Вивітрювання гірських порід

Вивітрювання (гіпергенез) — процес руйнування
гірських порід і мінералів під впливом деяких природних факторів
(повітря, води, коливання температури, живих організмів). При
цьому утворюються інші породи і синтезуються нові мінерали.
Вивітрювання — це сукупність складних і різноманітних процесів,
кількісних і якісних змін гірських порід. Горизонти гірських порід,
де відбувається процес вивітрювання, називають корою вивітрю-
вання. Потужність її буває від кількох сантиметрів до 2—10 м.

Вивітрювання — єдиний процес, але для зручності його розу-
міння виділяють три його форми: фізичну, хімічну, біологічну.

Фізичне вивітрювання — механічне подрібнення гірських порід
і мінералів без зміни їх хімічного складу. Ця форма вивітрюван-
ня відбувається під впливом таких фізико-механічних факторів:
зменшення тиску після виходу породи на поверхню; бічний тиск
на уламок породи, зумовлений адсорбованою водою, льодом, ко-
рінням рослин і кристалами солей; коливання температури і різ-
ниця коефіцієнтів лінійного розширення мінералів, які входять
до складу даної породи; руйнівна діяльність водних потоків, льо-
довиків, що рухаються, зсувів, вітру.

Внаслідок фізичного вивітрювання гірська порода набуває но-
вих властивостей. Вона пропускає крізь себе повітря, воду і здат-
на затримувати певну їх кількість. Значно збільшується загальна
поверхня уламків одиниці об’єму даної породи, що сприяє інтен-
сифікації хімічних процесів. Хімічний склад породи не змінюється.

Хімічне вивітрювання — процес хімічного руйнування гірських
порід і мінералів, який супроводжується утворенням нових мінера-
лів. Найважливішими факторами цього процесу є: розчинення у
воді мінеральних сполук, їх гідроліз; окислення — відновлення;
карбонатизація; коагуляція тощо.

Вода — універсальний розчинник на планеті. Розчинення міне-
ралів водою прискорюється з підвищенням температури і насичен-
ням її вуглекислим газом, який підкислює середовище. За таких
умов хімічне вивітрювання відбувається значно швидше. Цим

пояснюється наявність різноманітних кір вивітрювання в різних
широтах земної кулі. Руйнування гірських порід в субтропічному
і тропічному поясах йде в кілька разів швидше, ніж в помірному
і полярному.

У нроцесах хімічного вивітрювання велике значення має гід-
роліз — хімічна реакція води з мінералами. Наприклад, гідроліз
ортоклазу відбувається за такою схемою:

KАlSі₃О₈ + Н₂О ® HАlSi₃O₈ + KОН.

Отже, водень заміщує калій, а останній з іоном ОН^– утворює
луг, який, в свою чергу, посилює руйнування мінералу.

Гідратація, як правило, відбувається при вивітрюванні осадо-
вих порід, які містять ангідрид. У процесі гідратації ангідридів
об’єм породи збільшується на 50—60%, а їх розчинність значно
зростає.
CaS0₄ + 2H₂0 ® CaS0₄ 2H₂0.

Постійна наявність в розчинах вугільної кислоти зумовлює
карбонатизацію — утворення карбонатів.
Схему карбонатизації можна показати на таких прикладах:

Na₂SiO₃ + H₂CО₃ = Na₂CO₃ + H₂O + SiO₂;
2NaOH + H₂CO₃ = Na₂CO₃ + 2H₂O.

Навіть неповний перелік хімічних реакцій на поверхні улам-
ків гірських порід і мінералів показує, що в результаті хімічного
вивітрювання змінюється хімічний склад мінералів і руйнується
їх кристалічна решітка.

Порода збагачується вторинними мінералами і набуває таких
властивостей, як в’язкість, пластичність, вологоємкість, вбирна
здатність та інші.

Біологічне вивітрювання — механічне руйнування і зміна хі-
мічного складу гірських порід під впливом живих організмів та
продуктів їх життєдіяльності. Ця форма вивітрювання відбуваєть-
ся під впливом таких факторів: засвоєння рослинами і мікроорга-
нізмами елементів мінерального живлення; хімічних сполук, що
утворилися при житті і після смерті організмів (кислоти, гумус,
мінеральні солі тощо); реакцій окислення і відновлення з участю
мікроорганізмів.

Процеси біологічного вивітрювання здійснюють представники
багатьох груп живих організмів у всій товщі кори вивітрювання.
В природі практично немає чисто абіотичних (безжиттєвих) проце-
сів механічного і хімічного вивітрювання.

Одним з процесів біологічного руйнування є процес засвоєння
кореневими волосками мінеральних елементів, які входять до
кристалічної решітки мінералів. Водень, який рослини виділяють

Рис. 4. Схема засвоєння елементів живлення коренями рос-
лин (за В. Д. Келлі і А. Ф. Фредеріксоном, 1952):
1 — іони водню; 2 — іони металів.

у навколишнє середовище, входить до кристалічної решітки міне-
ралу і руйнує її (рис. 4).

Крім того, корені рослин і мікроорганізми виділяють у навко-
лишнє середовище вуглекислий газ і різноманітні кислоти (щавле-
ву, оцтову, яблучну та інші), які руйнують мінерали.

Грунти і гірські породи населяють певні групи мікроорганізмів,
які утворюють мінеральні кислоти: бактерії нітрифікатори —
азотну кислоту, сіркобактерії — сірчану. Як і органічні, ці кислоти
розчиняють мінерали і посилюють вивітрювання.

Тварини механічно подрібнюють гірські породи і своїми виді-
леннями хімічно руйнують їх.

Характер руйнування гірських порід і, як правило, склад про-
дуктів вивітрювання залежать від умов навколишнього середо-
вища та від мінералогічного складу самої породи. Геохімічними
дослідженнями доведено, що при вивітрюванні кислих порід фор-
муються піски і супіски, середніх — суглинки і основних — важкі
суглинки і глини. Всі названі пухкі відклади мають певні фізичні
і фізико-механічні властивості, які дають змогу для перебігу про-
цесів грунтоутворення. Цим вони відрізняються від невивітрених
скельних порід.

Отже, основними грунтоутворюючими породами є продукти ви-
вітрювання гірських порід.