Физическое выветривание

Процессы физического выветривания приводят к механическому разрушению горных пород - их измельчению и превращению исходной породы в зоне выветривания в щебень, дресву, песок или глину.

Основными факторами, приводящими к механическому разрушению горных пород в зоне выветривания, являются колебания температуры, вызванные изменениями солнечной активности, механическое воздействие воды при ее замерзании в трещинах и порах горных пород, кристаллизации солей, клинообразное действие развивающейся корневой системы растений, жизнедеятельность роющих животных. В зависимости от природы воздействующего фактора выделяют две разновидности физического выветривания; температурное и морозное.

Температурное выветривание. Этот вид физического выветривания происходит в результате колебания суточных и сезонных температур, вызывающих попеременное нагревание и охлаждение горных пород, что приводит то к расширению и увеличению, то к сжатию и уменьшению их объема. В результате многократно повторяющихся растягивающих и сжимающих напряжений горные породы растрескиваются и дробятся на обломки различных размеров.

Интенсивность температурного выветривания в значительной мере зависит от строения и сложения горных пород. Равномернозернистые породы выветриваются медленнее пород с порфировой структурой, а крупнозернистые разности значительно быстрее мелкозернистых или стекловатых. Породы с массивной текстурой более устойчивы к перепадам температур, чем породы со сланцеватой или пористой текстурой. Кроме того, в породах со сланцеватой текстурой нагревание и охлаждение по сланцеватости происходит в два-три раза быстрее, чем в перпендикулярном сланцеватости направлении.

Механические свойства горных пород, связанные с их строением и сложением, также влияют на интенсивность температурного выветривания. Хрупкие породы разрушаются намного легче вязких, трещиноватые — плотных. В то же время не только степень трещиноватости, но и расположение самих трещин влияют на скорость выветривания. При прямолинейных трещинах с гладкими стенками распадение горной породы происходит легче и быстрее, чем в случае присутствия в породе трещин неправильной формы с шероховатыми стенками,

Выветривание горных пород под влиянием колебания температур начинается с их поверхности, постепенно проникая вглубь вплоть до пояса постоянных температур. Однако, будучи плохими проводниками тепла, внешние нагреваемые солнцем поверхности горных пород расширяются значительно больше внутренних частей. В результате между поверхностными и глубинными участками породы возникают трещины, идущие вдоль поверхности. Породы по этим трещинам начинают шелушиться и отслаиваться. Подобный процесс отслаивания поверхностных участков горных пород называется десквамацией. Образование вдоль поверхности трещин, зачастую не видимых глазом, значительно снижает прочностные характеристики горных пород.

Морозное выветривание. Оно происходит под действием периодически повторяющихся расширений и сжатий, которые сопровождают процесс замерзания и оттаивания воды в трещинах и поровых пространствах горных пород при колебаниях температуры около точки замерзания воды. Так как при замерзании и превращении в лед вода расширяется примерно на 9 % своего первоначального объема, то образовавшийся лед производит давление (до 1000 кг на 1 см²) на стенки трещин, разрывая даже самые твердые породы.

Интенсивность морозного выветривания зависит от наличия воды в горных породах (водно-физических свойств горных пород) и цикличности колебаний температуры около точки замерзания воды. Наиболее подвержены морозному выветриванию микропористые влагоемкие осадочные породы (глины, суглинки, мергель, мел, глинистые и мелкозернистые пески) и интенсивно трещиноватые горные породы любого происхождения. Невлагоемкие породы, такие как гравий, крупнозернистые пески, которые хорошо пропускают воду, слабо подвержены процессам морозного выветривания.

Способность горных пород во влажном состоянии выдерживать многократное замораживание и оттаивание без существенного изменения механической прочности называется морозостойкостью и является важным показателем качества естественных каменных строительных материалов. У магматических горных пород, морозостойкость обычно значительно выше, чем у осадочных.

При морозном выветривании горная порода разрушается силами кристаллизации льда.

Механическому разрушению горных пород в немалой степени способствует органическая жизнь нашей планеты. Простейшие растения — лишайники и мхи, являющиеся обычно первыми поселенцами на свежеобнаженных породах, в процессе своей жизнедеятельности активно разрушают горные породы. Они подготавливают почву для поселения на поверхности или в трещинах горных пород древесных растений, корневая система которых способна разрушить очень плотные породы.