1.4.1.3. Коры выветривания

Совокупность продуктов выветривания, которые слагают самую верхнюю часть литосферы, называется корой выветривания. При выветривании происходит закономерная дифференциация вещества: на приподнятых, хорошо дренируемых (промываемых атмосферными водами) участках, большая часть минералов остается на месте. Эти остаточные, несмещенные продукты выветривания представляют собой один из важнейших генетических типов континентальных образований, называемый элювием, который слагает на исходных породах кору выветривания.

Б.Б. Полынов и И.И. Гинзбург установили, что формирование коры выветривания происходит в определенной последовательности. Ими выделены четыре стадии выветривания: 1) обломочная, 2) сиаллитная обызвесткованная, 3) кислая сиаллитная, 4) аллитная.

Обломочная стадия характеризуется преобладанием механического дробления, в результате которого накапливаются обломки первичных пород, так называемый обломочный элювий.

Сиаллитная обызвесткованная стадия обозначается так по названию элементов силициума и алюминия, входящих в состав минералов, образующихся на этой стадии. В эту стадию начинается химическое выветривание. Происходит вытеснение катионов щелочных (калия, натрия) и щелочноземельных (кальция, магния) металлов, образующих растворы карбонатов и бикарбонатов, а также гидратация силикатов и алюмосиликатов. В условиях влажного и теплого климата карбонаты выносятся текучими водами в моря. В условиях сухого климата они остаются на месте, в результате чего на обломках пород образуются карбонатные пленки и корочки – обызвесткованный элювий. На этой стадии полевые шпаты превращаются сначала в слюды, а затем в результате гидротации – в гидрослюды.

Кислая сиаллитная стадия характеризуется частичным выносом кремнезема, в результате чего гидрослюды превращаются в глинистые минералы (в частности в каолинит). Каркасная кристаллическая решетка полевых шпатов на этой стадии окончательно превращается в слоевую, характерную для глинистых минералов. В итоге исчезают текстурно-структурные признаки первичной породы. Образуется сиаллитный элювий – глины.

Аллитная стадия характеризуется разложением алюмосиликатного ядра с образованием оксидов и гидроксидов алюминия, кремния, железа – наиболее устойчивых химических соединений для поверхностных условий. Образуется аллитный элювий.

Полностью сформировавшаяся кора будет иметь следующий профиль (снизу вверх):

1) горизонт – обломочный (слабо измельченная порода);

2) горизонт – гидрослюдистый;

3) горизонт – каолинитовый пятнистый (пятна образованы гидроокислами железа);

4 горизонт – латеритовый (аллитный).

Эта обобщенная схема, однако, существенно меняется в различных природных зонах. В условиях арктического и субарктического климата, а также в пустынях и зоне высокогорья в результате физического выветривания формируется лишь обломочный горизонт. Химическое выветривание здесь практически не проявляется – в нивальном (снежном) климате из-за низких температур, а в пустынях из-за отсутствия воды. Мощность коры выветривания в этих районах наименьшая (первые метры), и соответственно почвенный слой развит очень слабо. В частности, тундровым почвам свойственно небольшое содержание перегноя при мощности почвенного профиля 20–30 см.

Гумидный умеренный тип климата обуславливает широкое распространение таежной растительности. Благодаря избытку влаги, обусловленному малой испаряемостью, и большому количеству гуминовых кислот, образующихся за счет гниения растительных остатков, создаются благоприятные условия для химического выветривания. С другой стороны, относительно невысокие температуры понижают интенсивность химических процессов. Кора выветривания включает в себя обломочный, гидрослюдистый и каолинитовый горизонты, её мощность достигает первых десятков метров. Мощность почвенного покрова, по сравнению с зоной тундры, возрастает. Распространение получают подзолистые и дерново-подзолистые почвы. Вследствие избытка влаги из верхнего слоя вымываются подвижные компоненты, и он обогащается кремнеземом (почвы приобретают белесую окраску). Нижние горизонты обогащаются труднорастворимыми соединениями железа, марганца, алюминия, вынесенных из верхних горизонтов.

Степная зона отличается от таежной большей сухостью климата. В силу этого здесь образуются лишь обломочный и гидрослюдистый горизонты. Почвы из-за слабого промывания содержат много минеральных веществ и обогащены гумусом, что обеспечивает их высокое плодородие. Формируются черноземы.

В жарком гумидном климате создаются наиболее благоприятные условия для химического выветривания. Мощность коры выветривания превышает 100 м, в её разрезе присутствуют все четыре горизонта. Избыток гниющей растительности обеспечивает формирование кислых вод, глубоко проникающих в толщу горных пород. В результате легкорастворимые минералы разрушаются, и горная порода превращается в рыхлую обломочную массу. Таким образом, в данной климатической зоне обломочный горизонт формируется в результате химического, а не физического выветривания. Другой специфической особенностью этой зоны является формирование латеритного горизонта, обогащенного окислами и гидроокислами железа и алюминия. Окислы и гидроокислы железа обусловливают кирпично-красную окраску горизонта. На латеритной коре выветривания формируются почвы красного цвета (коричневые, охристо-коричневые, иногда малиновые) – красноземы и желтоземы.

Здесь была рассмотрена зависимость коры выветривания от климатической зональности. Важно однако подчеркнуть, что мощность и состав коры выветривания контролируются и другими факторами: тектоническим режимом территории, вещественным составом пород, подвергающихся выветриванию. Наиболее мощные коры выветривания формируются в условиях тектонической стабильности, обусловливающей выровненный рельеф. Но даже в условиях тектонической стабильности мощность коры зависит еще и от геоморфологического фактора: на относительно приподнятых участках происходит интенсивный дренаж поверхностного слоя земной коры и формирующаяся кора выветривания имеет большую мощность; на пониженных участках равнин дренаж ослаблен, и кора маломощная. В условиях интенсивного поднятия территории и, соответственно, интенсивного смыва рыхлых продуктов, коры выветривания имеют небольшую мощность или отсутствуют. В зонах опускания, где происходит осадконакопление, коры выветривания не формируются. В случае образования латеритной коры выветривания на ультраосновных породах, она в большей мере обогащена окислами железа.

Коры выветривания подразделяются на современные и древние. Современные коры выветривания обычно недоразвиты. Зональная дифференциация выражена в них слабее, чем в древних. Древние коры выветривания рассматриваются как геологические документы, указывающие на резкое ослабление в эпоху их формирования тектонической активности района. В истории Земли выделяется несколько эпох широкого формирования кор выветривания: допротерозойская, докембрийская, девонская, мезозойская, палеогеновая. С современными и древними корами выветривания связаны месторождения огнеупорных керамических глин, бокситов, железных руд и руд редких металлов. С корами выветривания также связано обогащение верхних горизонтов литосферы тяжелыми металлами (свинец, цинк, сурьма). Они образуют легкорастворимые соединения и в совокупности с техногенными выбросами, возможно, усиливают загрязнение окружающей среды вредными веществами. Советский ученый Н.А. Ясаманов считает, что мощное развитие коры выветривания на границе мезозоя и кайнозоя вызвало повышение концентрации тяжелых элементов и привело к вымиранию динозавров.

Вопросы по теме:

1. Зона гипергенеза и процессы выветривания.

2. Проявление процессов физического выветривания в зависимости от климата и возникающие при этом породы.

3. Процессы химического выветривания, приводящие к разрушению первичных минералов и образованию новых.

4. Стадии образования коры выветривания и продукты, образующиеся на каждой стадии.

5. Строение профиля коры выветривания в различных климатических зонах.