Древние коры выветривания и связанные с ними полезные ископаемые

В элювиальных образованиях нередко заключены некоторые россыпные месторождения, такие, как золото, платина, алмазы, касситерит и др., находящиеся в исходных (материнских) породах в рассеянном состоянии. Во время формирования коры выветривания они как химически и механически стойкие вещества высвобождались и обогащали элювиальные образования.

С древней корой выветривания на территории бывшего СССР связаны месторождения руд никеля, железа, хрома, алюминия, редких элементов, магнезита, каолина, хризопраза, нефть и газа и др. полезных ископаемых.

В процессе выветривания различные промежуточные и конечные продукты разложения минералов и горных пород могут растворяться и выноситься приповерхностными водами. Их миграция осуществляется в виде взвесей, коллоидных и истинных растворов. Механический вынос порошковатых продуктов Коры выветривания водой, хотя в некоторых случаях и имеет существенное значение, однако мало влияет на изменение её валового химического состава. Гораздо существеннее действуют коллоидные и истинные растворы. В результате разложения минеральной массы коренных пород и выборочной миграции элементов возникает Кор выветривания разного состава или разного профиля выветривания со свойственными им месторождениями полезных ископаемых. Кор выветривания различного профиля свойственна зональная смена минерального и химического состава по вертикали от коренных слабо измененных пород до выходящих на земную поверхность интенсивно измененных пород. Образование Коры выветривания зависит от климата, состава коренных пород, гидрогеологических условий, рельефа местности, тектонической структуры, длительности образования, эпохи формирования и степени мобильности земной коры. В периоды тектонического покоя в районах влажного и тёплого климата происходит формирование Кор выветривания наибольшей мощности. Разложение большой массы органических веществ приводит к образованию CO2 и органических кислот, которые, просачиваясь из почвы в Кору выветривания, производят глубокое разложение горных пород и кислое выщелачивание растворимых продуктов выветривания. Из Кор выветривания выносится большинство подвижных элементов – Ca, Mg, Na, К, Si, многие редкие металлы.

Кора выветривания относительно обогащается наименее подвижными элементами – Fe, Al, Ti, Zr и др. с образованием гидроокислов Fe и Al, каолинита, галлуазита и др. глинистых минералов. Гидроокислы Fe придают Корам выветривания красную и бурую окраску. В условиях спокойного тектонического режима во влажных тропиках Кор выветривания достигает мощности десятков м, а в зонах разломов – сотен м.

В зависимости от минерального состава различают ряд типов выщелоченной Кор выветривания (каолиновая Кор выветривания, латеритная и т. д.). В условиях тектонических поднятий и расчленённого рельефа мощность Кор выветривания даже во влажном и тёплом климате значительно меньше. В умеренном влажном и тем более в аридном и холодном климате процессы выветривания проникают на ещё меньшую глубину, интенсивность изменения пород также минимальная. В сухом климате Ca далеко не выносится, возникает карбонатная и даже гипсовая Коры выветривания В холодном климате и в высокогорьях местами образуется только обломочная Кора выветривания малой мощности, нередко совпадающая с почвой. Зависимость от климата определяет широтную зональность в размещении Кор выветривания Зоны Кор выветривания шире географических и почвенных зон (для нескольких почвенных зон характерна одна зона Кор выветривания). В прошлые геологические эпохи на территории бывшего СССР в условиях тектонического покоя, при наличии влажного и тёплого климата на протяжении многих миллионов лет происходило формирование мощных кислых выщелоченных Кор выветривания. Эти «древние Коры выветривания» частично сохранились под толщей осадочных отложений или выходят на земную поверхность. Местами они подверглись последующим изменениям – огипсованию, засолению, оглеению и т. д. Наиболее широко процессы формирования древней Кор выветривания были распространены в верхнем триасе и нижней юре, но известны также Коры выветривания докембрийского, палеозойского и послеюрского возрастов.

Коры выветривания, как в фанерозое, так и в докембрии, являются единственными достоверными свидетельствами существования континентальных обстановок, а в условиях отсутствия метатерригенных пород, зачастую становятся единственными источниками информации о условиях экзогенных процессов.

Коры выветривания в гранит-зеленокаменной области имеют широкое распространение и встречаются практически на всех стратиграфических уровнях. Специфичность химического состава раннедокембрийских кор выветривания Карелии состоит в накоплении К2О в верхних горизонтах профиля. В таблице 1 приведены коэффициенты изменения валового химического состава пород по профилю выветривания, относительно содержания этого элемента в субстрате. Такой способ представления позволяет увидеть эти изменения в сжатой форме и удобен для сравнения степени химических изменений различных объектов.

Анализ вариаций химического состава гипергенных образований свидетельствует о том, что формирование высококалиевых кор выветривания происходит по различному субстрату, как в условиях арктического климата, так и во время господства аридных обстановок (Алфимова, Матреничев, 2006 изотопное датирование).

Таблица 1 – Изменение химического состава пород при формировании раннедокембрийских кор выветривания Материалы XIV молодежной научной конференции «ГЕОЛОГИЯ, ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ И ГЕОЭКОЛОГИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ»

№	Место расположения, возраст, источ-ников	Порода – субстрат	К(SiO2)	К(Al2O3)	К(CaO)	К(Na2O)	К(K2O)
1	оз.Воронье, основание охтинской се-рии, предверхнелопийская	гранит	-0,37	11,19	-63,51	-75,68	132,84
2	Хизоваарская стр., верхнелопийская	андезит	2.85	-10.76	41.18	-21.96	4.55
3	Кумсинская стр, предсумийская (Коросов, 1991)	гранит	-8,85	37,19	100,00	-75,00	45,83
4	оз. Ватулма предсариолийская	гранит- порфир 1	13.49	-79.83	394.73	-92.84	-64.81
гранит- порфир 2	-7.30	-2.59	-22.92	-92.68	27.85
5	оз. Косое предсариолийская (Негруца, 1979)	гранит- порфир	-23,20	23,26	1008,70	-87,88	28,91
6	Оз. Большозеро, предсариолийская	андезибазальт	-0.19	34.22	-57.40	-13.68	160.00
7	Оз. Паанаярви, предсариолийская	риодацит	-10.75	4.12	-6.61	-64.41	22.35
8	п. Гирвас, предъятулийская (Путеводитель…, 1998)	андезибазальт	-5,90	53,74	-92,12	-96,31	616,00
9	Ахвенлампи центр.Карелия, предъятулийская (Хейсканен, 1990)	гранит	-14,19	20,64	-18,33	-94,55	98,97
10	оз.Окуневское нижнеятулийская (Негруца, 1979)	гранит	-8,97	57,31	-79,84	-97,92	341,72
11	Оз. Малый Янисъярви, нижнеятулийская	гранит 1	5.86	-40.98	163.33	-95.85	2.34
гранит 2	-7.54	15.38	-55.92	-95.15	154.55
12	оз. Сегозеро, ятулийская (Металлогения Карелии, Петрозаводск, 1999)	базальт	0.20	77.42	-100.00	-95.02	520.61
Расчет процентного соотношения элементов производится по следующей формуле: Изменение содержания элемента (%) Коксид = ((Ks-Kp)/Kp)*100, где Ks- концентрация элемента в выветренном образце, Kp – концентрация элемента в субстрате (неизмененной породе)., 1 – элювиальная брекчия , 2 – серицитовая зона

Детальные петрографические и геохимические исследования гипергенных объектов показывают, что в некоторых корах выветривание можно выделить не только зону, обогащенную калием, но и зону, в которой происходит накопление кальция (номер 2,3,5,11 в таблице 1). В работах К.И. Хейсканена это явление описано для кор выветривания, сформированных в условиях аридного климата. Подобная особенность строения профилей, образованных в нивальном климате (номер 4 таблица 1), зафиксирована впервые (Климова, Алфимова, 2006). Группы иллита и смектита. Эти минералы «консервируют» калий и не позволяют этому элементу покинуть профиль выветривания. Остальные щелочные и щелочноземельные элементы, поступающие в раствор при растворении плагиоклаза и других минералов субстрата, выносятся из пород. Таким образом, при кислотном выщелачивании формируется раствор, обогащенный, рядом элементов, в том числе кальцием. Кислотность этого раствора при выщелачивании уменьшается и может достигать значений, соответствующих условиям устойчивости кальцита, что по данным М.В.Борисова (Борисов, 2000) близко к рН =6. В этих условиях ионкальция из раствора взаимодействует с углекислотой атмосферы, что приводит к осаждению кальцита в пределах остаточной коры выветривания. Кальцит чаще всего локализуется в зоне повышенной трещиноватости пород, или зоне элювиальной брекчии.

Источник

Изучение строения кор выветривания имеет большое теоретическое значение. Оно позволяет восстанавливать палеогеографическую обстановку времени их формирования. С корами выветривания различного возраста связано много разнообразных и ценных полезных ископаемых – бокситов, железных руд, марганца, руд никеля, кобальта и др. При этом в отдельных случаях в древних корах выветривания металлы накапливаются в значительно большем количестве, чем в исходной породе, и приобретают промышленное значение. Так образовались месторождения никеля, кобальта и других металлов в древней коре выветривания ультраосновных пород Урала. Сюда следует также отнести различные виды глинистых образований кор выветривания, многие из которых являются керамическим и огнеупорным сырьем, обладают отбеливающими и другими свойствами. При этом большое значение имеет изучение и глин, возникших за счет переноса и переотложения глинистых образований автоморфных кор выветривания.

Почвы и почвообразование

Значительные пространства поверхности суши в настоящее время покрыты разнообразными по составу и строению почвами, образующими в совокупности тонкую, но энергетически и геохимически очень активную оболочку, называемую педосферой. Знание свойств и происхождения почв является основой науки почвоведения, находящейся на стыке геологических и биологических наук, основателем которой был великий русский ученый В.В.Докучаев (1846–1903). Широкое развитие учения о почвах проведено за последнее тридцатилетие известными советскими учеными (К. Д. Глинка, В. А. Ковда, М. А. Глазовская, Г. В. Добровольский, Б. Г. Розанов и др.). Этот период отличается быстрым накоплением новых данных применения экспериментальных методов исследования, расширением области практического применения научных достижений и рекомендаций. По данным Г.В.Добровольского приводится новое расширенное понимание почвы: где говорится, что “почва возникла и развивается в результате совокупного воздействия на горные породы воды, воздуха, солнечной энергии, растительных и животных организмов”. Перечисленные факторы свидетельствуют о единстве процессов выветривания и почвообразования.

В формировании почв особенно велика роль органического мира, развитие которого тесным образом связано с климатом. Поэтому почвообразование и сложные биохимические процессы наиболее интенсивно протекают в зоне воздействия корневых систем растений, роющих животных, микроорганизмов и во всем круговороте веществ. В условиях неполного разложения органических остатков образуется относительно устойчивый комплекс органических соединений, называемый перегноем или гумусом (лат. “гумус” – земля). Именно гумус является главным элементом плодородия почв.

В нормальном почвенном профиле выделяется несколько горизонтов сверху вниз: 1) перегнойно-аккумулятивный (Al), в котором, хотя и происходит вымывание, ведущим процессом является накопление гумуса. Мощность его в различных генетических типах почв колеблется от нескольких сантиметров до 1,5м; 2) элювиальный, или горизонт внутрипочвенного выветривания (А2), который характеризуется преимущественно выносом веществ; 3) иллювиальный (В), в котором имеет место вмывание и накопление вынесенных веществ из других горизонтов почвы; 4) материнские породы (С). Если материнская порода быстро сменяется с глубиной другой породой, то последняя обозначается индексом D. В зависимости от стадии развития процесса и характера почв эти горизонты выражены неодинаково и изменяются в различных климатических зонах.

В основе закона о зональности распределения почв, который был сформулирован в конце XIX в. В.В. Докучаевым, выдвинуто положение о широтной, или горизонтальной, зональности на равнинах и вертикальной – в горных районах. Эти общие закономерности принимаются всеми. Вместе с тем последующие широкоплощадные исследования почв показывают, что в пределах одной и той же климатической зоны при неоднородном составе горных пород и рельефа формируются различные почвы, что отражено на новых картах почвенно-географического районирования. Г.В. Добровольский, признавая зональность почвенного покрова, приводит следующее уточнение: “Под почвенной зоной понимается крупный биоклиматогенный ареал преобладания одного автоморфного типа почв с сопутствующими ему другими автоморфными и генетически подчиненными почвами”.

В зависимости от климата и растительности выделяются следующие типы почв: 1) аркто-тундровые почвы (арктические тундры); 2) тундровые почвы (кустарниковые тундры); 3) подзолистые почвы (хвойные леса); 4) серые лесные почвы (широколиственные леса); 5) черноземные почвы (луговые степи); 6) каштановые и бурые почвы (сухие степи); 7) сероземные почвы (пустыни); 8) саванны, коричневые и красные ферритные почвы (влажные субтропические леса); 9) красно-желтые ферралитовые почвы (влажные тропические леса).

Как видно из приведенных данных, скорость почвообразования и характер почв существенно отличаются друг от друга, что определяется биоклиматическими условиями.

Разрушение горных пород в результате выветривания происходит под влиянием различных физических, химических и биохимических факторов: колебания температур, роста кристаллов солей, расклинивающего действия замерзающей воды в трещинах, корневой системы деревьев; под воздействием воды, кислорода, углекислого газа. Имеют место процессы окисления, гидратации, растворения и гидролиза. Коры выветривания формировались в различные этапы геологической истории, и с ними связаны важнейшие полезные ископаемые: железо, алюминий, никель и др.

-?-

1. Дайте определение термина “выветривание”.

2. Каковы главные агенты физического выветривания и связанные с ними продукты разрушения?

3. Какие главные процессы происходят при химическом выветривании горных пород и какие условия для них наиболее благоприятны?

4. Каковы простейшие примеры окисления и гидратации минералов?

5. Как протекает гидролиз алюмосиликатов и силикатов?

6. Как понимается элювий и кора выветривания?

7. Назовите древние коры выветривания и их примеры.

8. Полный профиль коры выветривания латеритного типа.

9. Неполные и сокращенные профили выветривания влажных тропиков и субтропиков.

10. В чем заключается закон зональности распределения почв?

Литература

· Бушинский Г.П., Теняков В.А. Выветривание – процессы, породы и руды// Литология и полезные ископаемые. 1977. N 5.

· Поверхности выравнивания и коры выветривания на территории РФ// Под ред. И.П. Герасимова и А.В. Сидоренко. М., 1974.

· Разумова В.Н. Древние коры выветривания и гидротермальный процесс. М., 1977.

Глава 5.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник

Образование кор выветривания

Кора выветривания – континентальная геологическая формация, образующаяся на земной поверхности в результате выветривания горных пород. кора выветривание полезный ископаемое

Основные факторы, обуславливающие формирование коры выветривания – климат, геологическое строение территории, геоморфологические особенности, тектоническая активность.

Основными агентами преобразования горных пород в коре выветривания являются вода, кислород, углекислота, различные кислоты, микроорганизмы, температура.

Вода – один из наиболее важных агентов выветривания. Она осуществляет растворение, перенос и отложение природных химических соединений в коре выветривания, растворение активных агентов и доставку их на участки преобразования горных пород, разложение минералов материнской породы при гидратации и гидролизе, регулирование физико-химической обстановки процессов преобразования горных пород в корах выветривания путем изменения кислотности-щелочности (pH), окислительного потенциала (Eh) и химического состава растворенных в ней веществ. Главным источником воды в корах выветривания являются атмосферные осадки (метеорные воды). При подземной циркуляции метеорные воды проходят через три зоны: 1 – аэрации, или просачивания; 2 – полного насыщения с активным воддобменом; 3 – полного насыщения с замедленным водообменном (рис. 1).

Наиболее активные реакции разложения горных пород при участии подземных вод происходят в зоне аэрации выше уровня грунтовых вод. Воды зоны аэрации имеют кислую реакцию, близ уровня грунтовых вод они нейтрализуются, а ниже приобретают щелочные свойства. Роль воды в выветривания отчетливо видна на схеме взаимосвязи количества осадков и мощности коры выветривания в различных климатических поясах планеты (рис. 1).

Рис. 1 – Схема циркуляции подземных вод при благоприятных условиях инфильтрации осадков (ПГВ – паводковый, МГВ – меженный

Кислород, как и вода, играет важную роль в процессах окисления, имеющих большое значение при образовании коры выветривания. В этих процессах участвует кислород атмосферы, растворенный в воде кислород, а также кислород минеральных соединений окислительно-восстановительных реакций.

Углекислота и другие кислоты органического и неорганического происхождения активно участвуют в процессах окисления, интенсифицируют процесс разложения горных пород в коре выветривания, придавая ему определенную направленность.

Как показывают современные исследования, особая роль в разрушении горных пород принадлежит микроорганизмам. Микроорганизмы, главным образом бактерии, регенерируют кислород, углекислоту и ряд органических кислот, поставляя эти важнейшие агенты выветривания в кору выветривания. Они обменивают ионы водорода на катионы породообразующих соединений, поддерживая кислые условия разложения пород, способствуют избирательному накоплению отдельных химических элементов в коре выветривания.

Температура в коре выветривания, хотя и колеблется в узких пределах (обычно от +20 до -20°С), но играет важную роль в разложении горных пород. Наиболее интенсивно разложение происходит при высокой температуре. По мере снижения температуры оно снижается и при минусовых значениях может почти полностью затихать (рис. 2).

Рис. 2 – Региональная зональность коры выветривания в меридиональном сечении (1 – свежая порода, 2 – зона дресвы, химически мало измененной, 3 – гидрослюдисто-монтмориллонито-бейделлитовая зона; – 4 -каолинитовая зона; 5 – охры (Al2О3), 6 – панцирь.

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.

Продукты изменения, оставшиеся на месте своего первичного залегания, называют остаточной корой выветривания, а перемещённые на небольшое расстояние, но не потерявшие связи с материнской породой – переотложенной корой выветривания. Некоторые геологи к коре выветривания относят продукты размыва и переотложения почв и остаточной коры выветривания, именуя их аккумулятивной корой выветривания (пролювий, делювий и т. д.).

По форме залегания различают площадную кору выветривания, перекрывающую плащом коренные породы (мощность – десятки см – первые десятки м), и линейную, вытянутую в одном направлении и проникающую в глубь коренной породы по трещинам (выклиниваются на глубине нескольких десятков м от поверхности Земли, реже достигают глубины 100-200-1500 м).

С корами выветривания связаны разнообразные месторождения полезных ископаемых, в том числе весьма крупных. Так, известное железнорудное месторождение Курской магнитной аномалии, по-видимому, представляет собой в верхней, наиболее богатой части древнюю, раннепалеозойскую кору выветривания магнетитсодержащих кварцитов. Предполагают, что в результате гипергенных процессов кремнезём был выщелочен, магнетит окислен и в верхнем горизонте образовались богатые гематитовые руды. В мезозойской коре выветривания Южного Урала имеются крупные залежи никелевых и железных легированных руд, а также каолинита. Во многих странах известны месторождения бокситов, образовавшихся при выветривании горных пород силикатного состава. Особенно благоприятны для этого нефелиновые сиениты.

С корами выветривания различного возраста связано много разнообразных и ценных полезных ископаемых – бокситов, железных руд, марганца, руд никеля, кобальта и др. При этом в отдельных случаях в древних корах выветривания металлы накапливаются в значительно большем количестве, чем в исходной породе, и приобретают промышленное значение. Так образовались месторождения никеля, кобальта и других металлов в древней коре выветривания ультраосновных пород Урала. Сюда следует также отнести различные виды глинистых образований кор выветривания, многие из которых являются керамическим и огнеупорным сырьем, обладают отбеливающими и другими свойствами. При этом большое значение имеет изучение и глин, возникших за счет переноса и переотложения глинистых образований автоморфных кор выветривания.

Источник