Процессы выветривания горных пород

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра “Геологии”

Контрольная работа по курсу “Инженерная геология”

на тему:

“ Процессы выветривания горных пород”

Выполнил студ.гр. БМТЗ-10-01                                                Р.Х.Гизатов

Проверил                                                                                      В.Б.Смирнов

Уфа 2012

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Геологическая работа ветра……………………………………………………5

2.              Физическое выветривание……………………………………………………11

3.              Химическое выветривание…………………………………………………...14

4.              Биогенное выветривание……………………………………………………..19

5.              Продукты выветривания……………………………………………………...21

Заключение……………………………………………………………………….24

Список использованной литературы…………………………………………...26

Введение

Экзогенные процессы начинаются с подготовки горных пород к переносу, с их разрушения. Горные породы, залегающие на поверхности или близ нее, подвергаются воздействию солнечных лучей, воды, воздуха, организмов. Из-за неравномерного нагревания порода растрескивается; особенно способствует этому замерзание воды, попавшей в трещины. Вода — хороший растворитель для многих веществ, и в верхних слоях горных пород, особенно при высокой температуре, происходят, обычно с участием атмосферного воздуха, химические реакции окисления, замещения, реже — восстановления. Корни растений способствуют расширению щелей между частицами породы и проникновению туда воды и воздуха, а вещества, выделяемые животными и растениями, участвуют в химических реакциях. Все эти процессы разрушения и изменения приповерхностных пород называются выветриванием. Выветривание можно охарактеризовать двумя способами:

1) выветривание — это совокупность сложных процессов качественного и количественного преобразования горных пород и слагающих их минералов, приводящий к образованию почвы;

2)  выветривание — это разрушение пород на земной поверхности и их превращение в продукты, которые являются более устойчивыми в новых физико-химических условиях.

Рассмотрим второй вариант:

Горные породы, слагающие земную кору, подвергаются денудации в результате их предварительного выветривания. Этот процесс приводит к появлению рыхлых (дисперсных) новообразований зоны гипергенеза, существенно отличных по своим физическим свойствам от исходных коренных пород.

Многие породы первоначально образовывались при высоких давлениях и температурах и при отсутствии воды и воздуха. Продукты выветривания могут сильно различаться по составу, и даже те из них, которые при одних условиях являются устойчивыми, при изменении условий могут стать неустойчивыми.

Ученые выделили четыре стадии выветривания, характеризующие единый протекающий во времени непрерывный процесс гипергенеза. Гипергенез — это процесс химического и физического преобразования минерального вещества в верхней части земной коры и на ее поверхности под воздействием атмосферы, гидросферы и живых организмов при низких температурах. [1, стр.16]

Первая стадия выветривания характеризуется преобладающей ролью физических факторов выветривания с образованием крупнообломочных и мелкозернистых продуктов механического распада массивных горных пород. В условиях сурового климата и активной денудации современное выветривание нередко ограничивается этой первой стадией.

Вторая стадия характеризуется щелочной реакцией среды за счет извлечения в раствор оснований при гидролизе минералов. На этой стадии образуются вторичные минералы в результате окисления, гидратации, гидролиза и карбонатизации первичных минералов. Среди вторичных алюмосиликатов на этой стадии преобладают минералы группы монтмориллонита и нонтронита. При относительном избытке в породах кальция в продуктах выветривания происходит накопление карбоната кальция, нередко образующего корку на обломках массивных пород. Ученые именует эту стадию “обызвесткованной” или насыщенной сиаллитной корой выветривания”. Наибольшее распространение она имеет в условиях умеренного климата при выветривании изверженных и метаморфических пород. В горных районах современные рыхлые образования на склонах часто относятся именно к этому типу.

Третья стадия остаточной ненасыщенной сиаллитной коры выветривания. Она характеризуется дальнейшим выносом из продуктов выветривания щелочных и щелочноземельных элементов, вследствие чего реакция среды становится кислой. В этой обстановке среди вторичных алюмосиликатов преобладают галлуазит и каолинит. Развитие этой стадии выветривания имеет место в условиях замедленной денудации и относительно более обильного увлажнения.

В четвертой стадии образуется остаточная аллитная кора выветривания, характеризуемая накоплением окислов кремния, железа и алюминия. Развитие ее определяется сочетанием активного химического выветривания с замедленной денудацией в условиях жаркого и влажного климата.

Термин “выветривание” не отражает всей сложности процесса, тем более что ветер в данном процессе не играет вообще никакой роли. Но при этом, данное определение широко распространено в геологической, географической, почвенной литературе. «Выветривание» — неудачно трансформированное на русский язык немецкое слово die Verwitterung, которое в свою очередь происходит от слова das Wetter. В переводе на русский язык это слово означает погода, а вовсе не ветер. В качестве синонима употребляется термин “гипергенез”, введенный в 1922г. А.Е. Ферсманом. Многие ученые так и считают, что термин «гипергенез» более правильный и в своих работах используют именно его.

В едином и сложном процессе выветривания условно выделяются две основные взаимосвязанные формы:

1) физическое выветривание;

2) химическое выветривание.

Иногда выделяют еще органическое выветривание или биогенное выветривание. Однако роль организмов и их воздействие на горные породы сводятся или к механическому разрушению, или химическому разложению. Следовательно, органическое выветривание включается в условно выделенные две формы единого процесса.

1. Геологическая работа ветра

Ветер может разрушать горные породы, переносить обломочный материал, отлагать его в определённых местах. Чем больше скорость ветра, тем сильнее производимая им работа. Благоприятные условия для проявления деятельности ветра:

1) резкие суточные изменения температуры;

2) незначительное количество осадков, выпадающих редко, нерегулярно;

3) превышение испарения над осадками (в5-15 раз);

4) разрежённость или отсутствие растительного покрова;

5) частые ветры большой силы;

6) наличие материала, способного перемещаться ветром.

Все геологические явления, связанные с деятельностью ветра, называются эоловыми процессами (Эол - бог ветра у древних греков), а образовавшиеся при помощи ветра отложения - эоловыми.

Разрушительная работа ветра производится путём воздействия на рыхлый материал воздушных струй (дефляция) и при помощи тех твёрдых частиц, которые он несёт (корразия).

Дефляция (лат. Deflare - выдувание, развевание) особенно сильно проявляется в районах, не защищённых растительностью, в узких горных долинах или котловинах, где от неравномерного нагрева возникают смерчи. Грандиозно воздействие ветра на незащищённую почву. Бедствием для земледельцев юга России были чёрные бури - суховеи. Они обрушивались на высушенный распаханный чернозём и уносили его на запад, оставляя бесплодную пустыню. Выдувание такого типа называется плоскостной дефляцией или эоловой абляцией.

Кроме плоскостной дефляции существует ещё и бороздовая дефляция. В узкой щели или борозде сила ветра больше и весь рыхлый материал развевается оттуда в первую очередь. Таким образом растут и углубляются колеи дорог, узкие расщелины, особенно в мягких породах. В Средней Азии в лёссах можно видеть выемки дорог глубиной до 6 м, а в лёссах Китая на месте дорог образуются узкие каньоны глубиной до 30 м.

Корразия (лат. Corrasus - обтачивать) - разрушение горных пород под действием переносимых ветром мелких песчинок (не путать с коррозией). Корразия может быть точечная, царапающая (бороздящая), плоскостная и сверлящая.

В результате корразии в породах возникают ниши, борозды, царапины. Максимальное насыщение ветрового потока песком наблюдается в нескольких сантиметрах (до 1-2 м) от земли. Поэтому именно на небольшой высоте в породах, однородных по составу, выбиваются ветром наиболее крупные ниши, скалы как бы подрезаются. В слоистых породах истираются и выдуваются в первую очередь более мягкие прослои, в которых образуются ниши, крепкие прослои создают карнизы. Корразия способствует расширению трещин, постепенно приводя к созданию характерных округлых и причудливых образований, подобных красноярским Столбам. При эоловой обработке слоистых пород создаются очень разнообразные формы: грибы, пирамиды, обелиски и т.д.

Эоловый перенос. Работа ветра особенно заметна при переносе мелкого обломочного материала. Ветер способен перенсить пылеватые частицы, песчинки и даже камешки. Материал переносится ветром порой на огромные расстояния (пыль и песок из Афганистана переносится в Каракумы, из Сахары пассатным ветром в Атлантический океан на расстояние 2-2,5 тыс. км. Особенно далеко может переноситься пыль, поднятая на большую высоту. Например, пепел вулкана Кракатау во время извержения 1883 года облетел земной шар и держался в воздухе около трёх лет, вызывая в ряде мест розовые зори, "кровавые" дожди.

Эоловая аккумуляция и эоловые отложения. В составе переносимых ветром частиц преобладает кварц, полевые шпаты, глинистые породы; могут быть частицы и органического происхождения - споры, пыльца, грибы, бактерии. Кроме продуктов разрушения горных пород, в небольших количествах встречается пепел вулканов и космические частицы (метеоритная пыль). Переносимые ветром частицы рано или поздно выпадают на землю и либо примешиваются к различным осадочным породам, либо дают начало особым эоловым отложениям. Среди этих отложений выделяются глинистые, пылеватые и песчаные.

Глинистые и пылеватые эоловые отложения возникают за счёт осаждения мелких частиц, переносимых во взвешенном состоянии, иногда очень высоко. Такие отложения могут отлагаться на значительном удалении от областей развевания. Песчаные эоловые отложения образуются из крупных частиц, перемещаемых или перекатываемых ветром у самой поверхности. Поэтому эоловые пески распространены в непосредственной близости от областей развевания.

Процесс цементации и уплотнения эоловых отложений происходит менее интенсивно, чем у водных осадков, поэтому первые из них преимущественно рыхлые. Сортировка эоловых отложений обычно хуже речных или морских. Равнозернистые пески среди эоловых отложений отсутствуют. Наиболее типичный цвет - жёлтый, серый, белый. Эоловые пески часто имеют косое напластование. По направлению наклона слоёв можно определить направление ветра, формировавшего эти слои. Максимальная площадь эоловых песков наблюдается в областях пустынь

По окраинам песчаных пустынь часто происходит накопление пылеватых частиц размером 0,05-0,01 мм. При уплотнении они образуют лёсс. Это очень пористая порода (пористость 42-50%). Многие поры появляются в результате разложения стеблей и корешков растений. В результате образуются вертикальные канальцы. Типичный лёсс не имеет слоистости. Характерна сильная карбонатность и присутствие известковых стяжений, называемых журавчиками. В отличие от песков лёсс мало сыпуч, в связи с чем при дефляции и размыве в нём образуются овраги с очень крутыми склонами. Мощность достигает 100 м. Встречается лёсс в Китае, Средней Азии и др.

Формы эоловой аккумуляции.

Дюна - удлинённый асимметричный холм с более-менее округлой вершиной. Склон холма, обращённый к ветру (наветренный) более полог (5-12о), противоположный (подветренный) соответствует углу естественного откоса, равному для песков 30-35о. Высота дюн различна: 5-30 м, но бывают и выше 100 м. В Сахаре даже до 500 м.

Во многих областях Европы с песчаным покровом широко распространены древние дюны, уже не перерабатываемые ветром и заросшие сосновыми лесами (Припятское Полесье, Мещерская низина к востоку от Москвы). Это свидетельство иного климата в недавнем геологическом прошлом.

Бархан - характерная эоловая форма пустыни - холм, имеющий в плане форму полумесяца, рога которого обращены по направлению движения ветра. Наветренный склон более пологий (10-15о) и длинный, подветренный крутой, гребень обычно острый. Между вершинами рогов происходит завихрение воздуха, способствующее образованию выемки и определяющее крутизну подветренного склона. Высота барханов обычно 1-15 м; в Ливийской пустыне до 30 м. Барханы бывают, как и дюны, одиночные и грядовые.

Грядообразные валы - длинные симметричные песчаные валы с пологими склонами, вытянутые в направлении движения ветра. Высота 15-30 м, в Сахаре до 200 м.

Эоловая рябь наблюдается на поверхности всех отмеченных форм, а часто и на выровненных участках песков. Это мелкие валики, образующие также серповидно изогнутые цепочки, напоминающие мелкую рябь на воде.

Под влиянием ветра эоловые формы способны перемещаться. Скорость перемещения дюн и барханов - несколько сантиметров и метров в год.