книги / Общая геология

Физическое выветривание, т. е. разрушение горных пород, происходит также под влиянием капель дождя и дождевых пото­ ков. Здесь мы подразумеваем не химическое действие атмосферной воды, а чисто механическое. При этом поверхность породы по­ крывается углублениями, или в ней образуются желоба.

Подобному разрушению особенно подвержены рыхлые ^по­ роды.

Электрические разряды, особенно на остроконечных вершинах, являются нередко причиной остеклования, спекания песчинок

всравнительно рыхлых или слабо сцементированных кварцевых песчаниках. В таких породах возникают иглоподобные образова­ ния из остеклованной массы окиси кремния (до 1,5 м длиной и

внесколько миллиметров и более в поперечнике), получившие

наименование ф у л ь г у р и т о в .

Фульгуриты создают неоднородность породы в отношении механических свойств и тем самым способствуют дальнейшему, более быстрому процессу физического разрушения породы.

Семена, споры, корни растений, проникшие в трещины горных пород, по мере дальнейшего их роста механически воздействуют на стенки трещин, раздвигают их и тем самым разрушают горные

горных пород под влиянием главным образом химического воздей­ ствия на них атмосферных агентов. Атмосферная вода, попадаю­ щая на поверхность Земли в виде дождя, снега, росы и т. д., не является химически чистой. В ней всегда содержится в раство­ ренном состоянии то или другое количество кислорода, угле­ кислоты. В дождевой воде при прохождении ее через слой атмо­ сферы, кроме кислорода, углекислоты и азота, могут в известной мере растворяться НС1, SO2, SO3, N2O3; N2O5, H2S, ГШз, NaCl, КС1 и другие химические соединения, имеющиеся в атмосферном воздухе. Среди этих соединений мы видим сильнодействующие кислоты и щелочи.

Они повышают способность воды растворять в себе горные породы и отдельные минералы. Атмосферная вода при прохожде­ нии растительного покрова Земли обогащается в некоторой сте­ пени дополнительным количеством углекислоты, выделяющейся при дыхании растений. Проходя почвенный покров, эта вода обогащается еще легко растворимыми органическими кислотами (гуминовой, ульминовой и др.).

Таким образом, атмосферная вода, особенно дождевая, прихо­ дящая в соприкосновение с горными породами, является довольно сильным химическим реагентом, действующим на отдельные ми­ нералы и горные породы. Конечным результатом этого действия является растворение минералов и горных пород. Таким образом, горные породы разрушаются. Часть вещества горных пород растворяется и уносится с водой в другие места.

породы. Очень быстро между коркой и породой возникают тре­ щины. Эти трещины пронизывают и защитную корку. В трещины, в пределах корки и под нее, проникает вода. При замерзании вода расширяется. Корка постепенно отходит от породы (шелушится). После этого начинается процесс образования следующего слоя защитной корки, который в дальнейшем тоже отшелушивается. Порода разрушается. Итак, шелушение, или д е с к в а м а ц и я , горных пород может служить примером химического и физиче­ ского выветривания горных пород одновременно.

Врезультате десквамации нередко возникают груды остро­ угольных обломков пород.

Вкачестве примера химического выветривания можно привести превращение полевых шпатов в каолин • под действием на них атмосферных агентов. Это превращение особенно часто происхо­

дит с ортоклазом, входящим в состав гранитов. На ортоклаз дей­ ствуют атмосферная вода и углекислота, растворенная в ней:

К2О • AI2O3• 6S1O2-j- 2HgO -j- СО2—K.2CIO3-f- 4Si0g—J-2H2O • AI2O3• 2Si02

Ортоклаз Поташ Каолин

В результате реакции получаются хорошо растворимый в воде карбонат калия (К2СО3), порошкообразная окись кремния (БЮг) и каолин (2НгО • АЬОз • 2ЭЮг) — очень мягкий минерал (с твер­ достью 1). Итак, ортоклаз с твердостью 6 превращается в минерал с твердостью 1. Естественно, этот процесс ведет к разрушению породы, т. е. к ее выветриванию, в данном случае химическому.

Животные и растительные организмы, поселяющиеся в порах, трещинах, пустотах горных пород и на их поверхности, своими выделениями производят химическое действие на эти породы. В результате соответствующих химических реакций горные породы разрушаются.

Большую разрушительную работу подобного рода производят лишаи, мхи, корешки и корневые волоски растений, черви, му­ равьи, термиты, кроты, мыши и т. д. Нередко под влиянием угле­ кислоты, выделяемой организмами, силикаты превращаются в кар­ бонаты и т. д.

Очень большую разрушительную работу производят разнооб­ разные бактерии. Интересным примером могут служить нитри­ фицирующие бактерии. Им не нужна углекислота, которую расти­ тельные организмы при помощи хлорофилла и солнечного света превращают в углеводы и другие органические вещества. Нитри­ фицирующие бактерии обладают способностью усваивать азот из почвы, а углерод из карбонатов горных пород.

При помощи этих бактерий карбонаты превращаются в нит­ раты, например СаСОз *в Са(]ЧОз)2. Освобождающийся углерод идет на питание, рост и размножение бактерий. Естественно, указанное действие нитрифицирующих бактерий на карбонаты

приводит к разрушению пород, т. е. к их химическому выветрива­ нию.

Процессы выветривания приводят к образованию элювия. Э л ю в и е м мы называем горную породу, подвергшуюся в той

или другой степени процессам выветривания и оставшуюся на месте своего первоначального залегания.

Элювий по своему внешнему виду и физическим свойствам отличается от той породы, из которой он образовался. Он просле­ живается на глубину, измеряемую от миллиметров до десятков метров. Геологи, производящие геологическое картирование, часто имеют дело с элювием. Им нередко приходится по элю­ вию судить о самих породах. По мере приобретения опыта геологи очень часто по элювию безошибочно определяют характер самих коренных пород.

Впоследствии элювий подвергается дальнейшему выветрива­ нию. Часть его уходит в водные растворы, часть скатывается в виде обломков по склонам возвышенностей, часть подхваты­ вается водой или ветром и уносится далеко за пределы тех мест, где он первоначально образовался. Таким образом, все новые и новые части массивов коренных пород подвергаются выветрива­ нию, при котором образуется элювий. Верхние части элювия являются особенно благоприятным для поселения в них различ­ ных бактерий, растительных и животных организмов. Растения и животные организмы своими выделениями производят дальней­ шую переработку элювия. Последний обогащается продуктами жизнедеятельности самых разнообразных организмов. Элювий, обогащенный продуктами жизнедеятельности организмов и ча­ стично ими переработанный, и есть п о ч в а . Почва всегда со­ стоит из твердых минеральных частиц элювия, перегноя (гумуса), живых организмов, воды и воздуха.

Твердые минеральные частицы соответствуют минералоги­ ческому составу той материнской породы, из элювия которой обра­ зовалась почва.

Почвы отличаются тем или другим содержанием органического вещества. Последнее подвергается распаду, в котором активное участие принимают разнообразные микроорганизмы и в том числе бактерии. Продукты распада реагируют с твердыми минеральными частицами элювия. В результате этого сложного процесса и обра­ зуется п е р е г н о й , или г у м у с . Характер перегноя зависит от того, какие организмы подвергаются распаду (виды животных и растений) и какой состав и свойства имеют твердые минеральные частицы. Перегной придает почве серые, коричневые и черные оттенки. В почвенном слое в зависимости от содержания гумуса почти всегда можно выделить три слоя. В верхнем слое (слой А) накапливаются гумусовые вещества. Этот слой всегда окрашен в коричневые, бурые, темные цвета. Средний слой (слой В), обед­ ненный гумусом, имеет более светлую окраску. Нижний слой

166 Физическая, или динамическая, геология

(слой С) более плотный и окрашен в темные цвета. В нем всегда имеется несколько повышенное, чем в среднем слое, содержание гумуса. Окраска зависит от содержания окислов железа п мар­ ганца. Кроме того, эти окислы до некоторой степени цементи­ руют частицы нижнего слоя почвы. Гумус в этот слой приносится из среднего и частично из верхнего слоев.

Живое население почвы очень разнообразно и многочисленно. В одном грамме почвы насчитываются десятки миллионов бакте­ рий. Особенно много микроорганизмов около корневой системы растений. Они питаются водой, продуктами почвенного воздуха, отмирающими корнями растений и корневыми выделениями. Кроме того, почвы перерабатываются червями, кротами, мышами и различными насекомыми.

Вода и воздух попадают в почву из атмосферы. Они необхо­ димы для микроорганизмов, живущих в почве. Вода растворяет из почвы (из твердых минеральных частиц и гумуса) ряд минераль­ ных веществ. Корни, корневые волоски высасывают из почвы воду вместе с растворенными в ней минеральными соединениями, необ­ ходимыми для питания и роста растений. Такими веществами являются соли калия, фосфора, кальция, железа, меди, магния и т. д.

Каждое растение, в том числе и любая культура (рожь, пше­ ница, ячмень, овес, картофель, лен, кукуруза, горох, бобы и т. д.), требует для своего питания и роста определенных солей. Если их недостаточно в почве, соответствующие культуры не разви­ ваются. Для создания благоприятных условий роста определенных культур и поднятия урожайности их в почву вводят удобрения в виде перегноя (навоза), торфа, минеральных солей и др. В числе последних чаще всего соли фосфора (суперфосфат), калийные (хлористый калий — сильвин).

Почвы бывают кислые, щелочные и средние (нейтральные). К и с л ы е п о ч в ы отличаются тем, что в твердых своих части­ цах содержат избыточное количество поглощенного водорода.

характеризуются насыщенностью кальцием. Для большинства культур кислые и щелочные почвы неплодородны. Однако есть исключения, например чай растет только на кислых почвах, а виноград — на щелочных. Наиболее плодородными для многих культур являются нейтральные почвы.

Характер почв зависит главным образом от климата, расти­ тельности и тех материнских пород, из которых образовался элювий. На земной поверхности почвы распределяются поло­ сами, приблизительно соответствующими климатическим зонам (рис. 60).

На территории СССР выделяются почвы следующих главней­ ших видов: тундровые, подзолистые, черноземные, серые лесные

Рис. 60. Схематическая почвенная карта Европейской части СССР (схема­ тизирована Н. А. Качинским по карте Л. И. Прасолова).

Почвы: 1 — тундровые; 2 — подзолистые (местами частично заболоченные); з — горно­ лесные, подзолистые; i — дерновые перегнойно-карбонатные вперемешку с подзолистыми; s — серые лесные и другие почвы лесостепи; 6 — черноземные; 7 — каштановые с вклю­ чениями солонцов; 8 — бурые солонцы, иногда развеваемые; 9 — буроземы южных лиственных лесов Крыма и Кавказа; ю — красноземы, желтоземы и субтропические

подзолистые; 1 1 — граница распространения ледниковых валунов.

почвы и почвы лесостепей, каштановые, бурые почвы сухих сте­ пей, пустынные, солончаковые почвы и почвы с солонцами и крас­ ноземы.

Т у н д р о в ы е п о ч в ы протягиваются узкой полосой по самой северной окраине Европейской части СССР. К востоку от Урала эта полоса прослеживается до Берингова пролива. Средне-

168 Физическая, или динамическая, геология

годовые температуры здесь отрицательные, влажность воздуха большая, а испаряемость очень низкая. Годовое количество осад­ ков около 250—300 мм. На глубине около 0,5 м, а иногда и меньше, залегает слой вечной мерзлоты. Он не пропускает сквозь себя воду, и потому в летнее время в этих местах широко развиты болота. Растительность представлена некоторыми видами мхов, осоками, мелкими кустарниками. На юге этой полосы появляются карликовая береза и ива. В связи с низкими температурами разло­ жение растений происходит очень медленно, а потому почвы здесь бедны гумусом. В этих местах очень часто происходит усиленный процесс образования торфяников.

П о д з о л и с т ы е п о ч в ы располагаются широкой поло­ сой (до 1000 км и более) к югу от тундровых почв. Южная гра­ ница их проходит примерно через Киев на юго-западе и Сверд­ ловск на северо-востоке. Годовое количество атмосферных осад­ ков здесь достигает 600 мм. Некоторая часть этой воды прони­ кает глубоко в почву и в подстилающие ее породы. Основной растительный покров здесь — леса, на севере хвойные, к югу смешанные, причем чем дальше на юг, тем все больше встречается лиственных древесных пород. По долинам рек иногда распола­ гаются довольно обширные луга. Благодаря хорошему увлажне­ нию из почвы вымываются и уносятся вглубь щелочи и известь. Наиболее полно промывается слой почвы, залегающий на глубине около 20 см (слой В). Подзолистые почвы обычно кислые. В слое А находится некоторое количество перегноя. Слой В имеет белесый оттенок, и напоминает золу. Этот слой называется подзолистым. Он малоплодороден, так как питательные вещества отсюда вы­ мыты .

В слое С имеется часть веществ, вымытых из слоя В и частично из слоя А. Подзолистые почвы имеют пепельно-желтовато-серую

черноземных почв располагается значительно южнее подзолистых почв. Климат здесь отличается сухостью. Количество атмосфер­ ных осадков меняется в зависимости от места: от 500 мм на западе до 300 мм на востоке (Сибирь) и от 500 мм на севере до 300— ,350 мм на юге. Здесь произрастают различные травы и среди них преобладают злаковые и бобовые. Весной и в первую половину лета степь покрыта богатой травянистой растительностью. Толща черноземных почв, насыщенная перегноем, иногда достигает 100 см. От обилия перегноя почвы приобретают черный цвет. Отсюда и наименование почв — «черноземные». В черноземных почвах много кальция и магния. Эти почвы нейтральные и пло­ дородные.

С е р ы е л е с н ы е п о ч в ы и п о ч в ы л е с о с т е п е й располагаются полосой между лесными массивами с подзолистой

почвой и полосой черноземных почв. Они являются переходными от подзолистых кчерноземным и характеризуются промежуточными свойствами. В этих местах в недалеком прошлом развивалась то лесная, то степная растительность. Это область борьбы леса и степи. Указанные почвы нейтральны.

К а ш т а н о в ы е п о ч в ы располагаются к югу и юговостоку от черноземных почв. Количество атмосферных осадков здесь меньше, чем в областях черноземных почв, а интенсивность испарения значительная. Здесь длинное знойное лето и сравни­ тельно короткая и суровая зима. Каштановые почвы недостаточно насыщены влагой. В областях каштановых почв широко развита полынная растительность, которая уже к началу лета обычно выгорает, а летом развеивается ветром. Цвет почвы темно-корич­ невый — каштановый. Каштановые почвы богаты питательными веществами и потому достаточно плодородны, но недостаток влаги делает невозможным развитие в природных условиях сельскохо­ зяйственных растений. Для использования этих почв необ­ ходимо искусственное увлажнение и другие мероприятия по накоплению и сохранению в них влаги, что и делается в настоящее время.

Б у р ы е п о ч в ы с у х и х с т е п е й располагаются к юговостоку от каштановых почв. Климат здесь более сухой и с более резкими колебаниями температур, чем в местах развития каштано­ вых почв. Бурые почвы богаты растворимыми солями: они содер­ жат много натрия, и потому являются щелочными. Перегноя в них очень мало. Вследствие сухости почвы малоплодородные и ис­ пользуются только в качестве пастбищ в течение короткого весен­ него периода. Искусственное орошение и удобрение позволяют, однако, получать на этих почвах большие урожаи.

П у с т ы н н ы е п о ч в ы располагаются к югу от бурых почв сухих степей. Пустынные почвы называют с е р о з е м а м и или с в е т л о з е м а м и . В некоторых из наших республик эти почвы занимают более 80 % площади. Осадков выпадает в пусты­ нях очень мало, в среднем 100—150 мм в год. Температура летом достигает +40° С и выше, зимой — минус 35° С. Растительность покрывает эти пространства не сплошным ковром, а отдельными маленькими участками. Она развивается главным образом ранней весной и уже к концу весны заметно выгорает. Летом здесь, как правило, совершенно не бывает осадков. Пустынные почвы мало­ плодородны. Высыхая, они распадаются на отдельные частицы и очень легко развеиваются.

С о л о н ч а к о в ы е п о ч в ы и п о ч в ы с с о л о н ­ ц а м и наблюдаются в сухих местах с умеренным, теплым или жарким климатом на таких породах, которые содержат много легко растворимых солей. При недостаточном увлажнении и ин­ тенсивном испарении эти соли выносятся капиллярными пото­ ками грунтовых вод на поверхность.

170 Физическая, или динамическая, геология

Чем больше солей в горной породе или грунтовой воде, которая увлажняет эту породу, тем больше развиваются солончаки. Солончаковые почвы неплодородны.

К р а с н о з е м ы развиты в Причерноморье, Закавказье, на южном берегу Крыма, в Средней Азии. Красноземы называют еще л а т е р и т н ы м и п о ч в а м и . Они обогащены окислами железа, имеют красную окраску и напоминают мелко измельчен­ ный красный кирпич. Они встречаются в условиях избыточного увлажнения, теплого климата и богатой лесной растительности.

Сочетание обилия влаги с высокими температурами и пышная растительность создают особо благоприятные условия для интен­ сивных процессов выветривания горных пород, которые в этих условиях протекают круглый год, в отличие от зон умеренного климата. Особенно велико здесь значение химических и биохими­ ческих процессов. Эти процессы приводят к полному распаду сили­ катов и алюмосиликатов. Щелочи, щелочные земли и кремнезем выносятся атмосферными водами, и накапливаются полуторные окислы железа и алюминия. Почвы приобретают красный цвет (кирпичный, охристо-коричневый, иногда малиновый). Латеритные почвы образуются чаще там, где коренными являются породы, в которых имеется значительное содержание железа (основные и ультраосновные интрузивные породы).

Кроме перечисленных почв, во всех климатических полосах встречаются б о л о т н ы е п о ч в ы . Они обычно имеются там, где уровень грунтовых вод находится у поверхности земли.

Как уже было сказано, характер почв зависит в первую очередь от климатических условий, растительности и характера материн­ ских пород.

Климатические условия изменялись на Земле и в прошлом. С изменениями климата менялся и характер почв. Характер почв меняется и с высотой места. На горных хребтах на разных высотах различные климатические условия. С их изменением меняется и тип почв.

Выше говорилось, что в результате процессов выветривания горные породы разбиваются на отдельные глыбы разной величины (щебень, гравий, пески и мельчайшие пылевидные частицы). То же происходит и с элювием горных пород. Обломки пород под действием силы тяжести скатываются по склонам возвышенностей к их основаниям, частично задерживаясь на склонах. Передвиже­ ние обломков происходит также вследствие дождевых потоков, которые при переносе несколько сортируют обломочный материал, получившийся при выветривании. В переносе обломочного мате», риала на склоны и подножия возвышенностей, кроме силы тяжести и дождевых потоков, участвует и ветер.

Рыхлый обломочный материал, не скрепленный цементом, перемещенный по склону преимущественно под действием силы

симости от размеров обломков дают различные естественные углы откосов.

Обломочный материал на склонах и подножиях очень часто уплотняется и цементируется песчано-глинистым веществом. Та­ кой снесенный на склоны временными мелкими струями воды ма­ териал называется д е л ю в и е м . На нем, как и на коренных {материнских) породах, в результате выветривания образуются элювий и почва.

Из предыдущего мы видим, что элювий образуется не только на коренных породах, но также и на делювии. Делювий, как пра­ вило, опоясывает шлейфом склоны и подножия возвышенностей.

Рис. 61. Схема образования элювия и делювия.

Поверхность земли: 1 — первоначальная; 2, 3, 4 , 5 — соответственно после первой, второй, третьей н четвертой стадии образования элювия и делювия.

В дальнейшем делювий подвергается физическому и химическому выветриванию. В процессах выветривания принимают участие и организмы. На делювии образуется элювий, и последний затем идет на образование новых толщ делювия и т. д. Любой первона­ чально возвышенный участок рельефа процессами выветривания, образования элювия коренных пород и делювия, последующего многократного образования на делювии элювия, затем нового делювия, а на нем нового элювия и т. д. превращается в равнинный участок земной поверхности, покрытый слоем делювия (рис. 61).

Делювий представляет собой слабо сцементированную и слабо отсортированную породу, хорошо впитывающую в себя воду. В пределах делювия легко возникают оползни. Делювий закры­ вает от нас коренные породы и тем самым затрудняет работу геолога. Мощность делювия достигает местами нескольких десят­ ков метров, и м

Необходимо сказать несколько слов о к о р е в ы в е т р и в а ­ н и я . Различные виды выветривания (физическое и химическое) нередко приводят к образованию рыхлых земляных масс за счет оставшихся на месте продуктов разрушения и изменения коренных пород (элювия). Это и есть кора выветривания. Различают кору выветривания современную и древнюю (ископаемую). С корой выветривания связаны многие полезные ископаемые: каолины, бокситы, никелевые и железные руды, россыпи драгоценных