Выветриванием называется то, что происходит, когда тело скалы подвергается воздействию погодных условий - другими словами, сил и условий, которые существуют на поверхности Земли.
За исключением вулканических пород и некоторых осадочных пород, большинство пород образуются на некоторой глубине в земной коре. Там они испытывают относительно постоянную температуру, высокое давление, отсутствие контакта с атмосферой и малое или полное отсутствие движения воды.
Как только скала обнажается на поверхности, что происходит, когда эрозирующая скала размыта, условия резко меняются. Температура колеблется в широких пределах, давление намного меньше, кислорода и других газов много, а в большинстве климатов воды в изобилии.Выветривание включает в себя два основных процесса, которые совершенно разные.
Одним из них является механическое разрушение породы на более мелкие фрагменты, а другим - химическое изменение минералов в породе до форм, устойчивых в поверхностной среде.
Механическое выветривание обеспечивает новые поверхности для воздействия химических процессов, а химическое выветривание ослабляет породу, так что она более восприимчива к механическому выветриванию.
Вместе эти процессы создают два очень важных продукта: один представляет собой осадочные обломки и ионы в растворе, которые в конечном итоге могут стать осадочными породами, а другой - почву, необходимую для нашего существования на Земле.
Механическое выветривание
Интрузивные магматические породы образуются на глубинах от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров. Отложения превращаются в осадочные породы только тогда, когда они захоронены другими отложениями на глубине, превышающей несколько сотен метров.
Большинство метаморфических пород образуются на глубинах от километров до десятков километров. Выветривание даже не может начаться до тех пор, пока эти породы не будут подняты в результате различных процессов горообразования - большинство из которых связаны с тектоникой плит - и вышележащий материал был размыт, а порода обнажена как обнажение.
- Важными агентами механического выветривания являются:
- Снижение давления в результате удаления вышележащей породы;
- Замерзание и оттаивание воды в трещинах в скале;
- Формирование кристаллов соли в породе;
- Растрескивание от корней растений и воздействие роющих животных.
Когда масса породы обнажается в результате выветривания и удаления вышележащей породы, происходит уменьшение ограничивающего давления на скалу, и порода расширяется. Эта разгрузка способствует растрескиванию породы, известной как отслоение.
Гранитная порода имеет тенденцию отслаиваться параллельно открытой поверхности, потому что порода обычно однородна, и у нее нет заранее определенных плоскостей, вдоль которых она должна разрушаться. Осадочные и метаморфические породы, с другой стороны, имеют тенденцию отслаиваться вдоль заданных плоскостей.
Заморозка - это процесс, при котором вода проникает в трещины в скале, расширяется при замерзании и, таким образом, увеличивает трещины. Эффективность заморозки зависит от частоты замерзания и оттаивания. Морозные клинья наиболее эффективны в климате Канады.
В теплых районах, где замерзание встречается редко, в очень холодных районах, где оттаивание происходит редко, или в очень сухих местах, где мало воды, чтобы просочиться в трещины, роль замораживания ограничена.
Влияние растений и животных также значительны при механическом выветривании. Корни могут проникать даже в самые крошечные трещины, а затем они оказывают огромное давление на камни по мере их роста, расширяя трещины и разрушая скалы.
Хотя животные обычно не роют сквозь твердую скалу, они могут выкапывать и удалять огромные объемы почвы и, таким образом, подвергать ее воздействию других механизмов.
Механическому выветриванию в значительной степени способствует эрозия, то есть удаление продуктов выветривания, что позволяет подвергать большему количеству камней для выветривания.
Химическое выветривание
Химическое выветривание возникает в результате химических изменений минералов, которые становятся нестабильными при воздействии поверхностных условий.
Виды изменений, которые имеют место, очень специфичны для минерала и условий окружающей среды. Некоторые минералы, такие как кварц, практически не подвержены химическому воздействию, в то время как другие, такие как полевой шпат, легко изменяются.
В целом, степень химического выветривания наиболее высока в теплых и влажных климатических условиях и наименьшая в холодных и сухих климатических условиях.
Важными характеристиками состояния поверхности, которые приводят к химическому выветриванию, являются наличие воды (в воздухе и на поверхности земли), обилие кислорода и присутствие углекислого газа, который образует слабую углекислоту в сочетании с водой.
Существует два основных типа химического выветривания. С одной стороны, некоторые минералы превращаются в другие минералы. Например, полевой шпат в результате гидролиза превращается в глинистые минералы.
С другой стороны, некоторые минералы полностью растворяются, а их компоненты переходят в раствор. Например, кальцит (CaCO3) растворим в кислых растворах.
Окисление является еще одним очень важным химическим процессом выветривания. Окисление железа в ферромагнезиальном силикате начинается с растворения железа.
Для оливина процесс выглядит следующим образом: оливин в присутствии угольной кислоты превращается в растворенное железо, карбонат и кремниевую кислоту.
