Выветривание, коры выветривания, элювий, почвы

Выветривание горных пород находится в самом начале цепочки экзогенных геологических процессов. Его геоморфологическое значение заключается в подготовке коренных горных пород к перемещению в литодинамических потоках. В значительной степени условно выветривание принято разделять на физическое и химическое выветривание. Условность такого разделения выражена в том, что и физическое и химическое выветривание в различных соотношениях протекают одновременно. Сущность физического выветривания заключается в дезинтеграции коренных горных пород без существенного изменения их минерального состава. Результатом физического выветривания является формирование приповерхностной трещиноватой зоны, мощность которой изменяется в широких пределах. Ее среднее значение оценивается величиной в пятьдесят метров для равнин. В горных районах она может достигать полутора и более километров. Среди главных факторов физического выветривания принято выделять декомпрессию, морозное и солевое выветривание, а также температурное (инсоляционное) выветривание.

Декомпрессия – освобождение горных пород от литостатической нагрузки приводит к раскрытию ранее сомкнутых литогенетических (диагенетических и контракционных), а также тектонических трещин. Именно этот процесс, который мало зависит от климатических факторов, определяет мощность приповерхностной трещиноватой зоны и делает возможным дальнейшее дробление пород в процессе морозного и солевого выветривания.

Морозное выветривание связано с расклинивающим действием замерзающей в трещинах воды. Неоднократное повторение замерзания-оттаивания приводит к расшатыванию блоков пород, образованию новых трещин и суммарному увеличению площади поверхности обломков при общем уменьшении их размеров. Естественной спецификой морозного выветривания является его тесная связь с климатическими условиями. В максимальной степени оно проявляется в нивальном климате, ограничено по глубине (зона сезонного промерзания) в умеренном климате и полностью отсутствует в субтропиках и тропиках, где на смену ему может приходить солевое выветривание, механизм которого (кристаллизация солей) сходен с замерзанием воды. Увеличивая суммарную поверхность трещин, морозное и солевое выветривание во многом предопределяют интенсивность инсоляционного выветривания.

Инсоляционное (температурное) выветривание обусловлено суточными и сезонными перепадами температур и в силу незначительной теплопроводности большинства горных пород сосредоточено в приповерхностной зоне их обломков. Из за различных механических свойств минералов разрушение пород происходит до уровня зерен минералов и цементирующей массы.

Кроме охарактеризованных главных факторов физического выветривания дроблению пород способствует множество других процессов, носящих системный, эпизодический или случайный характер.

Образование приповерхностной трещиноватой зоны, в которой интенсивность дробления пород нарастает снизу вверх, делает возможным активное движение воды вместе с растворенными в ней веществами. Взаимодействие водных потоков с минеральными зернами может выражаться в механическом выносе тонких (чаще всего глинистых) частиц, в растворении и обменных химических реакциях, в результате которых возникают новые минеральные ассоциации, устойчивые в зоне гипергенеза (выветривания). Весь этот комплекс процессов определяется как химическое выветривание. Особенности геохимических преобразований горных пород при химическом выветривании подробно рассматриваются в курсе «Литология» и в ряде спецкурсов, поэтому в данном учебном пособии мы лишь отметим, что итогом физического и химического выветривания является формирование коры выветривания. В наиболее общем случае в разрезе коры выветривания сверху вниз выделяются элювиальный горизонт, где происходит накопление остаточных продуктов выветривания – элювия;иллювиальный горизонт, где накапливается часть вещества, вынесенного из элювиального горизонта, и образуются новые минералы. Подстилающий горизонт образован щебнистым элювием - результатом физического выветривания коренных пород. Минеральный состав различных зон коры выветривания зависит от исходного состава коренных пород, водного режима, определяемого климатом, геоморфологическим положением территории, спецификой ее тектонического развития, длительностью выветривания. Отметим также, что при образовании как современных, так и древних кор выветривания большое значение имеет биота – совокупность растительных и животных организмов, существующих на конкретных территориях в конкретные отрезки времени. Активное участие живых организмов в разрушении коренных горных пород позволяет говорить о биохимическом выветривании, при котором образуются почвы различных типов. Непосредственно почвы подробно рассматриваются в «Почвоведении», важнейшем научном направлении, становление и развитие которого связано с именем выдающегося российского ученого Василия Васильевича Докучаева. Необходимость же их краткого рассмотрения в данном курсе обусловлена тем, что в четвертичной геологии ископаемые (погребенные) почвы играют исключительно важную роль в стратиграфии, при корреляции разрезов, реконструкции палеоклиматических и палеогеографических условий. По В. В. Докучаеву главным свойством почвы является ее плодородие, которое определяется количеством гумуса, его составом, особенностями накопления в почвенном профиле. Почвы делятся на гидроморфные (болотные), образующиеся при близповерхностном положении зеркала грунтовых вод, и автоморфные (элювиальные), формирующиеся при глубоком залегании зеркала грунтовых вод. В классическом варианте в профиле автоморфных почв выделяются три горизонта (сверху вниз): А, В, С. А – элювиальный горизонт, в верхней части образован перегнойно-аккумулятивным слоем, а в нижней – подзолистым.Горизонт В – иллювиальный, или горизонт вмывания, накопления веществ, вынесенных из горизонта А. Горизонт С- подпочва, материнская порода. Легко заметить, что в пространстве и коры выветривания и почвы образуют в сущности один и тот же объект, а их различия обусловлены различными акцентами при изучении этого объекта. Для почвоведов важна, прежде всего, органическая составляющая, определяющая плодородие, для геологов – процессы минералообразования, условия формирования месторождений полезных ископаемых.

Определяющим в развитии кор выветривания и почв является водный режим, который характеризуется отношением объемов фильтрующейся влаги (нисходящего потока) и испаряющейся влаги (восходящего потока). Можно выделить следующие типы водного режима: непромывной (мерзлотный и аридный), полупромывной и промывной (зоны таежных лесов умеренного климата и зоны влажных тропиков).

Непромывной мерзлотный режим характеризуется практическим отсутствием фильтрации атмосферных осадков, избыточным увлажнением понижений земной поверхности, образованием в них гидроморфных (болотных) почв, подстилающихся непроницаемой мерзлой породой. На возвышенных участках в условиях сурового климата кора выветривания и автоморфная почва представлены лишь щебнистым элювием.

Непромывной аридный режим возникает в зонах пустынь, полупустынь, при резком дефиците атмосферных осадков (менее 200 мм/год). Объемы испаряющейся влаги здесь многократно превышают объемы фильтрации. Благодаря выносу к поверхности и накоплению растворенных веществ образуются почвы- солончаки, лишенные горизонта А и представленные лишь горизонтами В и С. Разрез коры выветривания сформирован в основном щебнистым элювием местами в верхней части сцементированным различным по составу материалом. При преобладании в составе такого цемента соединений железа образуются феррикреты, аморфного кремнезема – силькреты, карбонатных соединений – калькреты.

Полупромывной режим характеризуется примерным равенством объемов фильтрующейся и испаряющейся влаги. Этот режим реализуется в зонах степей и саванн, где образуются самые плодородные почвы – черноземы с увеличенным по мощности горизонтом А. Кора выветривания представлена (по Н. М. Страхову) щебнистым элювием (зона малоизмененной дресвы), который перекрыт гидрослюдисто-монтмориллонит-бейделлитовой зоной.

Промывной режим таежных лесов умеренного климата при среднегодовом объеме осадков около 1000 мм характеризуется преобладанием нисходящего потока влаги над испарением. В этих условиях образуются лесные почвы - подзолы, с редуцированным горизонтом А и увеличенным по мощности иллювиальным горизонтом, в котором накапливается значительная часть вынесенного сверху гумуса. В разрезе коры выветривания в верхней части добавляется каолинитовая зона.

Промывной режим влажных тропиков при значительных объемах испарения обладает резко увеличенным количеством среднегодовых атмосферных осадков (до 12000 мм/год). Почвы влажных тропиков – латериты (от латер – кирпич), отличаются весьма низким плодородием. Коры выветривания, напротив, обладают наиболее развитым профилем, включающим (снизу вверх): зону щебнистого элювия; гидрослюдисто-монтмориллонит-бейделлитовую зону; каолинитовую зону, глиноземно-охровую зону и железистый панцирь (кирасу) из окислов алюминия и железа.

Литература к разделу 2.1: [10, 11, 16, 25].