Войти
A естественным арка, образовавшаяся в результате эрозии пород с разным выветриванием в Джебель-Харазе (Иордания ).Выветривание - это разрушение горных пород, почв и минералы, а также древесина и искусственные материалы в результате контакта с земной атмосферой, водой и биологическими организмами. Выветривание происходит in situ (т. е. на месте, без смещения), то есть в том же месте, с небольшим движением или без движения, и, следовательно, не следует путать с эрозией, которая включает перенос горных пород и минералов такими агентами, как вода, лед, снег, ветер, волны и гравитация, а затем переносятся и хранятся в других местах.
Две важные классификации наших существуют сопутствующие процессы - физическое и химическое выветривание; каждый иногда включает в себя биологический компонент. Механическое или физическое выветривание включает разрушение горных пород и почв в результате прямого контакта с атмосферными условиями, такими как тепло, вода, лед и давление. Вторая классификация, химическое выветривание, включает прямое воздействие атмосферных химикатов или химикатов, производимых биологическим путем, также известных как биологическое выветривание, при разложении горных пород, почв и минералов. В то время как физическое выветривание усиливается в очень холодной или очень сухой среде, химические реакции наиболее интенсивны там, где климат влажный и жаркий. Однако оба типа выветривания происходят вместе, и каждый имеет тенденцию ускорять другой. Например, физическое истирание (трение друг о друга) уменьшает размер частиц и, следовательно, увеличивает их площадь поверхности, делая их более восприимчивыми к химическим реакциям. Различные агенты действуют согласованно для преобразования первичных минералов (полевой шпат и слюд ) во вторичные минералы (глины и карбонаты ) и высвобождения растений питательные элементы в растворимой форме.
Материалы, оставшиеся после разрушения породы, в сочетании с органическим материалом создают почву. Минеральное содержание почвы определяется материнским материалом ; таким образом, почва, полученная из одного типа горной породы, часто может испытывать недостаток в одном или нескольких минералах, необходимых для хорошего плодородия, в то время как почва выветрилась из-за смеси типов горных пород (как в ледниковых, эоловых или аллювиальные отложения) часто делает более плодородную почву. Кроме того, многие формы рельефа и ландшафты Земли являются результатом процессов выветривания в сочетании с эрозией и повторным осаждением.
Физическое выветривание, также называемое механическое выветривание или дезагрегация - это класс процессов, вызывающих разрушение горных пород без химического изменения. Первичный процесс физического выветривания - это истирание (процесс, при котором обломки и другие частицы уменьшаются в размере). Однако химическое и физическое выветривание часто идут рука об руку. Физическое выветривание может происходить из-за температуры, давления, мороза и т. Д. Например, трещины, вызванные физическим выветриванием, увеличивают площадь поверхности, подверженную химическому воздействию, тем самым увеличивая скорость разрушения.
Истирание водой, льдом и ветром, нагруженное наносами, может иметь огромную режущую способность, что наглядно демонстрируют ущелья, овраги и долины по всему миру. В ледниковых областях огромные движущиеся ледяные массы, покрытые почвой и обломками горных пород, измельчают камни на своем пути и уносят большие объемы материала. Корни растений иногда проникают в трещины в камнях и отрывают их, что приводит к некоторому распаду; роение животных может помочь разрушить скалу. Однако такие биотические влияния обычно не имеют большого значения для производства исходного материала по сравнению с резкими физическими эффектами воды, льда, ветра и изменения температуры.
Термическое выветривание, иногда называемое инсоляционным выветриванием, возникает в результате расширения и сжатия породы, вызванного изменениями температуры. Например, нагрев горных пород солнечным светом или огнем может вызвать расширение составляющих их минералов. Поскольку некоторые минералы расширяются больше, чем другие, при изменении температуры возникают дифференциальные напряжения, которые в конечном итоге приводят к расколу породы. Поскольку внешняя поверхность камня часто теплее или холоднее, чем более защищенные внутренние части, некоторые породы могут выветриваться за счет отслоения - отслаивания внешних слоев. Этот процесс может резко ускориться, если в трещинах на поверхности образуется лед. Когда вода замерзает, она может расширяться с силой около 1465 метрических тонн / м, разрушая огромные массивы горных пород и выбивая минеральные зерна из более мелких фрагментов.
Выветривание под термическим напряжением включает два основных типа: тепловой удар и термическая усталость. Выветривание, вызванное термическим стрессом, является важным механизмом в пустынях, где существует большой дневной диапазон температур, жаркий днем и холодный ночью. Повторяющееся нагревание и охлаждение вызывает напряжение на внешних слоях горных пород, что может вызвать их отслаивание в виде тонких листов. Процесс шелушения также называют отшелушиванием. Хотя изменения температуры являются основной движущей силой, влага может усилить тепловое расширение в горной породе. Лесные пожары и лесные пожары также вызывают значительное выветривание скал и валунов, обнажающихся вдоль поверхности земли. Сильная локальная жара может быстро расширить валун.
Тепловое тепло от лесного пожара может вызвать значительное выветривание скал и валунов, тепло может быстро расширить валун и вызвать тепловой удар. Дифференциальное расширение теплового градиента может быть понято эквивалентно в терминах напряжения или деформации. В какой-то момент это напряжение может превысить прочность материала, что приведет к образованию трещины. Если ничто не мешает этой трещине распространяться через материал, это приведет к разрушению структуры объекта.
Скала в Абиско, Швеция, треснула вдоль существующих стыков, возможно, из-за морозного выветривания или термического напряжения. Морозное выветривание, также называемое расклиниванием льда или криоразрывом, это собирательное название нескольких процессов, в которых присутствует лед. К этим процессам относятся отморожение, обморожение и промерзание – оттепель. При сильном морозе образуются огромные груды обломков породы, называемые осыпью, которые могут располагаться у подножия горных районов или вдоль склонов. Морозное выветривание является обычным явлением в горных районах, где температура около точки замерзания воды. Некоторые восприимчивые к морозам почвы расширяются или вздымаются при замерзании в результате миграции воды посредством капиллярного действия, чтобы вырастать линзы льда вблизи фронта замерзания. То же явление происходит в поровых пространствах горных пород. Скопления льда становятся больше, поскольку они притягивают жидкую воду из окружающих пор. Рост кристаллов льда ослабляет породы, которые со временем разрушаются. Это вызвано примерно 10% (9,87) расширением льда при замерзании воды, что может оказывать значительное давление на все, что содержит воду, при замерзании.
Воздействие выветривания, вызванное замораживанием, происходит в основном в средах с большим количеством влаги, а температуры часто колеблются выше и ниже точки замерзания, особенно в альпийских и перигляциальных областях. Примером горных пород, подверженных воздействию мороза, является мел, который имеет много поровых пространств для роста кристаллов льда. Этот процесс можно увидеть в Dartmoor, где он приводит к образованию торсов. Когда вода, попавшая в суставы, замерзает, образующийся лед деформирует стенки суставов и заставляет суставы углубляться и расширяться. Когда лед тает, вода может течь дальше в скалу. Повторяющиеся циклы замораживания-оттаивания ослабляют породы, которые со временем распадаются вдоль стыков на угловатые части. Угловатые обломки горных пород собираются у подножия склона и образуют осыпной склон (или осыпной откос). Расщепление горных пород по швам на блоки называется блочным распадом. Отрывные блоки горных пород имеют различную форму в зависимости от структуры горных пород.
Волновое воздействие и химический состав воды приводят к структурному разрушению обнаженных горных пород. Прибрежная география формируется в результате выветривания под воздействием волн в течение геологического времени или может происходить более резко через процесс солевого выветривания.
Сброс давления мог вызвать расслоение гранитных листов, показанных на рисунке. В сбросе давления, также известном как разгрузка, на материалы (не обязательно горные породы) удаляются (эрозией или другими процессами), что вызывает расширение и разрушение подстилающих пород параллельно поверхности.
Интрузивные магматические породы (например, гранит ) образуются глубоко под поверхностью Земли. Они находятся под огромным давлением из-за вышележащего горного материала. Когда эрозия удаляет вышележащий скальный материал, эти интрузивные породы обнажаются, и давление на них снимается. Затем внешние части скал имеют тенденцию расширяться. Расширение создает напряжения, которые вызывают образование трещин, параллельных поверхности породы. Со временем пласты породы отламываются от обнаженных пород вдоль трещин - процесс, известный как расслоение. Отслоение из-за сброса давления также известно как «пленка».
Отступление вышележащего ледника также может привести к отслоению из-за сброса давления.
Тафони в Государственный парк Солт-Пойнт, округ Сонома, Калифорния.Кристаллизация соли, выветривание в результате которой известно как галокластика, вызывает разрушение горных пород, когда солевые растворы просачиваются в трещины и соединения в горных породах и испаряются, оставляя после себя кристаллы соли . Эти кристаллы соли расширяются при нагревании, оказывая давление на ограничивающую породу.
Кристаллизация соли также может происходить, когда растворы разлагают породы (например, известняк и мел ) с образованием солевых растворов натрия сульфат или карбонат натрия, из которых влага испаряется с образованием соответствующих кристаллов соли.
Солями, которые оказались наиболее эффективными при разложении горных пород, являются сульфат натрия, сульфат магния и хлорид кальция. Некоторые из этих солей могут расширяться до трех и более раз.
Кристаллизация соли обычно связана с засушливым климатом, где сильное нагревание вызывает сильное испарение и, следовательно, кристаллизацию соли. Это также обычное явление на побережье. Пример солевого выветривания можно увидеть в ячеистых камнях в морской стене. Соты - это разновидность тафони, класса кавернозных структур выветривания горных пород, которые, вероятно, образуются в значительной степени в результате химических и физических процессов выветривания соляного камня.
Живые организмы могут способствовать механическому выветриванию, а также химическому выветриванию (см. § Биологическое выветривание ниже). Лишайники и мхи растут практически на голых поверхностях горных пород и создают более влажную химическую микросреду. Прикрепление этих организмов к поверхности породы способствует как физическому, так и химическому разрушению поверхностного микрослоя породы. В более крупном масштабе проростки, прорастающие в щели, и корни растений оказывают физическое давление, а также обеспечивают путь для проникновения воды и химических веществ.
Сравнение неответренного (слева) и выветрившегося (справа) известняка. Химическое выветривание изменяет состав горных пород, часто трансформируя их, когда вода взаимодействует с минералами, вызывая различные химические реакции. Химическое выветривание - это постепенный и продолжающийся процесс, поскольку минералогия породы адаптируется к приповерхностной среде. Новые или вторичные минералы развиваются из исходных минералов породы. При этом наиболее важны процессы окисления и гидролиза. Химическое выветривание усиливается такими геологическими факторами, как присутствие воды и кислорода, а также такими биологическими агентами, как кислоты, образующиеся в результате метаболизма микробов и корней растений.
Процесс поднятия горных блоков важен для воздействия атмосферы и влаги на новые пласты горных пород, что способствует возникновению значительного химического выветривания; происходит значительное высвобождение Са и других ионов в поверхностные воды.
A пиритовый куб растворился вдали от вмещающей породы, оставив золото. 
Известняк образцы керна на разных стадиях химического выветривания (из-за и подземных вод ), от очень высоких на небольшой глубине (внизу) до очень низких на больших глубинах (вверху). Слегка выветрившийся известняк имеет коричневатые пятна, а сильно выветрившийся известняк превратился в глину. Подземный известняк из карбонатных месторождений Западного Конголии в Кимпезе, Демократическая Республика Конго.Осадки кислые, потому что атмосферный углекислый газ растворяется в дождевой воде получение слабой угольной кислоты. В незагрязненной среде количество осадков pH составляет около 5,6. Кислотный дождь возникает, когда в атмосфере присутствуют такие газы, как диоксид серы и оксиды азота. Эти оксиды реагируют в дождевой воде с образованием более сильных кислот и могут снизить pH до 4,5 или даже 3,0. Двуокись серы, SO 2, образуется в результате извержения вулканов или из ископаемого топлива, может превращаться в серную кислоту в дождевой воде, что может вызвать выветривание раствора в скалах, на которых это падает.
Некоторые минералы из-за их естественной растворимости (например, эвапориты ), потенциала окисления (богатые железом минералы, такие как пирит ) или нестабильности по отношению к поверхностным условиям (см. серия растворения Голдича ) выдерживают растворение естественным путем, даже без кислой воды.
Одним из хорошо известных процессов выветривания раствора является растворение карбоната, процесс, при котором атмосферный углекислый газ приводит к выветриванию раствора. Растворение карбоната влияет на породы, содержащие карбонат кальция, такие как известняк и мел. Это происходит, когда дождь соединяется с углекислым газом с образованием угольной кислоты, слабой кислоты, которая растворяет карбонат кальция (известняк) и образует растворимый кальций. бикарбонат. Несмотря на более медленную кинетику реакции, этот процесс термодинамически предпочтителен при низкой температуре, поскольку более холодная вода удерживает больше растворенного газообразного диоксида углерода (ретроградная растворимость газов). Растворение карбонатов, следовательно, является важным признаком ледникового выветривания.
Реакция растворения карбоната включает следующие стадии:
Растворение карбоната на поверхности хорошо расчлененного известняка приводит к образованию рассеченного известнякового покрытия. Этот процесс наиболее эффективен вдоль стыков, их расширение и углубление.
Оливин выветривание до iddingsite в мантии ксенолит.Минеральная гидратация форма химического выветривания, которая включает жесткое присоединение ионов H + и OH- к атомам и молекулам минерала.
Когда минералы горных пород поглощают воду, увеличенный объем создает физические напряжения внутри породы. Например,, оксиды железа преобразуются в гидроксиды железа, а гидратация ангидрита образует гипс.
Свежеразрушенная порода демонстрирует различное химическое выветривание (возможно, в основном окисление), прогрессирующее внутрь. Этот кусок песчаника был обнаружен в ледниковом дрейфе около Анжелики, Нью-Йорк.Гидролиз - это процесс химического выветривания, который может повлиять на силикатные и карбонатные минералы. Пример такой реакции, в которой вода взаимодействует с силикатным минералом, следующий:
Эта реакция может привести к полному растворению исходного минерала, если в системе имеется достаточно воды и если реакция термодинамически благоприятна. При температуре окружающей среды вода слабо диссоциирует на Н и ОН, но диоксид углерода легко растворяется в воде с образованием угольной кислоты, которая является важным агентом выветривания.
Эта реакция гидролиза встречается гораздо чаще. Угольная кислота расходуется при силикатном выветривании, в результате чего образуется больше щелочных растворов из-за бикарбоната. Это важная реакция при регулировании количества CO 2 в атмосфере и может повлиять на климат.
Алюмосиликаты, когда они подвергаются реакции гидролиза, образуют вторичный минерал, а не просто высвобождают катионы.
Окисленные кубики пирита. В условиях выветривания происходит химическое окисление различных металлов. Чаще всего наблюдается окисление Fe (железо ) и его комбинации с кислородом и водой с образованием гидроксидов и оксидов Fe, таких как гетит, лимонит. и гематит. Это придает пораженным камням красновато-коричневую окраску на поверхности, которая легко крошится и ослабляет камень. Этот процесс более известен как «ржавчина », хотя он отличается от ржавления металлического железа. Многие другие металлические руды и минералы окисляются и гидратируются с образованием окрашенных отложений, таких как халькопириты или CuFeS 2, окисляющиеся до гидроксида меди и оксидов железа <394.>Биологическое выветривание Ряд растений и животных могут вызвать химическое выветривание за счет выделения кислотных соединений, то есть воздействие мха, растущего на крышах, классифицируется как выветривание. Минеральное выветривание также может быть инициировано или ускорено почвенными микроорганизмами. Считается, что лишайники на скалах увеличивают скорость химического выветривания. Например, экспериментальное исследование гранита из роговой обманки в Нью-Джерси, США, продемонстрировало увеличение скорости выветривания под покрытыми лишайником поверхностями в 3–4 раза по сравнению с недавно обнаженными поверхностями скальных пород.
Биологическое выветривание базальта лишайник, Ла-Пальма.
Самыми распространенными формами биологического выветривания являются высвобождение хелатирующих соединений (т.е. органических кислот, сидерофоров ) и подкисляющие молекулы (т.е. протоны, органические кислоты) растениями с целью расщепления соединений, содержащих алюминий и железо, в почвах под ними. Разлагающиеся остатки мертвых растений в почве могут образовывать органические кислоты, которые при растворении в воде вызывают химическое выветривание. Накопление хелатных соединений, в основном низкомолекулярных органических кислот, может легко повлиять на окружающие породы и почвы и может привести к подсолению почв.
Симбиотические микоризные грибы связанные с корневой системой деревьев, могут выделять неорганические питательные вещества из минералов, таких как апатит или биотит, и передавать эти питательные вещества деревьям, тем самым способствуя питанию деревьев. Также недавно было доказано, что бактериальные сообщества могут влиять на стабильность минералов, что приводит к высвобождению неорганических питательных веществ. На сегодняшний день сообщается, что широкий спектр бактериальных штаммов или сообществ из различных родов может колонизировать минеральные поверхности или выветривать минералы, и для некоторых из них был продемонстрирован эффект стимуляции роста растений. Продемонстрированные или предполагаемые механизмы, используемые бактериями для выветривания минералов, включают несколько реакций окисления-восстановления и растворения, а также производство агентов выветривания, таких как протоны, органические кислоты и хелатирующие молекулы.
Здания из любого камня, кирпича или бетона подвержены тем же атмосферным воздействиям, что и любая обнаженная скальная поверхность. Также статуи, памятники и декоративная каменная кладка могут быть сильно повреждены естественными процессами выветривания. Это ускоряется в районах, сильно пострадавших от кислотных дождей.
В хорошо выветренных почвах часто остаются три группы минералов: силикатные глины, очень стойкие конечные продукты, включая железо и глины оксида алюминия и очень стойкие первичные минералы, такие как кварц. В сильно выветриваемых почвах влажных тропических и субтропических регионов преобладают оксиды железа и алюминия, а также некоторые силикатные глины с низким соотношением Si / Al, поскольку большинство других компонентов разрушено и удалено.
Солевое выветривание строительного камня на острове Гозо, Мальта.
Солевое выветривание песчаника около Гобустана, Азербайджан.
Эта стена из пермского песчаника около Седона, Аризона, США превратилась в небольшую нишу.
Выветривание на столбе из песчаника в Байройт.
Эффект выветривания кислотного дождя на статуи.
Выветривание статуи из песчаника в Дрездене, Германия.
 | В Викибуке Историческая геология есть страница на тему: Механическое выветривание и эрозия |
| В Викиучебнике Историческая геология есть страница по теме: Химическое выветривание |
 | Поищите weathering в Викисловаре, бесплатном словаре. |
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Выветривание. |
 | Викиверситет имеет обучающие ресурсы по Выветриванию |
