Зональность геохимических процессов.

      Комментарии к записи Зональность геохимических процессов. отключены

Зональность геохимических процессов.

Выражением химической зональности есть

  • зональность типов и процессов выветривания кор выветривания,
  • типов почв и процессов почвообразования,

Под корой выветривания знают континентальные образования, появляющиеся на земной поверхности в следствии выветривания горных пород. Процессы выветривания горных пород (химического преобразования и механического разрушения) определяются такими факторами как колебания температуры, химическое и механическое действие воздуха, воды и живых организмов.

Эти факторы в значительной мере подчиняются закону географической зональности и исходя из этого процессы выветривания кроме этого зональны. Зонален и итог этих процессов — кора выветривания. В зависимости от климатических условий изменяется механический и состав кор выветривания, подвижность химических элементов, высвобождающихся при разрушении минералов горных пород.

Любая природная территория характеризуется определенным комплектом химических элементов, именуемых типоморфными, определяющих химические изюминки кор выветривания и формирующихся на них земель.

Физическое выветривание ведет к разрушению монолитности горных пород и к их дезинтеграции под действием появляющихся в породе напряжений без трансформации их состава. Источником этих напряжений являются механическое и температурное расширение, деятельность и рост кристаллов живых организмов.

Механическое расширение есть реакцией горной породы на уменьшение давления вышележащих блоков горных пород при денудации. В следствии для того чтобы расширения в монолитных горных породах появляются трещины, параллельные дневной поверхности, каковые в будущем увеличиваются вторыми процессами физического выветривания.

Температурное выветривание связано с маленькой теплопроводностью горных пород, которая ведет к сильному нагреванию днем и охлаждению ночью лишь тонкого поверхностного слоя горных пород. Эти температурные контрасты между поверхностью горной породы и ее внутренними частями приводят к разрушению и растрескиванию поверхности монолитной горной породы. Данный тип выветривания самый характерен для пустынных и высокогорных районов, летнего периода в тундрах.

Вода, попадающая в трещины горных пород, при замерзании осуществляет предстоящее расширение трещин. Подобное действие на горные породы связано с попадающими в трещины растворимыми солями, каковые при кристаллизации оказывают на трещины большое давление. Разрушение горных пород в следствии кристаллизации воды происходит фактически во всех природных территориях, сезонные температуры в которых опускаются ниже 00С, а в следствии кристаллизации солей — по большей части в аридных районах.

Значительное действие на горные породы оказывают живые организмы. Как мы знаем, что растущие корни в благоприятной обстановке способны расклинивать трещины в коренной породе. Потому, что клетчатка стенок клетки крепче многих металлов, а корневые совокупности попадают на глубину до десяти метров, возможно высказать предположение, что это и имеется основное средство физического разрушения.

Но на практике тяжело установить действенность корней, поскольку частенько они следуют по полостям, уже созданным вторыми агентами. Наряду с этим направляться не забывать о двойном влиянии корневой совокупности. С одной стороны они действуют как стабилизирующий агент, скрепляющий выветрелый материал, и тем самым мешающий предстоящему обнажению свежей породы, с другой они время от времени оказывают прямое разрушающее действие, к примеру при ветровале больших деревьев.

Животные принимают малое участие в ярком разрушении коренных пород, но играются громадную роль при нарушении уже образованного обломочного материала, тем самым, усиливая эффективность вторых процессов выветривания.

Химическое выветривание ведет к разрушению первичных минералов горных пород и формированию новых, вторичных минералов, более соответствующих поверхностным условиям, т.е. к трансформации минерального состава горных пород. Химическое выветривание включает процессы растворения, гидратации, гидролиза карбонатизации и окисления, и комплекс процессов химического действия.

Возможность химического выветривания определяется рядом особенностей самих горных пород, воздействующих на их подверженность химическому трансформации. Более 98% земной коры слагают 8 химических элементов, самый популярный из которых — кислород, образовывает более половину неспециализированного веса земной коры. Потом следуют кремний (менее четверти неспециализированного веса земной коры), алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний.

По количеству практически вся земная кора складывается из анионов кислорода, соединенных с катионами металлов в форме окислов. Наиболее важным из них являются кремнезем (SiO2), образующий минерал окислы и кварц алюминия (Al2O3) и железа (Fe2O3). Большая часть минералов образована силикатными тетраэдрами (Si2O4), выступающими в роли «строительных кирпичиков».

Благодаря разному типу химических связей между этими тетраэдрами и соединяющими их катионами и замещению части ионов кремния в тетраэдрах алюминием появляется огромное разнообразие силикатных минералов. Главные процессы химического выветривания выражаются в нарушении тетраэдральной решетки и выносе скрепляющих их катионов.

Значительную роль в процессах химического выветривания играется дождевая вода, имеющая сложный состав. Она содержит, не считая растворенного двуокиси углерода и атмосферного кислорода, морские соли, окись азота, растворенную азотную кислоту, двуокись серы и растворенную серную кислоту. Эти постоянные компоненты дождевой воды дают ей возможность вечно разнообразного действия на горные породы.

Когда вода просачивается, ее состав испытывает предстоящие трансформации благодаря реакциям с минеральными и органическими фракциями грунта и почвы.

Условно, всю совокупность химических процессов, изменяющих горные породы, принято подразделять на процессы растворения, гидратации, гидролиза, карбонатизации и окисления. Но в природе эти процессы протекают совместно, и их суммарный итог очень сильно изменяет результаты действия каждого из них.

Растворение. Главная часть первичных горных пород в большинстве случаев не растворяется водой (за исключением галита либо каменной соли). Основное значение растворения содержится в его роли переносчика продуктов вторых процессов выветривания, поскольку в случае если материал не выносится, он может замедлить либо совсем поменять целый движение разложения породы.

Процесс растворения зависит от внешних факторов и, в первую очередь от рН среды. К примеру, растворимость двухвалентного железа либо марганца скоро возрастает в слабокислых условиях, но чтобы сделать растворимым алюминий, требуется, дабы рН среды был не более 4. Исходя из этого остаточные продукты одной и той же породы в разных ландшафтах (в различных кислотно-щелочных условиях) смогут очень сильно различаться. Трансформации особенностей среды растолковывают и трансформации в ходе переосаждения особенностей растворителя при его миграции через кору и почву выветривания.

Гидратация считается началом всех более глубоких химических преобразований горных пород. При сотрудничестве с водой большая часть силикатных глинистых минералов включает воду в собственную молекулярную структуру и наряду с этим очень сильно разбухают. Это разбухание есть основной обстоятельством размельчения крупнозернистых изверженных пород, каковые разрушаются благодаря прогрессивному расширению содержащихся в них гидратных минералов.

Гидролиз силикатных минералов представляет собой сверхсложный химических процесс, заключающийся в практически полном разрушении первичной силикатной решетки и в выносе соединяющих ионов. Перестроенная кремний-алюминиевая решетка вмещает большое количество воды и в следствии образуется водный глинистый минерал. Данный процесс примерно возможно выражен следующей химической реакцией (на примере калий — содержащего минерала ортоклаза)

2KAlSi3O8 + 2H2O = Al2Si2O5(OH)4 + K2O + 4SiO 2,

где KAlSi3O8 – ортоклаз, Al2Si2O5(OH)4 – каолинит, K2O — растворенная окись калия, SiO 2, -растворенный кремний

кальций и Натрий — которые содержат полевые шпаты разлагаются похожим методом. Процесс гидратации в естественных условиях очень сильно ускоряется при загрязнении воды, в особенности в присутствии растворенного СО2.

Карбонатизация. Растворенный атмосферный СО2 превращает осадки в весьма не сильный углекислоту со средним значением рН около 6. В то время, когда дождевая вода попадает в грунт, большинство СО2 скоро растворяется в почвенном воздухе и принимает участие в процессах выветривания. В присутствии СО2 намного ускоряются процессы разложения силикатов.

усиление и Ускорение реакции происходит из-за стремительного перехода не сильный углекислоты в гидрогенные и бикарбонатные ионы. При таких условиях вышеприведенная реакция приведет к образованию бикарбоната калия.

2KAlSi3O8+ 2H2O + CO2 = Al2Si2O5(OH)4 + K2CO3 + 4SiO2,

где KAlSi3O8 – ортоклаз, Al2Si2O5(OH)4 – каолинит, K2CO3  — карбонат калия, SiO2 — растворенный кремний

Так, при карбонатизации происходит разрушение силикатной структуры ортоклаза с выделением иона калия и, в качестве конечного продукта, образуется растворимый остаток и глинистый минерал.

При разрушении вторых силикатов происходит образование глинистых минералов с выделением Na2CO3 из натрий содержащих шпатов и Ca(HCO3)2 для кальций содержащих минералов.

Вторым примером химического трансформации карбонатной водой горных пород есть растворение известняков. Карбонат кальция слаборастворим в чистой воде, но при наличии не сильный углекислоты идет следующая реакция:

CaCO3+ H2CO3= Ca +2 + 2(HCO3) —

Ионы Ca и бикарбоната после этого выносятся в раствор, оставаясь среди загрязнителей воды и аккумулируясь в виде характерного поверхностного остатка. Во многих районах данный остаток содержит железо, которое, окисляясь, придает красный цвет земле, известной как терра-росса. Количество растворенного карбоната кальция, что может переносится водой, зависит от количества растворенного СО2.

Окисление. Окисление как один из процессов химического выветривания понимается как химическое соединение с кислородом. Данный процесс особенно характерен для для того чтобы обширно распространенного элемента как железо. Оно входит в состав многих породообразующих минералов — биотитов, авгитов, амфиболитов и высвобождается при том либо другом химическом ходе, скоро окисляется и существует в виде гематита (Fe 2O3) либо его гидратного эквивалента — лиманита.

Как раз трехвалентное железо окрашивает многие земли в красный, коричневый  либо желтый цвет.

Биологическое действие является совокупностью химических процессов преобразования горных пород, происходящих под действием биологических микроорганизмов — и агентов растительности в верхних горизонтах и почве коры выветривания. Действие биологических агентов проявляется конкретно, в виде своеобразных химических реакций либо опосредованно, в виде несложного ускорения вторых процессов химического выветривания.

Двумя наиболее значимыми реакциями выветривания, каковые имеют химическую природу, являются комплексирование и восстановление. Многие анаэробные бактерии приобретают часть нужного им кислорода методом восстановления железа, одного из самых распространенных элементов в горных породах, до двухвалентной формы, а в некоторых случаях — до фактически металла. В следствии образуются двухвалентные соединения, каковые существенно лучше растворяются в воде, чем первичные трехвалентные.

Исходя из этого, восстановление есть главным методом выноса и мобилизации железа его из земли.

Комплексирование содержится в объединении катионов металлов с молекулой углеводорода и есть фундаментальным процессом в поддержании судьбы растений. Корни окружаются концентрацией гидрогенных ионов, каковые смогут обмениваться с катионами соседних металлов. После этого катионы металлов абсорбируются растениями методом комплексирования.

Образующиеся комплексные соединения растворимы лишь в органических растворителях, и нерастворимы в воде. Подобным образом действуют лишайники, изымающие фактически все необходимые им элементы из коренных пород, на которых растут , пока поверхностный слой не будет уничтожен.

Опосредованное действие биологических агентов проявляется, к примеру, во влиянии растительности на количество и качество фильтрующейся воды. Методом перехватывания жидкости растительный покров регулирует количество осадков, достигающих фактически земной поверхности. Оседание на поверхности листовых пластин химических элементов, содержащихся в осадках , изменяет их состав.

микроорганизмы и Гумус земли воздействуют на скорость, с которой вода перемещается через почвенные горизонты и изменяют количественный и качественный состав элементов, содержащихся в фильтрующейся воде. Особенно серьёзным причиной, воздействующим на ход химических процессов, как было сообщено выше, есть содержание в почвенных водах углекислого газа. В ходе жизнедеятельности окисляющих бактерий, разлагающих органические остатки, и дыхания корней растений концентрация СО2 в почвенном воздухе увеличивается с 0,2 до 2%, а в отдельных случаях до 10% , что существенно превышает содержание углекислого газа в атмосферном воздухе. На количество СО2 в почвенном воздухе воздействует последовательность факторов:

n температура (деятельность бактерий очень сильно замедляется с падением температуры ниже 100С);

n  содержание жидкости (биологическая активность существенно понижается, в то время, когда содержание жидкости опускается ниже 10%);

n  аэрация земель;

n  темперамент растительного покрова.

В следствии совокупного действия этих факторов содержание СО2 очень сильно изменяется в зависимости от местных особенностей и сезона. Это отражается на растворимости таких продуктов выветривания как железистые и алюмосодержащие соединения.

Как было сообщено выше, выветривание неразрывно связано с климатом. Связь между характером и климатическими параметрами и типом выветривания прекрасно передают схемы Пельтье. Эти схемы выстроены исходя из следующих упрощений:

механическое выветривание полностью обусловлено оттаиванием и попеременным замерзанием,

химическое выветривание в таковой степени зависит от наличия воды, что его интенсивность обязана прямо соответствовать количеству осадков.

Так, районы, в которых циклы замерзания — протаивания самый действенны и температура довольно часто переходит через точку замерзания, являются ареной самоё активного проявления физического выветривания. Полагая, что химическое выветривание ускоряется при больших температурах и плотном растительном покрове, Пельтье установил районы, где такие условия преобладают. Исходя из сообщённого, Пельтье были выяснены климатические режимы, характеризующиеся различным сочетанием механического и химического выветривания и составлены схемы, дают неспециализированное представление об относительной роли каждого из этих процессов в различных природных территориях.

Не считая климата на ход процессов выветривания влияет рельеф, вернее интенсивность тектонических перемещений, о чем показывал Н.М. Страхов. Он предполагал, что в большинстве случаев химическое выветривание преобладает над механическим. Особенно действенно оно в тропической территории. Территория вторичного максимума приурочена к мокрым районам умеренных широт, не смотря на то, что скорость выветривания тут в 20 раз ниже, чем в тропиках.

Довольно замечательному механическому выветриванию климат помогает лишь в пустынях и на крайнем севере. Но Н.М.Страхов подчеркивал, что с повышением амплитуды рельефа, механическая денудация в форме поверхностного смыва делается такой интенсивной, что она в итоге совсем подавляет химическое выветривание. С целью достижения для того чтобы состояния в гумидных районах тропической территории нужно только стремительное тектоническое поднятие, в то время как в умеренных широтах условия для механической денудации значительно лучше и преобладать она может и при довольно маленьких тектонических поднятиях.

Арктическая территория характеризуется преобладанием физического выветривания, в особенности морозного, обусловленного низкими температурами. Коры выветривания представлены малоизмененными обломочными отложениями малой мощности. Процессы химического выветривания не выражены, вторичных глинистых минералов не образуется.

Перенос водными потоками продуктов разложения ослаблен, органических соединений мало, земли фактически отсутствуют.

Тундра. Так же как в прошлой территории преобладают процессы физического выветривания с весьма малым активностью химического. Из-за низких температур, не обращая внимания на обилие воды, деятельность микроорганизмов подавлена.

Следствием этого есть медленный биологический круговорот атомов, малая продуктивность растительной массы, ослабленная минерализация органических остатков. Типоморфными и вместе с тем самыми подвижными элементами являются, ион водорода и двухвалентное железо (Н+, Fe2+).

В лесной территории с умеренно теплым климатом морозное выветривание ослабляется, и активизируются процессы химического выветривания. Деятельно протекают процессы гидратации, в меньшей степени гидролиза и карбонатизации. С влагой вниз перемещаются (выщелачиваются) растворимые продукты химического выветривания и, в первую очередь, щелочи и щелочные почвы.

В переносе и разложении минеральных веществ значительную роль играются гумусовые соединения (фульвокислоты и их соли) земли и микробы (в основном грибы). Кора выветривания в этих условиях является комплексом продуктов выветривания сиаллитно-глиногенного состава (смесь гидратов алюминия, кремния и железа). Типоморфные элементы — ион водорода, алюминий, железо, кремний.

В громадном недостатке кальций, и многие редкие элементы — кобальт, фтор, молибден, йод.

В степной территории с умеренно непромывным режимом и тёплым климатом формируется сиаллитно-карбонатная кора выветривания, лессовидная, обогащенная карбонатами кальция и калия и магния. Вымытые Cl- SO42- и частично Na, Mg и K входят в состав образующихся глинистых минералов – сиаллитов, содержащих Si и Al2O3 – монтмориллонита, бейделлита и др.

В коре и почвах выветривания существуют как нисходящие, так и восходящие потоки, что ведет к формированию горизонтов, обогащенных солями (сульфатами и хлоридами). Благодаря содержанию кальция грунтовые и почвенные воды имеют слабощелочную реакцию и отличаются высокой прозрачность: коллоиды не вымываются, фиксируясь в коре выветривания. Типоморфными элементами являются кальций, магний, натрий.

В полупустынях умеренного пояса водная миграция и химическое выветривание химических элементов ослаблены и образование глинистых минералов происходит замедленными темпами. В аридных пустынях (субтропических и тропических) господствует физическое выветривание, стимулированное резкими суточными колебаниями температуры. В этих ландшафтных территориях миграция растворов в основном восходящая, они нейтральные либо слабощелочные.

Подъем грунтовых вод ведет к формированию горизонтов, обогащенных легко сульфатами солями (и растворимыми хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов и содой). Типоморфными являются кальций, магний, калий, частично хлор и натрий. На солончаках к типоморфным элементам относится кроме этого сера.

Во субтропиках и влажных тропиках химическое выветривание охватывает слои земной коры в десятки метров и завершается полным разложением минералов, поскольку почвенные воды, обогащенные большим количеством и углекислым газом органических кислот, образующихся при стремительном разложении обильных растительных остатков, владеют громадной разрушительной силой. Из земель вымываются и переходят в раствор большинство оснований и практически вся окись кремния.

Накапливаются наименее подвижные продукты разложения гидроокислы алюминия и железа, каковые образуют коллоидные осадки, сохраняются в земле и придают ей красный цвет. Тропические коры выветривания имеют сиаллитно-ферралитный и аллитный состав, типоморфными элементами являются — Н+, алюминий, железо, типоморфными соединениями — гидраты алюминия, железа, латериты, бокситы, каолины.

Зональность процессов почвообразования и почвенного покрова. Под землёй знают поверхностные рыхлые накопления складывающиеся из минеральной части (мелкораздробленных горных пород в разной стадии выветривания) и органических весов образующихся от разложения в основном растительных остатков. Минеральная часть земель есть источником легко растворимых (подвижных) минеральных солей, нужных для жизнедеятельности растений.

Органические остатки по окончании собственного распада, образуют своеобразные органические соединения (гумусовые кислоты), среди них и растворимые в воде. Между продуктами распада неорганических и органической части происходят обменные реакции, приводящие к образованию новообразований, сохраняющихся в земле в виде жёстких веществ, коллоидных смесей и растворов (органо-минеральные комплексы).

Процессы разрушения как минеральной так и органической частей и обменные реакции происходят лишь в воде и их интенсивность определяется числом, интенсивностью и температурой циркуляции воды. Исходя из этого темперамент земель в плакорных (водораздельных) условиях определяется средним числом осадков при определенных температурных условиях, т.е. есть зональным. При дополнительном увлажнении (поступлении грунтовых вод благодаря их близкого залегания) появляются интразональные земли.

Неорганическая часть земель результат распада горных пород, содержащих соли кремниевой кислоты — силикатов (алюмосиликатов — полевых шпатов и железомагнезиальных силикатов — оливинов, биотитов и пироксенов) и окислов кремния (80% и 20 % неорганической части земли соответственно). К ним необходимо прибавить растворимый углекислый кальций (известняковый шпат), имеющий органическое происхождение.

В зависимости от конкретных климатических условий минеральная часть земель подвергается выщелачиванию. Исходя из этого растворимая часть земель отражает зональные условия, а нерастворимая — азональна и однообразна во всех природных территориях.

Интенсивность химического выветривания минеральной части земель зависит от длительности теплых (с температурой более 00С) и холодных периодов, от длительности сухих и мокрых общего количества и периодов поступающих осадков, потому что при равных температурах различные соединения требуют различного количества воды (различных объемных соотношений). К примеру, для растворения единицы количества карбоната кальция при температуре 00С требуется 104 частей воды, водного сернокислого кальция (гипса) — 103 частей воды, а хлористого натрия (поваренной соли) — 3 части.

Так как поступающее количество воды (осадков) зонально, зональны и процессы растворения, определяющие химических состав почвенных горизонтов. При малых количествах осадков (аридная территория) растворяются легкорастворимые хлориды (NaCl), при повышении количества осадков — растворяются среднерастворимые соединения, к примеру гипс (территория умеренного и достаточного увлажнения), а при систематическом увлажнении начнется вымывание труднорастворимых соединений, к примеру углекислого кальция (территории достаточного и избыточного увлажнения).

Исходя из этого в гумидных территориях из верхних почвенных горизонтов вынесены все растворимые соединения, среди них и CaCO3, и в коллоидных соединениях лесных земель преобладает водородный ион (из диссоциированной воды) и отсутствует кальций. Образующиеся при разложении растительных остатков органические кислоты придают почвенным растворам кислый темперамент. Агрессивные кислые почвенные воды интенсивно разрушают как минеральную часть земель, среди них и силикаты, так и органическую.

Коагуляция небольших частичек земель в этих условиях весьма не сильный и земли бесструктурны либо имеют мелкоплитчатую структуру, неустойчивую в воде. Земли территорий обильного увлажнения различаются повышенным содержанием гидратов окислов железа различной степени гидратации. В зависимости от степени гидратации, эти гидраты придают землям различную окраску: от бурой (подзолистые земли таежной территории), желтоватой (земли территории широколиственных лесов субтропических лесов и умеренного пояса) до красной (красноцветные земли тропической территории).

Влияние различной растворимости на темперамент почвенного профиля четко выражен в лесостепной территории. Осадков в данной территории выпадает меньше, чем в лесной, промываемость земель ниже, исходя из этого в нижних горизонтах почвенного профиля (на глубине 1.2-1.3 м) скапливаются труднорастворимые углекислые соли. На суглинистых материнских породах в почвенном поглощающем комплексе появляется кальций, что мешает вымыванию и, тем самым, содействует накоплению органических соединений.

Лекция ГорГео (12.11.2014) Читает Печёнкин И.Г. Песчаниковые месторождения урана


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: