Кора выветривания: формирование и практическое значение

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный социально-педагогический университет»

 

Естественно-географический факультет

Кафедра географии и геоэкологии

 

Кора выветривания: формирование и практическое значение.

 

Курсовая работа

по специальности «География»

 

 

«Прошла защиту»                                           Исполнитель:

Оценка__________________                            Карашова М.А.(гр. ЕГФ-ГБZ-11)

Дата    ___________________                           ___________________________

Предподаватели                                               Научный руководитель:

________________________                             Дяченко Н.П., канд. пед. наук,  ________________________                             доцент

                                                                             __________________________

Волгоград-2015

 

Содержание

Введение……………………………………………………………….……..3

Глава 1. Общие сведения о выветривании

1.1. Понятие выветривания………………………………………………..5

1.2.Типы выветривания…………………………………………………….7

Выводы по первой главе………………………………………….………..19

Глава 2. Формирование коры выветривания

2.1. Кора выветривания……………………………………………………20

2.2.Свойства и особенности коры выветривания...................................23

Выводы по второй главе…………………………………………….…….28

Заключение ………………………………………………………………….29

Список литературы…………………………………………………………32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

     На земной поверхности горные породы находятся в условиях тесного взаимоотношения с атмосферой, гидросферой и биосферой и под их воздействием начинают разрушаться и преобразовываться. Изучение коры выветривания имеет большой теоретический и практический интерес. За нижнюю границу выветривания следует принимать уровень грунтовых вод в данной местности. Выше уровня грунтовых вод имеются благоприятные условия для развития процессов выветривания – горные породы здесь периодически смачиваются атмосферными осадками, а в порах и пустотах пород циркулирует воздух.

     Выветривание происходило на протяжении всей геологической истории. Следы древних процессов гипергинеза сохранились в виде остатков древних кор выветривания, обычно погребенных под более молодыми отложениями. Изучая кору выветривания можно установить особенности климата данной местности в период её формирования. К ней приурочены месторождения многих полезных ископаемых: руды, железа, марганца, алюминия, никеля, огнеупорных глин, а также россыпные месторождения золота, драгоценных камней и платины. Из россыпей полезные ископаемые извлекаются значительно легче, чем из материнских невыветренных магматических пород, содержащих их в рассеянном виде. Кора выветривания представляет интерес не только для геолога-поисковика, геоморфолога, климатолога, но и для специалистов ещё ряда геологических, а также биологических, географических и других профилей.

     Из этого следует, что тема нашей курсовой работы «Кора выветривания: формирование и практическое значение».

 

 

Цель работы: изучить кору выветривания, ее формирование и практическое значение.

Объект исследования: кора выветривания

Задачи исследования:

1. изучить литературу, посвященную  выветриванию;
2. установить понятия выветривания, кора выветривания;
3. изучить процессы формирования коры выветривания ;
4. определить ее практическое значение.

 

Структура работы. Работа  состоит из введения, двух глав, выводов по главам, заключения, списка литературы и приложений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Общие сведения о выветривании

1.1.Понятие выветривания

     Выветривание  представляет собой процесс изменения (разрушения) горных пород и минералов  вследствие приспособления их  к условиям земной поверхности. Оно состоит в изменении физических  свойств минералов и горных  пород, главным образом сводящегося  к их механическому разрушению, разрыхлению и изменению химических  свойств под воздействием воды, кислорода и углекислого газа  атмосферы и жизнедеятельности  организмов.

     Процессы выветривания  происходят главным образом на  суше, но частично и на дне  водных бассейнов.

     Факторами  выветривания являются: нагревание  пород и минералов солнечными  лучами (инсоляция); кислород, углекислый  газ и водяные пары атмосферы, жидкая вода, выпадающая на поверхность  земли и проникающая в ее  верхние слои, и, наконец, органическое  вещество и живые организмы.

     В понятие  выветривания не входят процессы  разрушения горных пород под  действием ветра, а несколько  созвучно «ветру» это слово  лишь потому, что является неверным  переводом соответствующего немецкого  термина. Не входит в него и  разрушительная работа подземных  и текучих вод, льда, вод озер  и морей, представляющая собой  разновидность денудации.

     Выветривание  горных пород  сложный процесс, в котором выделяют несколько  форм его проявления. Первая из  них — механическое дробление  горных пород и минералов без  существенного изменения их химических  свойств — носит название механического, или физического, выветривания.. Вторая  форма — химическое изменение  вещества, приводящее к превращению  исходных минералов в новые, не похожие на них, — называется химическим выветриванием. Минералы и горные породы физически и главным образом химически изменяются также под воздействием жизнедеятельности организмов и органического вещества, образующегося при их разложении. Этот процесс рассматривают как третью форму выветривания — органическое, или биохимическое, выветривание. Проявление всех типов выветривания происходит одновременно, но напряженность и преобладание того или другого типа всецело зависят от климатических условий данной местности.

Выветривание- это изменение горных пород любого состава и структуры, которое происходит в поверхностных условиях под совокупным действием физических, химических и биохимических процессов. Под действием этих процессов горные породы и слагающие их минералы в приповерхностной  части земной коры преобразовываются.

 Сам процесс выветривания  довольно сложен и протекает  весьма медленно. Он зависит от  климата, рельефа местности, где  выступают коренные породы, наличия  разрывных нарушений, состава организмов, участвующих в процессе выветривания, а также от их структурно- текстурных особенностей. Преобладающим фактором среди физико- географических является климат , от которого зависит движущая сила процессов выветривания. От состояния климата и длительности его воздействия зависят глубина преобразования горных пород и возникновение стадийности выветривания , которое выражается зональностью кор выветривания . Из совокупности климатических элементов наибольшее значение имеет общее количество солнечной энергии, выраженной в температурном факторе и степени увлажненности [2].

 

 

 

1.2 Типы выветривания

Физическое выветривание.

Физическое выветривание ( Рис 1.1)– это дробление материнских пород, их дезинтеграция без существенного изменения состава минеральных зерен. Такое выветривание характерно для Арктики, Антарктики, горных районов, областей аридных зон – пустынь, полупустынь со скудным содержанием влаги в почве, весьма малым годовым количеством осадков при сильном солнечном нагреве, со значительным колебанием суточных и сезонных температур.[1]

                  

Рис.1.1 Следы физического выветривания[www.vevivi.ru ].

Физическое выветривание происходит, в основном, под действием изменения температуры, замерзания-оттаивания воды, действия сверлящих (роющих) животных, животных, корневой системы растений, кристаллизации содержащихся в капиллярной воде солей. Существенных изменений состава обломков при этом не происходит.

Среди факторов выветривания отметим, в первую очередь, изменение температуры – суточные, сезонные.

Горные породы являются агрегатом зерен различного состава, которые по разному реагируют на изменение температуры. Они обладают отличающимися коэффициентами объемного и линейного расширения, т.е. при нагревании на 1⁰С увеличивают свой объем или длину на разную величину. Например, у кристаллов кальцита по направлениям, параллельным оси симметрии третьего порядка и перпендикулярным к этой же оси, коэффициенты различаются существенно, составляя 25,6•10-6 и 5,5·10-6 соответственно. Не менее значительны различия этих коэффициентов у разных минеральных индивидов. Так у кварца он составляет 3,1•10-4, у ортоклаза – 1,7·10-3. При нагревании гранитной породы до 50⁰С размер каждого зерна кварца увеличивается на 15%. Поскольку температура в течение чуток меняется, то различия в коэффициентах объемного и линейного расширения приводят к ослаблению связей между зернами. Порода растрескивается и делится на обломки. При физическом выветривании действуют и силы кристаллизации. Вода при замерзании, превращаясь в лед, увеличивает свой объем на 9%. При этом порода как бы расклинивается по трещинам и разрушается. Отмечается также влияние тектонических напряжений. Под их воздействием пласты пород изгибаются, сминаются с образованием разрывов, трещинноватости, т.е. происходит нарушение целостности породы. Ударное действие волны, абразия, и ветра, корразия – важные факторы физического выветривания. Волны морского прибоя и течения приводят к механическому разрушению коренных пород. Ударная волна, несущая камни, песчинки, действует на породы берега, вызывая их обрушение и растворение. Подводная абразия действует на дне озер, морей, океанов, на глубинах до нескольких десятков метров в озерах, морях и до 100 и более метров в океанах. Явление абразии и корразии – механическое разрушение, шлифование, истирание поверхности породы при трении и столкновении с твердыми частицами пород, происходят не только за счет переноса частиц движением воды, но и при переносе ветром, льдом, при перемещении под действием силы тяжести. Эрозионная деятельность льда проявляется в Арктике, в Антарктике, в хонах высоких широт, в высокогорьях. Льды, сползая, истирают и дробят породы.

Составной частью физического выветривания, эрозии и денудации является действие гравитационных факторов, определяющих начальную дифференциацию обломочного материала. Более крупные обломки накапливаются на склонах, у подножий, в понижениях рельефа. Более мелкие уносятся водой, ветром иногда на сотни километров от разрушающего массива.

В зависимости от ведущего фактора, определяющего процессы разрушения пород, выделяется несколько разновидностей физического выветривания – морозное ( Рис 1.2), снежное, инсоляционное (в пустынях), биологическое, ледовое. При механическом выветривании действует комплекс процессов, характерный и для химического разложения, но при резком преобладании физического разрушения горных пород. Не перемещенные продукты, в виде разновеликих обломков, остаются на месте разрушения с постепенным переходом в неизменную породу, образуя физический элювий. В. Т. Фролов называет такой элювий каменистыми развалами или каменными руинами. Мощность слоя физического элювия различна и может достигать 30-40 м.

Рис.1.2 Результат морозного выветривания [ www.vevivi.ru].

К числу остаточных образований относятся остающиеся на месте грубообломочные продукты механического дробления пород – перлювий после вымывания или выдувания тонких частиц, мелкозема. Образование перлювия происходит при участии течений, волнений, деятельности ветра, грунтовых вод. При этом могут образоваться скопления конкреций, фаунистических остатков, тяжелых минералов. В. Т. Фролов считает их горизонтами конденсации по механизму накопления компонентов, сходному с повышением концентрации элементов при выпаривании.[3]

Механическое выветривание происходит под механическим воздействием посторонних агентов. Особенно большое разрушительное действие оказывает замерзание воды. Когда вода попадает в трещины и поры горных пород, а потом замерзает, она увеличивается в объеме на 9 — 10%, производя при этом огромное давление. Такая сила преодолевает сопротивление горных пород на разрыв, и они раскалываются на отдельные обломки. Наиболее интенсивное расклинивающее действие производит замерзающая вода в трещинах горных пород. Но под влиянием замерзающей воды легко дробятся и породы с высокой пористостью, в которых поровое пространство занимает около 10 — 30% объема (песчаники и другие осадочные породы). Процессы, связанные с воздействием периодически замерзающей воды, часто называют морозным выветриванием. Оно наблюдается в высоких полярных и субполярных широтах, а также в горных районах выше снеговой линии, где в ряде случаев проявляется и температурное выветривание.

Такое же механическое воздействие на горные породы оказывают корневая система деревьев и роющие животные. По мере разрастания деревьев увеличиваются в размерах их корни. Они давят с большой силой на стенки трещин и раздвигают их как клинья и тем самым вызывают раскалывание породы на отдельные глыбы и обломки. Часть таких глыб выталкивается вверх. Механическое воздействие оказывают и различные роющие животные, такие, как земляные черви, муравьи, грызуны и др.

Дезинтеграцию пород вызывает также рост кристаллов в капиллярных трещинах и порах. Это хорошо проявляется в условиях сухого климата, где днем при сильном нагревании капиллярная вода подтягивается к поверхности и испаряется, а соли, содержащиеся в ней, кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов капиллярные трещины расширяются, что и приводит к нарушению монолитности горной породы и ее разрушению [6].

 

 

 

 

 

 

 

Химическое выветривание.

Когда механическое выветривание разбивает породу на части, увеличивается общая площадь ее поверхности, подвергающейся внешним воздействиям, и возрастает химическое выветривание. Химическое выветривание разрушает породу посредством реакций, в которых участвуют химические элементы породы и комплексы минералов. Они изменяют химический состав и форму породы. Это более медленный процесс, чем физическое выветривание.

            

Рис.1.3  Следы химического выветривания [www.vevivi.ru ].

Химическое выветривание происходило многие миллионы лет, но с добавлением антропогенных промышленных выбросов в атмосферу и гидросферу Земли некоторые формы химического выветривания усилились.

Химическое выветривание протекает одним из следующих путей:

• Окисление = реакция с кислородом 02.

• Гидролиз = реакция с водой н20.

• Действие кислот = реакция с кислотами (н2СОэ, h2S04, h2so3).

Самой важной природной кислотой является угольная кислота, которая образуется, когда двуокись углерода растворяется в воде (С02 + н20 = н2С03). Карбонатные осадочные породы, такие как известняк и мрамор, особенно чувствительны к химическому выветриванию такого типа. Выемки и канавки, которые часто видны на выходах карбонатных пород, представляют собой примеры химического выветривания.

Некоторые химические реакции увеличивают скорость химического выветривания. По всей видимости, наиболее известное и самое достойное освещения в печати химическое выветривание происходит под действием кислотных дождей. Кислотные дожди образуются, когда химические вещества в атмосфере реагируют с водой и возвращаются на землю в кислотной форме в виде дождя. Когда это происходит, этот процесс известен как выщелачивание. Если кислотный дождь попадает на известняковые статуи, монументы и надгробия, он может растворить, обесцветить или нарушить форму их поверхности в результате реакции с химическими элементами породы. Исторические ценности, такие как статуи и здания, построенные сотни и тысячи лет назад, страдают от такого рода выветривания, побочного продукта промышленного загрязнения.

Химическое выветривание приводит к замещению исходных минералов горных пород новыми минералами. Эти замещенные минералы могут обладать совсем другими механическими свойствами, такими как прочность и ковкость. Например, если образуются глины, они могут быть не такими неподатливыми, какими могли быть исходные породы, а гораздо более пластичными. Химическое выветривание неизменно ослабляет горные породы, увеличивая шансы для перемещения масс.