Химическое выветривание

03.07.2018
Химическое выветривание связано с процессами химического изменения горных пород и образования новых минералов. Особенно благоприятные условия для такого выветривания создаются во влажном, тропическом климате, в районах с обильной растительностью. В результате переработки огромной биомассы, ее гниения и разложения в избытке образуются агрессивные органические кислоты, которые интенсивно преобразуют различные минералы. Все химические реакции в зоне выветривания протекают по экзотермической схеме (с выделением тепла) и подразделяются на четыре группы: окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление выражается в переходе закисных низковалентных соединений в окисные высоковалентные с присоединением кислорода. Химическая активность кислорода резко возрастает при его действии в водной среде. При этом способность атмосферного кислорода растворяться в холодных водах (при 0 °С) почти в два раза превышает таковую в теплых, что, естественно, увеличивает окислительную способность холодных природных вод.

Процессы окисления протекают как на земной поверхности, так и в зоне просачивания атмосферных осадков в глубь земной коры до определенной границы, ниже которой окислительные процессы полностью прекращаются. Окислению подвержены, в первую очередь, минералы и горные породы, содержащие железо, серу, марганец, никель, кобальт и другие легко соединяющиеся с кислородом химические элементы, а также органические вещества.

Наиболее интенсивно происходит окисление сульфидов. Так, окисление пирита может происходить по схеме:

Освобождающееся при химическом разложении железо во влажном климате переходит в гидроксид типа лимонита. В процессе окисления выветрелые породы значительно уменьшаются в объеме по сравнению с исходными за счет выноса из них легкорастворимых и летучих новообразованных соединений и образования при этом пористости. Так, залежи бурых железняков, образовавшиеся в процессе окисления железосодержащих горных пород и сульфидных руд, по объему почти в полтора раза меньше исходных пород и руд.

Типичная реакция окисления происходит при выветривании оливина:

Окислению подвержены не только породы, но и продукты выветривания, особенно те, которые находятся в самой верхней части зоны выветривания. Они содержат много мертвого органического вещества, в разложении которого большая роль принадлежит разнообразным микроорганизмам. При недостаточном доступе кислорода образуется новый комплекс органических соединений, называемый перегноем или гумусом, служащим не только главным элементом плодородия почв, но и исходным материалом для образования ископаемых углей.

Гидратация связана с воздействием на минерал воды в жидком и газообразном состоянии. В процессе гидратации, который нередко сопровождает процесс окисления, происходит перестройка внутренней структуры вещества за счет присоединения к нему молекул воды. Примерами могут служить превращение ангидрита в гипс и гематита в лимонит:

Гидратация сопровождается значительным увеличением объема, если при этом не происходит выноса каких-либо легко растворимых компонентов. При гидратации ангидрита увеличение объема вновь образованного гипса достигает примерно 33 %. Возрастание объема гидратируемых минералов приводит к возникновению внутренних напряжений в породе, которые вызывают местные нарушения первичного залегания в результате образования многочисленных трещин или мелких складок.

Растворение, или переход минерального вещества в раствор, связано с комбинированным действием на материнскую породу воды и углекислоты органических кислот. Все минералы растворимы, но в разной степени. Интенсивность растворения горных пород зависит, в первую очередь, от химического состава самих пород и от химической активности растворителя.

Наиболее подвержены растворению осадочные породы, в значительно меньшей степени — метаморфические и магматические горные породы. Из минералов по степени растворимости на первом месте стоят хлориды, слабее растворяются сульфаты, еще меньше — карбонаты. Скорость растворения карбонатов, в отличие от хлоридов и сульфатов, значительно увеличивается с понижением температуры раствора. Очень низкой растворимостью обладают сульфиды и силикаты, хотя и они в присутствии углекислоты разрушаются с образованием новых карбонатных соединений. Так, в зоне окисления медных сульфидных руд образуются карбонаты меди — малахит и азурит. Подобные реакции растворения первичных минералов с образованием за их счет карбонатов или бикарбонатов получили название карбонатизации.

Изучение условий протекания и интенсивности проявления природных процессов растворения и окисления минералов и горных пород позволило использовать полученные результаты для создания новых технологических способов разработки полезных ископаемых (метод выщелачивания).

Гидролиз — реакция разложения минералов под действием воды с разрушением и перестройкой их кристаллических решеток. Она характерна для соединения сильных оснований (щелочей и щелочных земель), с одной стороны, и присоединения гидроксильных ионов — с другой стороны, что приводит к образованию малорастворимых в новых условиях продуктов разложения первичных минералов. С явлением гидролиза связано химическое разложение труднорастворимых минералов, в первую очередь, силикатов и алюмосиликатов — наиболее распространенных минералов земной коры.

Первыми процессам разложения при гидролизе подвергаются слюды (биотит, мусковит, серицит), которые переходят в гидрослюды по схеме: слюды — гидрослюды — каолинит. Несколько позже происходит разрушение роговой обманки, в ходе которого выносится карбонат магния и образуется нонтронит и гетит. Полевые шпаты в результате выноса калия, натрия и кальция преобразуются по схеме: полевые шпаты —> гидрослюды —> каолинит.

При гидролизе железо-магнезиальных силикатов (амфиболов, пироксенов, оливинов, входящих в состав основных и ультраосновных пород) образуются сначала хлориды, а затем глины — монтмориллонит, бейделлит, нонтронит, каолинит. И конечными продуктами разрушения, остающимися на месте, являются труднорастворимые окислы и гидроокислы железа и алюминия — латериты.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: