Эндогенные и экзогенные процессы

 

 ЭКЗОГЕННЫЕ И  ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

 

Экзогенные процессы - геологические  процессы, происходящие на поверхности  Земли и в самых верхних  частях земной коры (выветривание, эрозия, деятельность ледников и др.); обусловлены  главным образом энергией солнечной  радиации, силой тяжести и жизнедеятельностью организмов.

Эрозия (от лат. erosio - разъедание) - разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.

Работа ледников - рельефообразующая  деятельность горных и покровных  ледников, состоящая в захвате  частиц горных пород движущимся ледником, переносе и отложении их при таянии льда.

 Эндогенные процессы - геологические процессы, связанные  с энергией, возникающей в недрах  твердой Земли. В астеносфере и более глубоких оболочках земного шара действуют мощные силы, возникающие в результате процессов преобразования и перемещения вещества в земных оболочках. В ряде случаев эти силы приводят к воздействию на земную кору.

 

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Землетрясения - сравнительно кратковременные и внезапные колебания земной коры. Они изучаются специальной наукой- сейсмологией. Все явления, обусловленные землетрясениями, называются сейсмическими.

   Землетрясения относятся к одним из наиболее впечатляющих и часто катастрофических по своим последствиям современных геологических процессов. Вместе с тем, они происходили и в прошлые геологические эпохи. Следы древних землетрясений фиксируются подводно-оползневыми деформациями осадков, отложениями мутьевых потоков и нептуническими дайками (трещинами, заполненными осадочным материалом).

В зависимости от причин, вызывающих землетрясения, выделяют три их основных типа: денудационные, вулканические и тектонические.

Денудационные (обвальные) землетрясения происходят вследствие крупных обвалов пород в горных районах и подземных обвалов (преимущественно в кровле карстовых пещер). Денудационные землетрясения немногочисленные (около 1 %всех

зарегистрированных) и относительно слабые. Строго говоря, по генезису их следует относить к экзогенным явлениям.

Вулканические землетрясения возникают в непосредственной близости от действующих вулканов в момент усиления их активности, предшествуя или сопровождая извержения вулканов. Наиболее вероятные причины таких землетрясений - взрывы вулканических газов, гидравлические удары магмы, движущейся по каналу сложной формы.

Тектонические землетрясения связаны со скачкообразной разгрузкой длительно накапливающихся напряжений в земной коре. Медленные тектонические движения приводят к нарастанию напряжений в горных породах, и при переходе их через предел прочности породы разрушаются. Это происходит практически мгновенно с относительным перемещением блоков пород по глубоким разломам (существующим и вновь образованным) и с выделением огромной энергии. Тектонические землетрясения

наиболее многочисленные (95 % всех зарегистрированных) и разрушительные.

Тектонические землетрясения иногда провоцируются техногенными причинами. В этих случаях землетрясения называются наведенными. Приведем основные факторы, которые играют роль спускового механизма для наведенных землетрясений: давление толщи воды в связи с заполнениями крупных водохранилищ; нейтрализация геостатической нагрузки, уменьшение трения и прочности пород в зонах разрывных нарушений вследствие закачки под давлением жидкости в скважины; подземные ядерные взрывы; перераспределение напряжений в массивах горных пород при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Известно большое число наведенных землетрясений, связанных

с заполнением водохранилищ (Гувер, США, 1935 г.; Синьфынцзян, Китай, 1962 г.; Кремаста, Греция, 1965 г. и др.). Сильные землетрясения, вызванные подземными горными работами, зарегистрированы в нашей стране - на Втором Соликамском

руднике (Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей в Пермекай области, 1995 г.) и руднике «Умбозеро» (Лавозерское месторождение редких металлов в Мурманской области, 1999 г.). Эти землетрясения сопровождались разрушением

горных выработок на большом протяжении и обрушением выработанного пространства.

Изменение локальной сейсмичности выявлено при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. По мнению многих специалистов, сильнейшие землетрясения, пронешедшие в районе газового месторождения Газли (Узбекистан) в 1976 и 1984 гг., обусловлены большими объемами пластовых вод, поступивших в газоносную структуру на место добытого газа._

 

Сила (интенсивность) землетрясения обычно оценивается в баллах на основании записей сейсмографов (по величине колебаний при толчках), субъективных ощущений людей и наблюдаемых разрушений. В нашей стране действует принятая в 1952 г. 12-балльная шкала (ГОСТ 6249-52):

Балл	Название землетрясения	Краткая характеристика
1	Незаметное	Отмечается только сейсмическими  приборами
2	Очень слабое	Ощущается отдельными людьми, находящимися в состоянии полного  покоя
3	Слабое	Ощущается лишь небольшой  частью населения
4	Умеренное	Распознаётся по лёгкому  дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен
5	Довольно сильное	Общее сотрясение зданий, колебание  мебели. Трещины в оконных стёклах  и штукатурке. Пробуждение спящих
6	Сильное	Ощущается всеми. Картины  падают со стен. Откалываются куски  штукатурки, лёгкое повреждение зданий.
7	Очень сильное	Трещины в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также  деревянные постройки остаются невредимыми.
8	Разрушительное	Трещины на крутых склонах  и на сырой почве. Меняется уровень  воды в колодцах. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Падают дымовые трубы. Сильно повреждаются капитальные здания.
9	Опустошительное	Сильное повреждение и  разрушение каменных домов.
10	Уничтожающее	Крупные трещины в почве. Оползни и обвалы. Разрушение каменных построек. Искривление ж.-д. рельсов.
11	Катастрофа	Широкие трещины в земле. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные  дома совершенно разрушаются
12	Сильная катастрофа	Изменения в почве достигают  огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения  рек. Ни одно сооружение не выдерживает. На земной поверхности видны волны.

 

 

 

 

Вулканизм

Температура в астеносфере  составляет около 1200 градусов С. Магма из астеносферы проникает в полости в нижних слоях литосферы, образуя так называемый магматический очаг. Поскольку при движении вверх давление понижается, магма стремится увеличить свой объем и начинает пробивать себе дорогу по трещинам и ослабленным зонам литосферы. Если движение магмы происходит горизонтально или же она не достигает поверхности Земли, то она медленно застывает с образованием интрузивных тел. Если же магме удается  добраться до поверхности Земли, то она извергается; этот процесс принято называть вулканизмом. В процессе движения вверх  

 

Выветривание — это совокупность процессов качественного и количественного  изменения состава и свойств  горных пород и слагающих их минералов  под воздействием агентов атмосферы, гидросферы и биосферы, ведущих к  трансформации и транслокации вещественного состава поверхностных слоев литосферы и превращению ее в кору выветривания, которая может быть элювиальной (остаточной), транзитной (элювиально-аккумулятивной) и аккумулятивной, а также современной, древней и ископаемой.

 

 

Физическое (механическое) выветривание. Этот процесс протекает под влиянием изменений температуры (тепловое расширение и сжатие минералов), замерзания (расширение) и таяния (сжатие) попадающей в трещины породы воды, механической деятельности ветра, воды, льда, истирания в гравитационном или водном потоке, разрыхляющей деятельности корней растений. В результате монолитная порода с плотностью 2,5— 2,6 г/см³ превращается в рухляк выветривания с плотностью 1,2—1,5 г/см³ и порозностью 40—50%. При этом возрастает общая степень дисперсности материала и резко растет его удельная поверхность, подвергающаяся воздействию химических реагентов.

Химическое  выветривание. Первостепенная роль в химических процессах выветривания принадлежит растворению в воде, возрастающему с увеличением степени дисперсности породы. Взаимодействие раздробленной породы с водой приводит к переходу в раствор значительных количеств катионов и анионов — на первых стадиях выветривания преимущественно силикатов, алюминатов и карбонатов щелочей и щелочно-земельных металлов, что способствует высокой щелочности растворов на этих стадиях. Постепенно щелочная реакция среды по мере выщелачивания катионов сменяется нейтральной и переходит на зрелых стадиях выветривания в кислую. Смена этих стадий происходит быстрее на бедных основаниями кислых породах, чем на богатых или основных. В результате выветривания путем растворения и выщелачивания граниты могут потерять 30—35% своей массы, базальты — 75—90, а известняк — до 99%.

При гидратации минералов  происходит резкое увеличение их объема и растворимости. Так, при гидратации ангидрита объем увеличивается  на 50—60%, а растворимость в чистой воде при 20°С возрастает от практического нуля до 2,6 г/л.

Гидролиз минералов, реагирующих  с водой, сопровождается их существенными  преобразованиями, например:

СаСО₃ + Н₂О –> Са (ОН)₂ + Са(НСО₃)₂ кальцит

 

KAlSi₃O₈ + Н₂O –> КОН + HAlSi₃O₈ ортоклаз

 

HAlSi₃O₈ + 4Н₂O –> Al (OH)₃ + 3H₂SiO₃ CaAl₂Si₂O₈ + 2H₂O –> Ca (OH)₂ + H₂Al₂Si₂O₈

анортит

H₂Al₂Si₂O₈ –> 2SiO₂ • H₂O + A1₂O₃

Na₂Al₂Si₆O₁₆ + 2H₂O –> 2NaOH + H₂Al₂Si₂O₈ + 4SiO₂ альбит

H₂Al₂Si₂O₈ –> 2SiO₂ • H₂O + Al₂O₃

Образующиеся при гидролизе  первичных минералов растворимые  и коллоидные соединения кремния, алюминия и катионы служат исходным материалом для новообразования вторичных  глинистых минералов, аккумулирующихся в корах выветривания.

Окисление является одним  из активных процессов выветривания минералов, причем самых разнообразных:

4CaFeSi₂O₆ + O₂ + 4Н₂СО₃ + 6Н₂O –> 4СаСO₃ + 4FeOOH + авгит + 8H₂SiO₃

2FeS₂ + 7O₂ + Н₂O –> 2FeSO₄ + 2H₂SO₄

12FeSO₄ + 3O₂ + 36H₂O –> 4[Fe₂(SO₄)₃•9H₂O] + 2Fe₂O₃

4FeS₂ + 15O₂ + 10H₂O –> 4FeOOH + 8H₂SO₄

Окислительные процессы ведут  обычно к сильному подкисле-нию среды и интенсивному выносу катионов в условиях достаточного увлажнения.

Восстановление играет существенную роль в выветривании минералов, содержащих элементы с переменной валентностью в окисленной форме. Этот процесс  часто идет при участии хемо-трофных микроорганизмов в условиях дефицита кислорода.

Большой агрессивностью по отношению  к минералам обладают продуцируемые  организмами и выделяемые в среду  органические кислоты — щавелевая, яблочная, лимонная и т. д., а также  гумусовые кислоты, особенно фульвокислоты. Поскольку, как установил Б. Б. Полынов, стерильного выветривания в природе не бывает, организмам принадлежит существенная роль во всех трансформациях минералов и образовании подвижных продуктов, выветривания.

Минералы горных пород  в различной степени подвергаются процессам выветривания. По своей  устойчивости к выветриванию они  образуют следующие ряды:

гипс < калиевые полевые шпаты < доломит 

« оливин < анортиг < апатит < авгит < роговая обманка < альбит

< биотит < мусковит < ортоклаз 

« кварц < магнетит < циркон

 

Биологическое выветривание — это процессы механического разрушения

и химического изменения горных пород и минералов под действием

организмов и продуктов их жизнедеятельности. Все процессы разрушения

горных пород в поверхностных  слоях земли совершаются при

активном участии организмов; нет самостоятельных, чисто абиотических

(безжизненных) механических и химических  процессов выветривания.

Абиотическое выветривание могло  иметь место только до зарождения

жизни на земле. При биологическом  выветривании организмы извлекают

из породы необходимые для построения своего тела минеральные

вещества и аккумулируют их в  поверхностных горизонтах породы, создавая

условия для почвообразования и  формирования почв. С поселением

организмов на горной породе ее выветривание значительно усиливается.

Корни растений и микроорганизмы в  процессе жизнедеятельности

выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты

(щавелевую, яблочную, янтарную  и др.), которые оказывают разрушающее

действие на минералы. В процессе нитрификации получается

азотная кислота, а деятельность серобактерий и тионовых бактерий

приводит к образованию серной кислоты. Эти кислоты оказывают  растворяющее

действие на многие минеральные  соединения и усиливают

процессы выветривания. Экспериментально доказано, что диатомовые

водоросли, строя свой панцирь из кремнезема, способны разрушать алюмосиликаты.

Слизистые выделения силикатных бактерий, близких к роду

Meghatherium, способны разрушать полевые шпаты. Грибы из рода

Penicillium выделяют вещество, подобное фульвокислотам гумуса, которое

способствует разрушению первичных  минералов.

Значительное разрушающее действие на массивные породы оказывают

лишайники, выделяя углекислоту  и специфические лишайниковые

кислоты. Лишайники разрушают породы не только химически, но и отчасти

механически посредством проникновения  гиф по плоскостям спайности

внутрь зерен первичных минералов.

Животные, как и растения, механически  разрыхляют горные породы

и своими выделениями способствуют их изменению.