Возраст Земли и методы его определения. Геохронология

минералогическим составом исходных горных пород.

   При выветривании  происходит не только разрушение  первичных минералов, но

и возникновение ещё более многочисленных новых, гипергенных. Большая часть

глинистых минералов, многочисленные сульфаты, карбонаты, минералы оксидов

железа, алюминия, марганца, титана и многие другие имеют гипергенное

происхождение. Следовательно, выветривание нельзя рассматривать только как

процесс разрушения горных пород. Это одновременно и созидательный процесс,

в результате которого формируется особые образования – коры выветривания.

 

Факторы и условия образования кор выветривания

Роль биоклиматических условий.

Образование продуктов выветривания находится в тесной зависимости от физико-

географических условий и среди них в первую очередь климата. Действительно,

с климатом связано поступление воды, необходимой для протекания большей

части реакций на поверхности Земли, а также обеспечение процессов

выветривания энергией.

   Энергия расходуется  на разрушение кристаллохимических  структур первичных

минералов и настроение новых. Так, для полного разрушения на ионы одной

грамм-молекулы оливина необходимо затратить около 21тыс. Дж., для более

устойчивого альбита -46тыс. Дж.

   Процесс выветривания  обусловлен преимущественно энергией  солнечной

радиации. Величина поступающей лучистой энергии Солнца на поверхность Земли

зависит от угла падения солнечных лучей и возрастает от полюсов к низким

широтам. Однако интенсивность выветривания не обязательно будет возрастать

вслед за увеличением радиационного баланса. Степень использования

поступающей энергии зависит от атмосферного увлажнения. Как бы долго не

подвергались воздействию солнечных лучей полевые шпаты, они не превратятся

в глинистые минералы при отсутствие жидкой воды, необходимой для химических

и биохимических реакций. Поэтому в засушливых ландшафтах, где количество

осадков меньше величины испаряемости, степень использования энергии Солнца

очень мала. В условиях значительного атмосферного увлажнения полнота

использования энергии солнечной радиации резко возрастает.

   Следует подчеркнуть, что значение элементов климата  определяется не

только их непосредственным воздействием на выветривание, но и тем, что

климат в значительной мере регулирует биологические и почвообразовательные

процессы, часто играющие ведущую роль в гипергенном преобразовании горных

пород. Поэтому можно считать, что общая направленность выветривания

определяется не просто климатическими, а биоклиматическими условиями.

   Изменение биоклиматических  условий преимущественно в зависимости  от

атмосферного увлажнения обуславливает возникновение двух основных типов

выветривания – гумидного (от лат. Humidus - влажный) и аридного (от лат.

Aridus - сухой). Каждому типу выветривания соответствуют коры определённого

состава и строения.

   Гумидные ландшафты характеризуются значительным атмосферным увлажнением

и лесной растительностью. Последняя обладает огромной биомассой, измеряемой

тысячами центров сухого органического вещества на 1 га. Величина ежегодно

отмирающего органического вещества в таёжных лесах составляет 35-55 ц/га, а

во влажных тропических лесах достигает 250 ц/га. Эта масса отмирающего

органического вещества перерабатывается в почве микроорганизмами в

органические кислоты. Поэтому почвенные воды гумидных ландшафтов обладают,

кислой реакцией и активно воздействует на минералы исходных горных пород.

Выветривание протекает под воздействием постоянного промывания

выветривающихся толщи горных пород обильными кислыми растворами. Чем больше

атмосферных осадков и поступающей солнечной энергии, тем более интенсивно

выветриваются горные породы.

   Иная картина наблюдается  в аридных ландшафтах. Здесь распространена

травянистая растительность. Её биомасса в десятки раз меньше биомассы

лесов. Особенная почвенная микрофлора перерабатывает растительные остатки с

образованием высокополимеризованных органических соединений, которые не

обладают агрессивными свойствами по отношению к минералам. Почвенные воды

имеют нейтральную или слабощелочную реакции. Полного промывания

выветривающейся толщи не происходит, и в ней постепенно накапливаются

относительно легкорастворимые соединения.

 

Роль и значение рельефа

Большая роль в процессах гипергенеза принадлежит рельефу. На положительных

элементах рельефа гипергенные минералы образуются из химических элементов,

которые входят в состав горных пород, слагающих этот элемент рельефа. В

таких условиях формируется автоморфная (от греч. Avtos - сам; morphe -

форма), или элювиальная кора выветривания. Характерная черта аморфных кор –

образование их полностью за счёт ресурсов исходной породы, без

существенного поступления химических элементов с соседних участков.

   В том же время  в процессе формирования автоморфной  коры некоторые

химические элементы вносятся из неё почвенно-грунтовыми водами в виде

истинных и коллоидных растворов. Эти подвижные соединения переносятся с

водами в понижения рельефа и выпадают в форме различных минералов, которые

слагают гидроморфную кору. Следовательно, состав гидроморфной коры зависит

от состава и процессов, протекающих при формировании автоморфной коры

выветривания. Связь между составом автомофной и гидроморфной кор получила

название геохимического сопряжения. Таким образом, в процессе выветривания

рельеф контролирует перераспределение химических элементов по площади и

определяет размещение в пространстве разных форм коры выветривания.

   Наиболее интенсивные  процессы гипергенного преобразования минералов в

постоянно влажных тропических ландшафтах. Здесь происходит глубокое

преобразование кристаллохимических структур силикатов, сопровождающееся

выносом щелочных и щелочноземельных химических элементов, кремни, железа,

алюминия и возникновения каолинита, галлуазита, нонтронита, аллофаноидов,

гидрослюд, гидрогематита, псиломелана. В ряде случаев возникает минералы

гидроксидов алюминия. Мощность афтоморфной коры при большой длительности

выветривания достигает несколько десятков метров.

   На относительно  пониженных элементах рельефа  за счёт выноса из

автоморфных кор образуются мощные накопления оксидов железа, алюминия,

иногда маргонца.

   Интенсивность выветривания  уменьшается в гумидных ландшафтах умеренного

и холодного климата. В результате процессов выветривания происходит не

столь интенсивное преобразование силикатов, как в гумидных тропиках. Здесь

также возникают глинистые минералы, но среди них преобладают гидрослюды;

минералы группы каолинита мало характерны. Мощность элювиальной коры

выветривания низкотермических гумидных ландшафтов небольшая. Интенсивность

выноса и гидрогенного накопления оксидов железа и особенно алюминия сильно

уменьшается по сравнению с гумидными тропическими ландшафтами.

   В аридных условиях  разрушения структур силикатов  очень ограничено.

Элювиальная кора выветривания характерезуется сильной дезинтеграцией

исходных пород. Для гидроморфных образований типичны мощные гипсовые и

карбонатные коры, а также аккумуляция разнообразных растворимых сульфатов и

хлоридов (мирабилита, эпсомита, галита и т.д.)

 

Роль времени

Время является необходимым условием всякого природного процесса.

Определённое время требуется для преобразования первичных минералов и

формирования коры выветривания. Б.Б.Полынов разроботал теорию единого

процесса выветривания. Согласно этим представлениям, развитие процесса

выветривания происходит в определённой последовательности. На самой первой

стадии гипергенного преобразования магматической горной породы преобладают

процессы её механического разрушения и возникают различные формы

обломочного элювия. Во вторую стадию происходит извлечение из

кристаллохимических структур силикатов щелочных и щелочноземельных

элементов, главным образом кальция и натрия. При этом в выветривающейся

породе образуются плёнки и конкреции кальцита (обызвесткованный элювий). В

третью стадию совершаются глубокие изменения кристаллохимической структуры

силикатов и возникают глинистые минералы. Образуется сиаллитный элювий,

получивший название по преобладающим химическим элементам- кремнию(силицию)

и алюминию. В четвёртую стадию происходит разложение некоторых силикатов и

образование оксидов, при этом кора выветривания обогащается в первую

очередь оксидами железа, а при наличии определённого состава исходных пород-

 оксидами алюминия. Поэтому  эта кора выветривания была  названа аллитной.

  Изложенные представления  следует понимать как идеальную  схему,

иллюстрирующую общую направленность процесса выветривания. Конкретные

климатические условия в особенности состава исходных пород могут

способствовать этому процессу или задерживать его на той или иной стадии.

  Итогом гипергенного преобразования исходной породы является установление

динамического равновесия между составом коры выветривания и физико-

географическими условиями. Для этого требуется очень большое время.

  Процесс выветривания  может прерваться на любой  стадии в связи с

неблагоприятным изменением физико-географических условий(например, в связи

с аридизацией климата) или под воздействием геологических событий(например,

тектоническое поднятие территории, сопровождаемое эрозией коры

выветривания, или наоборот, опусканием региона и захоронения коры

выветривания под осадками). Следовательно, очень древняя кора выветривания

может быть неполно развитой, а геологически более молодая кора,

развивавшаяся на протяжении более длительного времени, может оказаться

более хорошо сформированной. Поэтому необходимо различать

время(длительность) формирования коры, с одной стороны, а с другой- её

геологический возраст.

  Выветривание происходило  на протяжении всей геологической  истории. Следы

древних процессов гипергинеза сохранились в виде остатков древних   кор

выветривания, обычно погребенных под более молодыми отложениями. В качестве

примера укажем, что в пределах Русской платформы под мощной толщей

осадочных отложений на глубине 1,5-2 км сохранились остатки древней коры

выветривания, образованной на поверхности кристаллического основания

платформы. В западной части Закавказья в отдельных местах почти на

поверхности находятся остатки кор выветривания, образовавшиеся в

сравнительно недалёком геологическом прошлом, которые были в дальнейшем

размыты и переотложены в виде рыхлых красноцветных наносов, на которых

образованы современные почвы.

  Древнейшая (протерозойская) кора выветривания на территории  нашей страны

известны в Карелии. Она образованна около 2 млрд лет назад и затем

перекристаллизована. Более позднего возраста коры выветривания обнаружены

во многих районах. Особенно широко распространена кора выветривания ,

образованная на протяжении мезозоя. Его остатки обнаружены от Западной

Украины до Дальнего Востока и от островов Северного Ледовитого океана до

гор Средней Азии. Для этой коры выветривания характерна очень большая

мощность.

 

Коры выветривания, их типы и строение

  Продукты гипергенеза создаются за счёт преобразования тех или иных горных

пород. Поэтому их состав имеет особо важное значение для формирования кор

выветривания.

  Состав автоморфной  коры постепенно изменяется снизу  вверх от свежей

исходной породы до продуктов наиболее глубокого гипергенного

преобразования. При достаточно продолжительном выветривании образуются

хорошо выраженные горизонты, имеющие свои текстурно-структурные особенности

и сложенные минералами, отражающими последовательные стадии гипергенного

преобразования. В совокупности эти горизонты образуют профиль. Наиболее

мощные элювиальные коры выветривания  были образованы в мезозое. Они имеют

профиль, четко дифференцированный на генетические горизонты. Например,

элювиальная кора выветривания на гранитах имеет следующее строение профиля

(снизу вверх):

1- горизонт щебенчатой, или  обломочной, коры выветривания..

 Это слабо изменённый, дезинтегрированный гранит

   2-  гидрослюдистый  горизонт. Цвет его светло-серый. Здесь структура

 исходной породы сохраняется, но значительная часть щелочей  и

 щелочноземельных элементов  вынесена, и большая часть полевых  шпатов

 замещена агрегатом тонкочешуйчатых гидрослюд. Этот горизонт значительно

 менее прочен, чем предыдущий. Масса горизонта легко разламывается руками.

    3- коалинитовый горизонт. Из этого горизонта полностью удалены все одно-

 и двухвалентные катионы, гидрослюды замещены белым коалинитом. Иногда на

белом фоне заметны красно-бурые пятна от скопления гидрооксидов железа или

обнаруживаются выделения бесцветного гидраргилита. Минеральная масса,

слагающая горизонт, имеет глинистую консистенцию с отдельными участками