- •«Томский политехнический университет»
- •Н.В. Гумерова в.П. Удодов геология
- •Предисловие
- •Введение
- •I. Предмет «геология» в структуре наук о земле
- •II. Цель и задача геологии
- •Раздел I. Эндогенные и экзогенные геологические процессы
- •1.1. Минералы
- •1.1.1. Общие сведения о минералах
- •Классификация минералов
- •1.2.1. Классификация горных пород
- •1.3. Эндогенные процессы
- •1.3.1. Магматизм и магматические горные породы
- •1.3.1.1. Классификация магматических горных пород
- •1.3.1.2. Общие сведения о магматическом процессе
- •1.3.2. Интрузивный магматизм
- •1.3.2.2. Последовательность интрузивного минералообразования
- •1.3.2.3. Стадийность процесса кристаллизации
- •1.3.3. Эффузивный магматизм (вулканизм)
- •Постмагматические процессы минералообразования
- •Метаморфизм и метаморфические горные породы
- •1.3.5.1. Классификация метаморфических пород и метаморфических процессов
- •1.3.5.2. Структурно-текстурные особенности
- •Тектонические движения и деформации земной коры.
- •1.3.6.1. Понятие об элементах залегания
- •1.3.6.2. Складчатые деформации
- •1.3.6.3. Разрывные нарушения
- •Клинали
- •Горст (в); грабен (г)
- •1.3.6.4. Землетрясения
- •1.4. Экзогенные процессы
- •1.4.1. Процессы выветривания
- •1.4.1.1. Физическое выветривание
- •1.4.1.2. Химическое выветривание
- •1.4.1.3. Коры выветривания
- •Транспортировка продуктов выветривания и седиментогенез
- •1.4.2.1. Гравитационный перенос материала
- •1.4.2.2. Геологическая деятельность ветра (эоловая деятельность)
- •Особенно активно стачивается ножка «гриба»
- •1.4.2.3. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод
- •1.4.2.4. Геологическая деятельность озер и болот
- •1.4.2.6. Геологическая деятельность морей и океанов
- •1.4.2.7. Геологическая деятельность снега и льда
- •1.4.2.8. Геологические процессы в криолитозоне
- •1.4.3. Осадки и их превращение в осадочные породы
- •1.4.3.1. Процессы диагенеза
- •1.4.3.2. Формы залегания осадочных пород
- •1.4.3.3. Классификация осадочных пород
- •Раздел 2. Сведения о планете земля
- •2.1. Земля в космическом пространстве
- •2.1.1. Положение и форма Земли
- •2.1.2. Притяжение Луны и Солнца
- •2.1.3. Гравитационное поле Земли
- •2.1.4. Магнитное поле Земли
- •2.1.4.1. Магнитные аномалии
- •2.2. Оболочки земного шара
- •2.2.1. Внешние оболочки
- •2.2.2. Внутренние оболочки
- •2.2.2.1. Земная кора и современные представления о её строении
- •2.2.2.2. Мантийная оболочка Земного шара
- •2.2.2.3. Земное ядро и гипотезы о его строении
- •Раздел 3. Краткая история развития биосфеРы
- •3.1. КризиСы и катастрОфыОрганическОго миРа Земли
- •3.1.1. Понятие экологических кризисов и катастроф
- •3.1.1.1. Двухфазная цикличность эволюционного процесса
- •3.2.1. Геохронологическая и стратиграфическая шкалы
- •3.3. Современные представления об этапности органического мира.
- •3.3.1. Органический мир кайнозоя, появление человека и его влияние на окружающую среду
- •Указатель рисунков, заимствованных у других авторов:
- •Гумерова Нина Вадимовна, удодов Вадим Павлович геология
1.4.1.2. Химическое выветривание
Химическое выветривание – это химические реакции минералов с кислородом воды и воздуха, углекислым газом, органическими кислотами с образованием новых минералов, устойчивых в условиях земной поверхности. В отличие от глубинных частей земной коры поверхностные условия характеризуются низкой температурой и давлением, избытком кислорода и углекислого газа. Важную роль в процессах химического выветривания играют поверхностные воды. Они также как и гидротермы, циркулирующие в земной коре, имеют слабощелочную или слабокислую реакцию. Повышенная концентрация водородных ионов, обусловливающая слабокислую реакцию воды, особенно характерна для экваториальных и субэкваториальных лесов. Поверхностные воды этих природных зон отличаются более высокой температурой, содержат гуминовые кислоты и углекислоту, образующиеся за счет разложения органических остатков. Количественно кислотность и щелочность среды характеризуется показателем РН, значения которого равны взятому с обратным знаком десятичному логарифму концентрации водородных ионов. У воды с нейтральной реакцией РН равно 7, с кислой – меньше 7, со щелочной – больше 7.
Органические кислоты, содержащиеся в природных водах, способствуют образованию почв. Почва – агрегат минеральных и органических веществ, а также воздуха и воды, способный поддерживать рост растений. Почвы формируются в результате выветривания на месте или из рыхлого материала, перенесенного из других мест. На их формирование влияют: растительность, климат, рельеф, состав пород, время формирования. Наиболее плодородный слой почв называется гумус.
Процессы, протекающие при химическом выветривании можно свести к следующим реакциям – окислению, гидратации, растворению и гидролизу. Окисление минералов связано с присоединением к ним кислорода, растворенного в воде и, в меньшей степени, кислорода воздуха. Наиболее сильно процессам окисления подвергаются минералы, образовавшиеся в условиях недостатка кислорода и содержащие закисные соединения железа, марганца, кобальта.
К ним относятся в частности железомагнезиальные силикаты, образующиеся в результате кристаллизации магмы. В условиях избытка кислорода, содержащиеся в этих минералах закисные соединения переходят в окисные. Кроме того, в поверхностных условиях процессам окисления интенсивно подвергаются сульфиды. На многих сульфидных месторождениях можно наблюдать верхнюю окисленную их часть бурого цвета («железную шляпу»), представляющую собой бурый железняк, образованный путем окисления сульфидов железа. Процесс окисления сульфида железа (пирита) очень сложен. В начале образуется сульфат закиси железа, затем сульфат окиси железа, далее – водная окись железа (лимонит) или так называемый бурый железняк:
FeS2 + nO2 + mH2O → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe2O3 ∙ nH2O
Пирит Сульфат Сульфат Лимонит -
закиси окиси гидроокись
железа железа железа
Иногда в зонах окисления медных сульфидных месторождений, особенно там, где они залегают на известняках, образуются малахит и азурит – карбонаты меди.
Гидратация – процесс связывания частиц растворимого в воде вещества с молекулами воды. Этот процесс может ограничиваться закреплением молекул воды на поверхности отдельных участков кристаллической решетки минерала. Такая вода называется гидратной, а образовавшиеся минералы – гидратами:
FeO(OH) → FeO(OH) ∙ nH2O
Гётит Гидрогётит
Реакции гидратации большей частью обратимы. Обратная реакция отсоединения воды называется дегидратацией. Гидратная вода, входящая в структуру кристаллической решетки минерала, называется кристаллизационной, а минералы – кристаллогидратами. Особенно легко образуются кристаллогидраты различных солей. Например, реакция образования минерала гипса:
CaSO4 + 2H2O = CaSO4 ∙ 2H2O
Ангидрит Гипс
Растворение наиболее интенсивно протекает в осадочных горных породах, а именно – хлоридных, сульфатных и карбонатных. В результате образуются специфические карстовые формы рельефа (пещеры, карстовые воронки).
Гидролиз – реакция обменного разложения между водой и различными химическими соединениями, способными под действием молекул воды расщепляться на более низкомолекулярные соединения с присоединением ионов (Н+ и ОН-) по месту разрыва связей. К числу соединений, способных подвергаться гидролизу, принадлежат силикаты и алюмосиликаты. Они стадийно, с последовательным образованием нескольких минералов, распадаются до окислов, гидроокислов и некоторых солей. Например, серпентин в результате гидролиза распадается на окислы магния и кремния. На последней стадии гидролиза полевых шпатов образуются минералы группы глин (например, каолинит, который в условиях земной поверхности достаточно устойчив), а на месте магматических или метаморфических пород (в состав которых входят полевые шпаты) возникают месторождения глин, обогащенные гидроокислами железа, алюминия, кремния, реже марганца и титана.