 |
|
|
Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ |
Что такое кора выветривания
|
Смотрите также:
Элювиальные коры выветривания...
Борис Борисович Полынов. Геохимия ...
Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Итак, сосредоточим наше внимание на коре выветривания.
§ 5. Хорошо известно, что камень, скала, каменная гора издавна приобрели в нашем языке значение символов не только физической прочности, но и моральной устойчивости, „Он тверд, как скала", или „на него можно положиться, как на каменную гору" — вот обычные выражения, которыми пользуются для характеристики надежного, верного своему слову и своим убеждениям человека.
В основе этих образов народной речи лежит, очевидно, представление о камне, о каменной горе и скале, как о чем-то исключительно прочном и нерушимом. Это общежитейское, обывательское представление слагается на основании опыта одного- двух, быть может, даже нескольких поколений. Но как только мы переходим на геологическую или даже историческую точку зрения, прочность камня, каменных скал и каменных сооружений становится для нас уже сомнительной и, во всяком случае, относительной.
Многочисленные предоставленные времени и ныне разрушающиеся памятники зодчества и скульптуры древнего Рима, Египта и Эллады, руины средневековых храмов, замков и крепостей, Великая китайская стена и другие древние каменные постройки показывают нам ясно и убедительно, что разрушаются не только сооружения, как известная композиция, 20 мо и сам каменный материал, из которого они сложены. И отдельных же случаях и наблюдения отдельных людей н образы народного языка резко противоречат общепринятому представлению о прочности камней и каменных скал. Так, например, по свидетельству известного геолога Гейма, и некоторых местах Швейцарии о слабохарактерном и морально неустойчивом человеке говорят: „он также ненадежен, как скала".
И так говорят именно те люди, которые проводят среди каменных скал всю свою жизнь и наблюдают их разрушение собственными глазами. Очевидно, что здесь ни камень, ни скала не могут быть символами прочности и постоянства. Этих символов не может быть и в языке того населения Финляндии, которое живет среди выходов особой разности крупнозернистого гранита, названной ими р а п п а-к и в и, что в переводе на русский язык означает гнилой камень. Вызвано такое название способностью этой разности гранита чрезвычайно быстро разрушаться.
Изучая эти явления естественного разрушения камней, геологи выяснили, что каждая массивная твердая горная порода, появляясь тем или иным путем в наружной оболочке литосферы, неминуемо подвергается разрушению и раздроблению и рано или поздно приходит в состояние рыхлой или, иначе говоря, кластической (обломочной) породы. Непосредственной причиной этого разрушения чаще всего являются температурные колебания, которые, очевидно, должны быть тем более резкими и значительными, чем ближе к поверхности литосферы находится испытывающий их материал. Дождевая капля, падающая на нагретый солнечными лучами кремень, уже способна образовать в нем трещину.
Еще быстрее разрушаются те сложные горные породы, которые слагаются различными минералами с различными Коэффициентами теплового расширения. Вода и растворы, заполняющие в обнаженных скалах и камнях трещины и всякого рода полости, при замерзании и кристаллизации распирают их, и таким образом еще больше способствуют разрушению камней и скал. Динамическое воздействие на горные породы движущегося льда, водных и воздушных потоков довершает это разрушение. Само собой разумеется, что эффекты такой работы не могут проявить себя в более или менее заметной форме на той, значительно большей части поверхности литосферы, которая ныне покрыта водой, т. е. на дне океанов и морей. Там преобладает процесс отложения осадков и там температура и давление являются более постоянными. Но не следует забывать, что очертания морей и материков в течение времени существования нашей планеты резко изменялись и изменяются ныне, и там, где теперь мы наблюдаем море, раньше могла быть и в будущем может быть суша. И, рассматривая этот процесс разрушения горных пород в исто- рико-геологическом масштабе, мы должны признать его крупнейшим фактором превращения материи, характерным для поверхностной части литосферы.
§ 6. Переход горных пород из массивного в кластическое состояние или, как говорят, выветривание массивных пород, не ограничивается изменением лишь только формы их, но связывается с целым рядом процессов движения и превращения материи.
В самом деле, всякое раздробление массива, монолита горной породы или вообще глыбы твердого тела влечет за собой, прежде всего, увеличение свободной поверхности этого тела, т. е. поверхности раздела между ним и окружающей его средой. Но нам хорошо известно, что всякая поверхность раздела, т. е. граница между твердым и жидким или твердым и газообразным состоянием материи обладает совершенно особыми физико-динамическими свойствами, и эти свойства проявляют себя коли- чественно тем больше и качественно тем ярче, чем больше отношение поверхности раздела к ограничиваемой ею массе, т. е., иными словами, чем больше удельная поверхность. Колоссальное возрастание общей и удельной поверхности по мере размельчения твердого тела общеизвестно. Достаточно напомнить, что при раздроблении куба, сторона которого равна 1 см, объем 1 куб. см и поверхность 6 кв. см, на частицы, из которых каждая представляет собой Кубик со стороной в 0.01 мм, общая поверхность раздробленного материала достигает 6000 кв. см и во столько же раз возрастает удельная поверхность каждой отдельной частицы по сравнению с удельной поверхностю 1 куб. см.
Громадное количество молекулярных сил, которые до раздробления твердого тела уравновешивались между собой ънутри его, после раздробления вступают во взаимодействие с новой средой, и, естественно, чем больше поверхность соприкосновения с этой новой материальной средой, тем успешнее протекают эти взаимодействия. Нам известны многочисленные примеры этих воздействий и проявлений поверхностных сил. Сюда относится поглощение поверхностью газов, паров и ее сцепление с жидкими телами, но самым замечательным и существенным моментом в превращении материи является то обстоятельство, что, достигая известных размеров удельной поверхности, твердые тела, оставаясь таковыми, т. е. не растворяясь и не переходя в жидкое состояние, приобретают способность вступать своей поверхностью во взаимодействия с диссоциированными ионами растворов — иначе говоря, начинают принимать участие и реакциях химического характера. С другой стороны, хорошо известно также, что в прямой связи с увеличением удельной поверхности находятся процессы распыления и растворения твердых тел. Как бы ни был велик удельный вес кГОго-либо твердого тела, например, железа или меди, но путем размельчения куска такого металла его можно превратить в такой тонкий порошок, который не будет тонуть в воде.
Отношение поверхности отдельной крупинки такого порошка к массе этой-же крупинки достигает настолько крупных размеров, что совокупность поверхностных сил сцепления, возникающих между крупинкой и облекающей ее водой, значительно преобладает над весом ее (силой тяжести), и крупинка или остается в воде во взвешенном со- стоянии или же падение ее совершается со скоростью бесконечно малой величины и практически не улавливается наблюдением.
Так совершается распыление твердой материи не только в жидкой, но и в газообразной среде. И так как взаимодействие между поверхностью распыленной твердой частицы и жидкостью по мере уменьшения частицы возрастает, то неудивительно, что это состояние физического распыления постепенно переходит в диссоциацию, т. е. распад молекул иа ионы, иначе говоря, в химическое растворение. Все это делает очевидным, что всякая кластическая твердая масса при прочих равных условиях является более активной и деятельной, нежели то же количество массы, состоящей из того же материала, но представленное в форме сплошной плотной глыбы.
Разрушение и раздробление массивных горных пород есть, таким образом, процесс перехода материи в более активное состояние. При этом процессе меняется форма материи и энергии. И такой трансформации подвергается как поглощаемая горными породами космическая и в особенности солнечная энергия, так и внутренняя энергия частичных с ил, п р и с у- щая твердому состоянию материи и как бы освобождаемая при его раздроблении.
Этот процесс, являясь чрезвычайно знаменательным и характерным для верхней оболочки литосферы, естественно "обособляет эту оболочку от остальной ее массы, и эту-то обособленную оболочку мы и будем называть корой выветривания:
Итак, кора выветривания есть та верхняя часть литосферы, которая слагается рыхлыми продуктами раздробления изверженных и метаморфических пород.
Сопоставляя плотность этих изверженных и метаморфических пород с рыхлым состоянием коры выветривания, жидким состоянием гидросферы и газообразным атмосферы, мы убедимся, что по мере передвижения из глубин земной коры к ее периферии, материя стремится принять все более1 и более рассеянное или, иначе говоря, дисперсное состояние. И можно сказать, что различие между этими оболочками заключается, по преимуществу, в степени дисперсности, материи. Количественный характер этого различия выяв- . ляется особенно ярко, если принять во внимание, что минералы изверженных и метаморфических пород заключают в .себе рассеянные пузырьки жидкостей, паров и газгов, что водные растворы, пары и газы циркулируют между твердыми частицами рыхлой коры выветривания, а атмосфере и гидросфере свойственны, как известно, распыленные твердые тела. Итак, каждая из этих оболочек представляет своеобразную сложную дисперсную систему, и эти дисперсные системы отличаются одна от другой не только по -степени дисперсности материи, но и по свойствам дисперсионной среды и рассеянной в ней дисперсной фазы.
В глубоких частях литосферы дисперсионной средой является твердая масса, а дисперсная фаза представлена рассеянными включениями жидкостей и газов; гидросфера имеет своей дисперсионной средой жидкую воду, а дисперсными фазами здесь являются растворенные газы и твердые тела; атмосфера—газообразная среда с распыленными парами и твердыми телами. У этих оболочек границы между дисперсионной средой и дисперсными фазами ясны и достаточно определенны. Что же касается коры выветривания, то она как-раз характеризуется неопределенностью этих границ, и в ее пределах переходы дисперсионной среды в дисперсную фазу обычны на сравнительно небольших пространствах. Так, например, в песке с порозностью в 30—40°/о дисперсионной средой является несомненно твердая масЛ* но в наносах, у которых порозность достигает 60°V и более,, твердая масса уже переходит в дисперсную фазу, а воздух или вода, заключенные в порах, становятся дисперсионной средой.
§ 7. Все эти свойства и особенности коры выветривания являются, как мы это видели, результатом ее рыхлого раздробленного состояния. Но как ни значительно и ни характерно это состояние для коры выветривания, все же ни это состояние само по себе, ни те следствия, которые непосредственно из него вытекают, не являются достаточным материалом не только для полной, но и для общей характеристики этой оболочки. И для того, чтобы завершить эту характеристику, необходимо обратить внимание и на некоторые другие категории явлений.
Представим себе, что мы находимся где-либо в области действующих вулканических сил, хотя бы, например, в окрестностях Везувия, и наблюдаем действие сольфатор—выделение в парообразном состоянии ювенильной серы. Эти пары серы чуть ли не на наших глазах переходят сначала « жидкое, а потом в твердое состояние. Само собой разумеется, что этот процесс совершается при потере тепла. Образовавшаяся твердая сера не представляет на земной поверхности вполне устойчивого состояния. Рано или поздно, прямым химическим путем или при посредстве микроорганизмов она подвергается окислению, причем эта реакция окисления—соединения с кислородом — имеет экзотермический характер, т. е. сопровождается выделением тепла, л самый процесс окисления серы схематически можно выразить в следующей форме: S+ЗО—S03+432kdg, т. е. соединение 32.06 г серы с 48 г кислорода образует 80.06 г серного ангидрида и сопровождается выделением 432 килоджоулей тепловой энергии. Но получившийся серный ангидрид совершенно неустойчив: он прежде всего жадно соединяется с водой, переходя в серную кислоту,—также энергичный деятель на земной поверхности, дающий путем взаимодействия с различными солями и их основаниям* сернокислые соли, причем и эти превращения также отмечаются выделением тепла: S03 + Н20 —> H2S04 + 89 kdg H2S04 + K2C03~+K>S04+ H20 + CO, + 805 kdg. Образующиеся сернокислые соли (сульфаты) более устойчивы, но и они стремятся перейти в наиболее устойчивую форму, наименее растворимой соли—в данном случае сернокислый кальций: K2S04 + CaCl2— CaS04 + 2KCl + 59 kd
Мы видим, таким образом, что ювенильная сера, достигшая земной поверхности, под влиянием кислорода воздуха и атмосферной воды претерпевает ряд превращений, изменяя "как аггрегатное состояние, так и состав своих соединений с другими элементами, причем все эти превращения, сопровождаясь выделением тепловой энергии, приводят серу в состояние наиболее устойчивого и наиболее инертного в данных условиях соединения.
Сера на земной поверхности, в среде кислорода и в присутствии парообразной или капельно-жидкой воды, подобна камню, висящему над пропастью, заключает в себе запас некоторого количества потенциальной энергии. И как сорвавшийся камень и упавший на дно пропасти приходит в относительно покойное состояние, так и сера, расточив энергию во время своих превращений, переходит в наиболее инертное и наименее активное соединение. Мы имеем основание полагать, что приведенный пример характеризует вообще тот ряд превращений, которому подвергается материал ювенильного происхождения, когда он попадает на земную поверхность или в пределы коры выветривания.
В результате таких экзотермических превращений выделяемая тепловая энергия должна отчасти переходить во внешние оболочки: гидросферу и литосферу,, а отчасти рассеиваться в мировом пространстве и принимать участие уже в процессах космического порядка, а в коре выветривания должны накопляться наиболее инертные и малоподвижные состояния материи. И это отчасти подтверждается большим распространением на земной поверхности и в пределах коры ва»е гривания кислородных, водных, карбонатных и других солеобразных соединений, которые, являясь результатом взаимодействия элементов литосферы с кислородом, водой и углекислотой атмосферы, действительно представляют собой мало активные соединения, соединения, если и способные вступать в реакции, то преимущественно лишь при условии притока энергии извне.
Эти соединения, погружаясь в течение последующих веков вместе с пластами заключающих их осадочных пород в более глубокие оболочки земной коры и опять изменяя свои формы состояния и подвергаясь перегруппировке элементов, принимают новые запасы энергии и снова расточают и рассеивают ее при возвращении в кору выветривания.
Таким образом, как будто выходит, что как раздробление горных пород, приводящее их в более активное состояние, так и совокупность экзотермических реакций, охватывающих появляющиеся в коре выветривания ювенильные соединения,—все это направлено к выделению энергии, которая, проявляя себя в пределах коры выветривания в разнообразных формах движений и взаимодействий, в конце концов в большей или меньшей степени рассеивается в мировом пространстве.
|
|
|
|
К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков