Выветривание

Выветривание представляет собой весьма сложное явление природы, охватывающее все материковые части земной поверхности и вызывающее в ней глубокие и разнообразные изменения, которые заключаются: 1) в разрушении образующих ее каменных пород и превращении их в новые химические и механические образования; 2) в подготовке продуктов распада их к перемещению в горизонтальном и вертикальном направлениях и 3) в выработке различных форм внешнего облика земли. Строго говоря, выветриванию подвергается лишь самая наружная часть земной оболочки, толщиной в несколько десятков сажен. На эту-то тончайшую пленку, называемую корой выветривания, извечно действуют разнообразные факторы его, которые по природе своей обычно разделяются: на физические (механические), химические и органические. Выветривание, вызываемое первым, называют также сухим, так как вода в нем не играет существенной роли. Важнейшим фактором его являются тепловые изменения каменных пород под влиянием солнечного нагрева (инсоляции) и колебаний температуры воздуха. Непосредственное дневное нагревание их солнечными лучами вызывает неравномерное расширение отдельных минеральных зерен, из которых слагаются каменные породы. Ночное же охлаждение столь же неравномерно сжимает их. Вследствие этого, в каменных породах происходит непрерывная частичная пульсация, которая, в конце концов, совершенно разрушает их путем возникновения сначала скрытых, а затем явных трещин, пронизывающих каменные массивы снаружи внутрь. Особенной напряженности процесс этот достигает в пустынях, где суточные колебания температуры доходят до 50°С, в высокогорных областях и приполярных частях земной поверхности. При сравнительно небольшой теплоемкости и теплопроводности различных минералов и каменных пород, весь этот процесс сосредоточивается исключительно на их открытых поверхностях и лишь в редких случаях проникает в толщи их. Возникающие при этом трещины направляются частью перпендикулярно, частью же параллельно обогреваемой поверхности, что в окончательном результате приводит к шелушению (десквамации) ее и распаду на более или менее объемистые обломки, отделяющиеся с легким похрустыванием, а иногда даже с сильным треском. При соответствующих условиях, физическое выветривание значительно усиливается вследствие кристаллизации в трещинах разнообразных солей или путем повторного замерзания воды в них. Первое весьма часто наблюдается в сухих континентальных областях, а второе - в высокогорных и приполярных частях земной поверхности. Как то, так и другое чрезвычайно повышает напряжение физического выветривания, и ни одна каменная порода не может противостоять ему. В связи с ним находится также образование, за счет водяного пара циркулирующего в почве воздуха, так называемой почвенной росы, которая существенно увеличивает запасы воды в ней. К числу же собственно механических факторов выветривания следует отнести непосредственную работу ветра и, в особенности, песчинок, увлекаемых им. Своими струйками с песчинками он непрерывно как бы бомбардирует подходящие поверхности каменных пород и отрывает от них частицу за частицей, постепенно изъязвляя их и придавая им или шероховатые, или сглаженные (полированные) очертания. В некоторых случаях подобный же процесс вызывается действием текучей воды. Механическое разрушение каменных пород обусловливается иногда внедрением по трещинам в них корней различных, преимущественно древесных, растений, как это часто можно видеть в скалистых местностях. Физическое выветривание, типично проявляющееся в пустынных, высокогорных и приполярных областях, хотя и не столь резко, обнаруживается почти повсеместно в материковых частях земной поверхности. Правда, оно часто затушевывается действием химических и органических факторов. Однако, внимательно изучая продукты выветривания, не трудно заметить, что и за пределами указанных областей физические факторы его действуют с достаточным напряжением, в особенности, в процессах почвообразования.

Химическое выветривание обусловливается действием воздуха и воды, в ее парообразном и жидком состояниях, а также водных растворов различных минеральных веществ. Из составных частей воздуха наиболее энергичным является кислород, вызывающий процессы окисления. Далее, углекислота, при ничтожном содержании ее в атмосфере, в почвенном воздухе заключается в значительно больших количествах. Она играет чрезвычайно важную роль в выветривании не столько сама по себе, сколько растворяясь в метеорной и почвенной воде. Своим присутствием углекислота сильно повышает растворительную способность воды, которая в природе никогда не бывает совершенно чистой. Этому растворяющему действию воды в большей или меньшей степени подчиняются почти все минералы и каменные породы, что делает ее могучим фактором химического выветривания. Помимо растворения, вода переводит многие минеральные вещества в водные соединения, или гидратизирует их, и при этом сама как бы окаменевает в них. Если же она содержит растворимые продукты разложения органических тел, то действие ее становится восстановительным, или, иначе говоря, она раскисляет различного рода минеральные окислы. Действие же водных растворов при химическом выветривании сказывается в весьма сложных явлениях обменного разложения. Вполне возможно, что к перечисленным процессам придется присоединить еще действие радиоактивных веществ, роль которых в выветривании остается пока чрезвычайно загадочной. Несомненна только явная радиоактивность коры выветривания и более глубоких частей твердой оболочки земли. В частности к явлениям химического выветривания относятся изменения: 1) от присоединения новых составных частей - окисление и гидратизация, 2) от потери какой-либо составной части - растворение и восстановление и 3) изменения, вызываемые обменом составных частей, - все процессы обменного разложения. Примеры первых: переход соединений закиси железа в окислы; изменение сернистых металлов в сернокислые; превращение ангидрита, или безводного сернокислого кальция, путем присоединения двух частиц воды, в гипс и т.п. Вообще, большая часть изменений минералов в наружных частях земной коры сопровождается гидратизацией их. Таковы, например, процессы каолинизации, хлоритизации и серпентизации. Примеры изменений второго рода: преобразование известняков в доломиты (доломитизация) вследствие растворения в воде, содержащей углекислоту, углекислого кальция и относительного обогащения породы углекислой магнезией, которая растворяется в такой воде значительно слабее; раскисление окислов железа в закисные соединения под влиянием органических кислот; образование серы и сероводорода из гипса при действии на него углеродистых веществ, как это наблюдается, между прочим, во многих сернистых источниках, и др. Примеры изменений путем обмена составных частей: разложение кремнекислых минералов (силикатов) действием на них воды, содержащей углекислоту, с образованием при этом углекислых солей (карбонатов) и различных остаточных соединений. Наиболее распространенные силикаты, входящие в состав кристаллических каменных пород, - полевые шпаты, минералы авгитовой и роговообманковой групп, слюда, нефелин, лейцит и др. - представляют собой двойные соединения нерастворимых силикатов алюминия и магния и растворимых силикатов щелочей, извести, железа и марганца. При действии на них воды с углекислотой все такие растворимые силикаты переходят в карбонаты и кремнезем, которые почти начисто выщелачиваются, а в остатке получаются нерастворимые водные силикаты глинозема и магнезии. Этим вполне естественно объясняется чрезвычайно широкое распространение в природе каолина и глин, а также змеевика и талька (жировика). Еще более сложные процессы обменного разложения происходят при действии на различные минеральные составные части наружной каменной оболочки земли водных солевых растворов. Химическое выветривание проявляется почти повсеместно на материковой поверхности земли.

Органическое выветривание представляет собой не менее сложное явление, чем остальные виды его. Растения и животные находятся в непрерывном взаимодействии с той каменной поверхностью земли, к которой приурочивается их существование. Взаимодействие это настолько велико, что по присутствию, например, тех или других растительных форм можно заключить о нахождении в данной обстановке соответствующих минеральных веществ, благодаря чему они являются иногда превосходными реактивами для качественного определения различных химических соединений, входящих в состав этих веществ. Целый ряд микроорганизмов, грибов, водорослей, лишаев и иных более совершенных растений являются частью разрушителями, частью же созидателями множества минеральных образований. Разрушительная работа растений сводится, главным образом, на образование солей, необходимых для питания их, и притом таких, какие сравнительно легко растворяются в воде. В виде же остатка выпадают или почти, или совершенно нерастворимые вещества, что в окончательном результате ведет к полному разрушению каменных пород и образованию грубых почв. Такое же дробление каменной оболочки земли вызывают некоторые, например, роющие и точащие животные и, между прочим, сам человек, беспощадно уничтожающий защитные (дерновый, кустарниковый и лесной) покровы земли и буквально испепеляющий ее поверхность. Помимо непосредственного жизнедеятельного воздействия растений и животных на каменные породы, они действуют на них еще продуктами своего разложения, наступающего по смерти их. Продукты эти, в массовом скоплении, образуют так называемый гумус, или перегной, окрашивающий почву в черный цвет, а также углекислоту и другие летучие вещества, поступающие в атмосферу. В состав гумуса входят особого рода органические вещества, обладающие свойствами кислот, каковы, например, ульминовая, гуминовая, апокреновая и креновая кислоты, которые играют весьма важную роль в выветривании и, в особенности, в процессах почвообразования. Наиболее деятельной в этом отношении является гуминовая кислота, но еще энергичнее действуют на различные минеральные вещества гуминовокислые щелочи.

Обычно все факторы выветривания работают непрерывно и совместно, и зачастую крайне трудно обособить результаты деятельности каждого из них. Однако, несомненно, что при определенных климатических условиях работа отдельных факторов выветривания становится как бы отчетливее. Отсюда очевидно, что общий ход выветривания находится в тесной связи с климатическими поясами. Влияние климата сказывается в степени напряжения выветривания, в распространении процессов его вглубь земли, в различных особенностях продуктов выветривания и т.п. Так, во влажном тропическом климате преобладает химическое выветривание, причем продуктом его является, между прочим, своеобразная рыхлая или сравнительно плотная кирпично-красная порода, называемая латеритом (краснозем). В сухих пустынных областях особенно сильно идет физическое выветривание, а к числу продуктов его относятся песок и особая мелко-землистая порода светло-желтого цвета, названная лессом (желтозем). В умеренном климате проявляются как физическое, так и химическое выветривания в зависимости от времен года и местных климатических условий. Продуктами же его здесь являются пески и глины, а местами чернозем. Содержание растворенных солей в массе продуктов выветривания также изменяется в зависимости от климата. Они совершенно отсутствуют в областях, богатых атмосферными осадками, каковы, например, тропический и подтропический пояса, а также в областях со слабой испаряемостью влаги. Наоборот, все области с малым количеством атмосферных осадков или с высоким испарением богаты солями и, чем суше данная область, тем ближе к поверхности скопляются соли в ней. В пустынях, например, местами наблюдается массовое скопление солей. В исключительно же бездождных местностях в целости сохраняются даже такие легко растворимые соли, как селитры.

С внешней стороны весь процесс выветривания можно разделить на три фазы: 1) дробление сплошных каменных масс и распад их на более или менее объемистые обломки в виде каменных осыпей, щебня, дресвы и т.п., 2) дальнейшее измельчение всех этих обломочных материалов и, наконец, 3) совершенное испепеление каменных пород и обращение их в горный прах. Это последовательное измельчение каменных пород, сопровождаемое постепенным выщелачиванием образующихся при выветривании растворимых солей, в конечном результате, приводит к массовому накоплению разнообразных землистых продуктов выветривания и, между прочим, к образованию почвенного покрова земли. Весь этот в физико-химическом отношении сравнительно устойчивый остаточный материал, преимущественно глины и пески, или остается на месте своего происхождения, образуя так называемый элювий, или же вступает в круговорот могучих динамических процессов, перемещающих его в вертикальном и горизонтальном направлениях по поверхности земли. Деятельностью ветра и текучей воды он как бы распластывается по ней, пока не попадает в океанические пучины, где и погребается на долгие времена. Затем, внутренние силовые напряжения земли могут снова выдвинуть его из воды в виде материковых массивов, и тогда процессы выветривания повторно захватывают его.

Если каменные породы, подвергающиеся выветриванию, совершенно однородны по составу и строению, то разрушение их равномерно распространяется вглубь, и поверхности ограничения коры выветривания являются приблизительно параллельными. Но гораздо чаще выветривание проникает в глубину неравномерно, и тогда нижняя граница выветривающейся толщи делается крайне неровной. Соответственно этому, верхняя поверхность свежей, невыветренной, породы, по удалению продуктов выветривания, приобретает иногда весьма причудливые очертания. В этом сказывается, между прочим, весьма важное значение выветривания в выработке различных форм внешнего облика земли, которые моделируются им, как резцом художника. Любая горная страна наглядно свидетельствует об удивительной изощренности этого могучего ваятеля, который медленно вытачивает из колоссальных каменных массивов то мягкие, округлые вершины, то дикие, рваные гребни гор. В более мелком масштабе работа выветривания в этом отношении еще капризнее. Руинные скалы, столбообразные массивы, грибовидные глыбы, иглистые зубцы, матрацные нагромождения, карнизы, обрывистые стены и целый ряд других, нередко чрезвычайно изящных форм обязаны своим происхождением исключительно выветриванию. Даже в мелочах оно дает чрезвычайно внушительные результаты. Таковы, например, каровые образования, наблюдаемые в некоторых горных областях, сложенных из однородных известняков. При выветривании, поверхность таких известняков становится шероховатой. На ней появляются рытвинки и выступы, которые постепенно заостряются. В дальнейшем рытвины все более и более углубляются, а гребенчатые выступы становятся все резче и резче, чему много помогает текучая вода. В конце концов, поверхность известняков преобразовывается в голые, щелистые, остро-гребенчатые, дикие каровые поля, которые захватывают в горах нередко огромные пространства.

Процессы выветривания возникли на поверхности нашей планеты с того момента, когда на ней впервые обособились континентальные массивы. Они непрерывно как бы стирают их, постепенно захватывая более глубокие толщи, обнажающиеся по мере удаления с них продуктов выветривания. Казалось бы, этим процессам нет конца. На самом же деле они неминуемо должны окончиться как от полного ослабления факторов выветривания, так и от совершенного истощения материалов для него, что неизбежно наступит с момента завершения морфологического обезличения земли.

В. Соколов.