limitează la zonele de fractură, cavitățile carstice, suprafețele de contact cu rocile, lucrările miniere subterane care mențin contactul cu suprafața pământului și servesc drept căi de penetrare pentru agenții supergene.

În zona de hipergeneză, există întotdeauna două complexe fundamental diferite de formațiuni minerale: 1) roci părinte (substrat) și 2) produse ale hipergenezei.

În funcție de condiții, procesele de hipergeneză pot fi împărțite în trei grupe:

superficial ( sau terestre) hipergenezei - un complex de fenomene si procese care au loc direct pe suprafata uscatului sau asociate cu ape de infiltratie care patrund in masele de roca;

adânc ( sau subteran) hipergeneza - un complex de fenomene și procese care au loc sub suprafața pământului și asociate cu impactul apelor subterane care se deplasează de-a lungul acviferelor sau care urcă prin zone permeabile (de rețineți că aceste ape sunt și de origine superficială);

hipergeneza subacvatica ( sau halmyroliza) - un complex de fenomene și procese care au loc la fundul mărilor și oceanelor în timpul interacțiunii apelor mării cu rocile.

Formarea produselor de hipergeneză de suprafață este asociată cu procesele intemperii.

Intemperii- acesta este procesul de schimbare și distrugere a mineralelor și rocilor de pe suprafața pământului sub influența factorilor fizici, chimici și organici.

În funcție de factorii care determină procesele de transformare a rocii, intemperiile pot fi împărțite în fizice (sau mecanice) și chimice. Procesele biogene, care se manifestă foarte larg în procesele de intemperii, se manifestă atât prin efecte mecanice, cât și chimice asupra substratului mineral. Distrugerea mecanică a rocilor în timpul intemperiilor biogenice se realizează, de exemplu, prin rădăcinile plantelor care lărgesc fisurile sau prin organisme de vizuină (viermi, furnici, termeni, veverițe de pământ, alunițe etc.). Procesele biochimice afectează activ substanța minerală atât în ​​procesul vieții (de exemplu, lichenii extrag minerale din minerale, ceea ce duce la distrugerea acestora din urmă), cât și prin furnizarea de compuși chimic activi în timpul descompunerii (acizi organici care rezultă din descompunerea substanțelor căzute). frunze etc.).

Interacțiunea dintre minerale și materie organică duce la formare sol.

intemperii fizice

Intemperiile fizice sunt împărțite în temperatură și îngheț.

intemperii termice- distrugerea rocilor si mineralelor de la suprafata Pamantului sub influenta fluctuatiilor de temperatura. Se știe că atunci când sunt încălzite și răcite, solidele își schimbă volumul. Rocile și mineralele nu fac excepție. Ca urmare a fluctuațiilor de temperatură diurne, în masa de rocă apar tensiuni de două tipuri.

Tensiunile de primul tip (numite volum-gradient) sunt asociate cu încălzirea neuniformă a suprafeței și a părților mai adânci ale masivului; diferența de temperatură (și, în consecință, expansiune diferită) în aceste părți ale masivului duce la formarea de fisuri îndreptate paralel cu suprafața sa. Ca urmare, are loc decojirea și descuamarea rocilor, numite descuamare.

Descuamare într-o rocă carbonatată stratificată (Podisul Lago-Naki, Caucazul Mare)

Descuamarea rocilor vulcanice ( masiv vulcanic Karad-Dag, Crimeea)

Al doilea tip de tensiuni în volumul rocii și al mineralului este asociat cu diferența de coeficienți de dilatare-comprimare termică a mineralelor. Tensiunile de acest tip duc la despicarea la nivelul granulelor minerale și mai departe, de-a lungul fisurilor de clivaj, la formarea de particule de până la sutimi de mm în dimensiune. Mineralele și rocile de culoare închisă, precum și rocile poliminerale cu granulație grosieră, cu diferențe mari în coeficienții de expansiune a mineralelor lor constitutive, sunt distruse mai repede.

Deci, în procesul de intemperii termice, masa de rocă este distrusă cu formarea de roci clastice de diferite dimensiuni - de la piatră zdrobită la material mâlos. Fluctuațiile zilnice de temperatură se manifestă la o adâncime de 1 m, ceea ce determină grosimea maximă a depozitelor detritice care apar în acest fel.

Intemperii este cel mai activă în deșerturi și, într-o măsură mai mică, în zonele nivale și în regiunile montane înalte neacoperite cu zăpadă. Acest lucru este facilitat de o combinație a doi factori: 1) fluctuații zilnice bruște ale temperaturii, ajungând la 50 ° C și 2) expunerea rocilor din cauza lipsei de acoperire a vegetației și a stratului de sol.

intemperii geroase- distrugerea rocilor ca urmare a inghetarii periodice a apei care intra in fisuri.

Intrând în crăpături, în timpul rece al zilei, apa îngheață - se transformă în gheață, al cărei volum, după cum știți, este mult mai mare decât volumul inițial de apă. Cristalizarea gheții exercită o presiune foarte semnificativă asupra pereților fisurilor, ajungând la 1000 kg/cm 3 sau mai mult, ceea ce este mult mai mare decât rezistența majorității rocilor. Presiunea gheții duce la extinderea crăpăturilor și la despicarea rocilor în fragmente mari, cu dimensiuni de la zeci de centimetri la metri în diametru. Absența unui material mai fin se datorează faptului că apa liberă nu este capabilă să pătrundă în microfisuri.

Cea mai activă intemperii prin îngheț are loc în regiunile reci și temperate cu fluctuații mari de temperatură zilnică, precum și în zona dezvoltării permafrostului și în zona de activitate a ghețarilor.

Produsele de distrugere formate în timpul intemperiilor fizice și chimice pot fi mutate din locul lor de formare sub acțiunea fluxurilor de apă, a vântului, a ghețarilor în mișcare și a altor factori exogeni (procesul de mutare a produselor de distrugere a rocii se numește denudare) sau să rămână la locul de studii. Produsele meteorologice care apar la locul formării lor se numesc eluviu. Eluvium include produse de intemperii care nu sunt deplasate dincolo de zona de dezvoltare a rocilor părinte (substrat datorită căruia s-au format).

Ca urmare a intemperiilor fizice, se formează forme speciale de peisaj. Dacă intemperii are loc într-o zonă muntoasă unde există suprafețe plane, orizontale, atunci produsele de intemperii se acumulează pe ele sub formă de blocuri și material gruss mai mic. Ca urmare, se creează placeri eluviali și peisaje ale unui morman dezordonat de blocuri, care sunt numite „mări de piatră”.

Deșerturile stâncoase sau, așa cum sunt numite în Sahara, gamadele, sunt un peisaj caracteristic zonelor fizice de intemperii. Gammadele sunt grămezi de blocuri și moloz, formate ca urmare a intemperiilor plăcilor de rocă situate orizontal și a îndepărtării produselor prăfuite și nisipoase ale distrugerii lor de către vânt. Marginile straturilor sunt adesea disecate în resturi în formă de con, depresiunile între care sunt umplute cu plasătoare de blocuri de piatră și moloz.

Vorbind de intemperii fizice, trebuie subliniat că aceasta duce la dezintegrarea mecanică a rocilor și mineralelor, dar nu duce la transformarea lor chimică.

intemperii chimice

intemperii chimice este un proces de transformare chimică a mineralelor și rocilor sub influența apei, oxigenului, dioxidului de carbon, acizilor organici, precum și datorită proceselor biogeochimice.

Transformarea are loc datorită reacțiilor de oxidare și hidratare (de exemplu, transformarea piritei conform schemei FeS 2 + mH 2 O + nO 2 - FeSO 4 - Fe 2 SO 4 - Fe (OH) 3 - Fe 2 O 3 . nH20), dizolvare şi hidroliză. Un loc aparte îl ocupă reacțiile de hidroliză - schimb de ioni între substanțe și apă, ducând la distrugerea chiar și a structurilor foarte stabile ale silicaților, însoțită de hidratarea acestora și îndepărtarea elementelor din rețeaua cristalină. Un exemplu de astfel de reacție este distrugerea structurii cadru a feldspaților (cele mai comune minerale din scoarța terestră) cu formarea de minerale argiloase și, în plus, gibbsite:

K+ CO 2 + H 2 O - Al4(OH)8+ K 2 CO 3 + SiO 2 - AlDESPRE(OH)3+ SiO2.

Este necesar să remarcăm încă o funcție a apei, fără de care transformarea chimică a rocilor este imposibilă: apa asigură „livrarea” agenților de intemperii chimici și îndepărtarea produselor de reacție.

Substanțele sunt transportate de sol și de apele subterane sub formă de soluții adevărate și coloidale.

Acizii organici, care contribuie activ la descompunerea mineralelor, sunt de mare importanță în procesele de intemperii chimice. Procesele de intemperii chimice au loc sub stratul de sol, prin care apa se scurge si se imbogateste cu compusi organici.

Condițiile necesare pentru intemperii chimice profunde sunt:

• un climat în care se realizează o combinație de temperaturi ridicate și umiditate (tropical umed);
• abundența și natura vegetației (în timpul descompunerii acesteia se formează acizi organici care distrug activ mineralele);
• relief nivelat, asigurând imobilitatea produselor de distrugere;
• durata de intemperii.

Este important de subliniat rolul condițiilor de peisaj. În peisajele umede se dezvoltă vegetația forestieră, care are o biomasă uriașă și se descompune în sol de către microorganisme cu formarea de acizi organici, astfel că apele din sol ale peisajelor umede sunt acide și afectează activ mineralele rocilor originare; în astfel de condiții, intemperii se desfășoară sub influența spălării constante a rocilor cu soluții acide.

În peisajele aride caracterizate prin umiditate insuficientă, vegetația erbacee este obișnuită. Biomasa sa este de zece ori mai mică decât cea a pădurilor. În plus, microflora solului prelucrează reziduurile vegetale pentru a forma compuși organici foarte polimerizați, care nu au proprietăți agresive față de minerale. Apele din sol au o reacție neutră sau slab alcalină, prin urmare, nu are loc spălarea intensivă a stratului deteriorat de către cărucioare agresive, iar compușii relativ ușor solubili rămân treptat în el.

Procesele de descompunere chimică duc la distrugerea rețelelor cristaline ale mineralelor, chiar și a celor foarte stabile, și la eliberarea de elemente chimice din acestea. Astfel, degradarea granitelor se poate termina cu formarea unui strat de argile îmbogățite în oxizi de aluminiu hidratați peste un set de minerale care le compun.

crusta de intemperii

Corpurile geologice compuse din eluviu, adică produse ale transformării fizice, chimice, biochimice de suprafață profundă a rocilor rămase la locul formării lor, sunt unite prin concept crusta de intemperii.

Scoarta de intemperii a rocilor magmatice si metamorfice se numeste ortoeluviu. Aceste roci s-au format în condiții foarte diferite de suprafața pământului și, prin urmare, se schimbă cel mai puternic. În mod corespunzător, crustele de intemperii care se dezvoltă peste ele diferă puternic de roca-mamă.

Scoarta de intemperii a rocilor sedimentare marine se numeste paraeluvium. Schimbarea în astfel de roci, în comparație cu cele magmatice și metamorfice, este adesea mai puțin semnificativă. Prin urmare, crusta de intemperii nu diferă întotdeauna puternic de rocile părinte (de exemplu, în timpul intemperirii argilelor).

Eluviul depozitelor continentale este notat cu termenul neoeluviu. Rocile părinte, datorită cărora are loc formarea unui astfel de eluviu, sunt ele însele produse redepuse ale intemperiilor, iar în condițiile de suprafață se modifică deja ușor; din această cauză, neoeluvium este adesea indistinct. Adesea, intemperii captează doar stratul de sol și nu se formează crustă de intemperii.

Componentele tipice ale crustelor de intemperii sunt produse de dezintegrare a substratului, eluviuni argiloase și laterite.

Produse ale dezintegrarii sunt roci ale substratului supuse intemperiilor fizice (crapare, strivire), care practic nu au modificat compozitia chimica. Eluviuni blocuri și moloz pe roci de granit din zonele aride și subaride, făină de dolomită pe dolomiți etc. lutoase în Kazahstanul Central formate în detrimentul granitelor).

eluviu argilos – argile care au păstrat structura relictă a rocilor părinte. Eluviul argilos alcătuiește de obicei cea mai mare parte a crustei de intemperii și este subdivizat în funcție de compoziția sa minerală (hidromicacee, montmorillonit, caolinit). Este tipic pentru zonele cu un climat umed.

laterit (din lat. „mai târziu” - cărămidă) se numesc formațiuni eluviale feruginoase sau ferugino-aluminoase de culoare roșie, formate în principal din minerale de hidroxizi și oxizi de fier, aluminiu și titan cu un amestec de caolinit. se află în zone tropicale și subtropicale umede în condiții de îndepărtare intensivă a silicei (SiO 2 ) și a bazelor CaO, Na 2 O, K 2 O, MgO și acumularea de oxizi de aluminiu (gibbsite - AlO (OH) 3), fier ( hematit - Fe 2 O 3, goethit - FeOOH) și titan în roci reziduale. Lateritele se formează în detrimentul rocilor-mamă bogate în aluminiu (de exemplu, granite sau sienite). Adesea pe suprafața lateritelor se formează cuirasa- o roca formata din fragmente de laterita si noduli cimentati cu ciment alumino-feruginos.

Soiurile de crustă de intemperii sunt pălării de minereu, formată în timpul intemperiilor chimice a rocilor bogate în minerale, de obicei sulfuri sau alți compuși ușor de oxidat. La suprafață, capacurile de minereu sunt de obicei compuse din minereu de fier cavernos, formând ruine blocate și zdrobite, care se disting prin culoarea roșu închis și deschis, ocru și roșu-maroniu asociată cu oxizi și hidroxizi de fier (goethit, hidrogoethit, hidrohematit etc.) .

Formarea pălăriilor este asociată cu efectul apei asupra mineralelor: compușii ușor solubili sunt transportați de apele subterane, iar o masă minerală insolubilă care formează o pălărie se acumulează în reziduu. Astfel, în timpul descompunerii minereurilor sulfurate care conțin fier, o parte din fier este îndepărtată sub formă de sulfați, dar o mare parte din acesta, trecând prin stadiul de sulfat, este oxidat la hidroxizi și se acumulează în apropierea ieșirii corpurilor de minereu. până la suprafața pământului, formându-se pălărie de fier .

În funcție de compoziția produselor finite, capacele de minereu sunt împărțite în oxid și sulfat. Primele sunt caracteristice regiunilor calde și moderat umede; acestea din urmă sunt dezvoltate pe scară largă în zonele aride și de permafrost.

Pălării de oxid sunt caracterizate printr-o predominanță accentuată a hidroxizilor de fier în rândul mineralelor de minereu nou formate și în fracțiunile de argilă ale asociației haloizit-caolinit; au o putere relativ mare, de obicei multe zeci de metri. pălării de sulfat se disting prin prezența unei zone de sulfat de fier și au, de obicei, o grosime mică (metri, până la câteva zeci de metri).

Depozitele de minerale nemetalice pot fi, de asemenea, expuse la intemperii la suprafață. În special, în timpul dizolvării la suprafață a straturilor de sare, apare o pălărie de gips, sau caprock, care este o acoperire pe depozitele de sare și constă dintr-un amestec de gips cu argilă, nisip și carbonați. În timpul descompunerii gipsului, se formează o pălărie, care include gips secundar amestecat cu material nisipos-argilos.

Adâncimea de distribuție a capacelor de minereu sub suprafața pământului este de obicei limitată de nivelul apei subterane și ajunge la zeci și sute de metri.

Procesele de intemperii chimice se desfășoară în etape, ceea ce este demonstrat în mod clar de secvența de mai sus de transformare a piritei și feldspatului. Această stadializare se manifestă clar în dezvoltarea și structura și dezvoltarea crustelor de intemperii.

B.B. Polynov a remarcat stadiile dezvoltării crustei de intemperii, cel mai pronunțat în ortoeluvium.

Prima etapă este fragmentarea- caracterizat prin alterarea fizică a rocilor părinte, nu au loc transformări chimice în interiorul scoarței. Dezintegrarea rocilor, formarea de fisuri în ele, pe de o parte, determină o bună permeabilitate la apă a acestora, iar pe de altă parte, crește brusc suprafața de reacție a rocilor deteriorate. Acest lucru creează condiții pentru activarea diferitelor procese fizico-chimice, chimice și biogeochimice care însoțesc intemperii chimice.

Al doilea stadiu este siallitic sau calcificat marchem inceputul procesului de intemperii chimice, insotit de extragerea silicatilor de elemente alcalino si alcalino-pamantoase (in principal calciu si sodiu) din structurile cristalo-chimice. În același timp, din cauza precipitațiilor de calciu efectuate în roca deteriorată, se formează pelicule, raiduri și noduli de calcit („eluviu calcificat”). Silicații în această etapă încep să se hidrateze și să sufere hidroliză, în timp ce hidroliza silicaților cu o structură cristalo-chimică complexă nu este însoțită de distrugerea lor completă, ci de descompunerea în „blocuri”, din care apar apoi noi minerale - transformare în argilă. minerale (hydromica, montmorillonit, beidelit etc.). În afara crustei de intemperii, doar cele mai mobile elemente, clorul și parțial sulful, sunt efectuate de apă.

A treia etapă este siallitic acid- insotita de o transformare ulterioara, deja foarte semnificativa, a mineralelor - datorita rocilor-mama se formeaza un "eluviu sialitic", care a fost numit dupa elementele chimice predominante Si si Al. Această etapă este caracterizată de argile bogate în aluminiu - caolinit, haloizit și oxizi și hidroxizi care conțin fier - limonit etc. Produsele de intemperii sunt lipsite de baze (CaO, Na 2 O, K 2 O, MgO), realizate din crusta prin filtrarea apei prin ea.

A patra etapă - alitică- se manifestă prin introducerea intensivă nu numai a elementelor alcaline și alcalino-pământoase, ci și a silicaților din produsele de intemperii, drept urmare cei mai puțin mobili compuși rămân în crustă - oxizi apoși de aluminiu și fier, formând laterite . În prezența unei anumite compoziții a rocilor originale, produsele finale ale intemperiilor sunt îmbogățite în oxizi de aluminiu (de unde și denumirea etapei alite). Astfel, într-un climat cald și cu umiditate ridicată, transformarea feldspaților duce nu numai la nivelul argilelor caolinite, ci și mai departe, ducând la formarea bauxită (din fr. „beauxite”, după localitatea Beaux din sudul Franței) - minereu de aluminiu, format din hidroxizi de aluminiu (pana la 40-60%), oxizi de fier si siliciu.

Secvența de mai sus de transformare a rocilor originale este. Desigur, o schemă ideală generalizată care ilustrează direcția generală a procesului de intemperii.

Procesul de intemperii poate fi întrerupt în orice stadiu din cauza schimbărilor nefavorabile ale condițiilor fizice și geografice (de exemplu, din cauza aridizării climei) sau sub influența evenimentelor geologice (de exemplu, ridicarea teritoriului, care duce la eroziunea crusta de intemperii sau invers, tasarea si ingroparea crustei de intemperii sub precipitatii). Prin urmare, o crustă de intemperii foarte veche poate fi incomplet dezvoltată, în timp ce o crustă mai tânără din punct de vedere geologic, care a evoluat pe o perioadă mai lungă de timp, poate fi mai bine formată.

Compoziția produselor finite ale intemperiilor chimice este determinată atât de gradul de evoluție al scoarței, cât și de compoziția rocilor părinte. Crustele care se dezvoltă de-a lungul rocilor ultramafice se caracterizează prin îmbogățirea în fier, care este conținut în cantități mari în rocile părinte. Uneori, astfel de scoarțe sunt folosite ca minereu de fier (de exemplu, zăcăminte de pe insula Cuba, unde grosimea scoarței ajunge la 25 m). Un alt element care poate forma concentrații industriale este nichelul, care se acumulează în părțile inferioare ale scoarței de intemperii din cauza precipitațiilor din rasterele de apă filtrante (îmbogățite în orizonturile superioare ale crustei cu nichel destul de mobil).

În același timp, indiferent de diferențele de compoziție a substratului, există un anumit model în mobilitatea elementelor (și, în consecință, succesiunea îndepărtării lor de pe crustă), care a făcut posibilă distingerea seriei de migrarea elementelor în crustele de intemperii.

În structura crustelor de intemperii dezvoltate, se disting o serie de orizonturi, a căror compoziție corespunde diferitelor etape succesive de intemperii ale substratului. Împreună, aceste orizonturi formează profilul crustei de intemperii. Orizonturile inferioare, situate direct pe rocile părinte, corespund stadiului detritic; în sus, gradul de intemperii crește.

De exemplu, crusta de intemperii de pe granite are următoarea structură de profil (de jos în sus):

1 - orizont de crustă de piatră zdrobită, sau clastică, de intemperii, format din granit dezintegrat în timpul intemperiilor fizice;

2 - orizont hidromicaceu, în rocile cărora, care sunt o masă slab cimentată, este urmărită structura granitului original, dar o parte semnificativă a elementelor alcaline și alcalino-pământoase a fost îndepărtată din minerale, iar majoritatea feldspaților au fost înlocuit cu un agregat de hydromicas fin solzoase;

3 - orizont de coalinit, care este o masă argilosă ușoară cu zone separate de material moloz afanat și pete roșu-maronii de la acumularea hidroxizilor de fier, toți cationii mono și divalenți sunt complet îndepărtați din acest orizont, hidromicas sunt înlocuite de coalinită aici.

În timpul intemperiilor rocilor cu o compoziție diferită, orizonturile profilului sunt compuse din alte minerale. Fiecare tip de rocă se caracterizează prin propriile caracteristici ale compoziției și structurii crustei de intemperii.