На поверхности Земли непрерывно происходят процессы разрушения и химического преобразования горных пород. Эти изменения вызываются комплексным воздействием солнечного тепла, атмосферных явлений, воды и живых организмов. Совместная работа этих сил способна со временем разрушить даже самые прочные скальные массивы.
Физическое (температурное и морозное) выветривание
Днем поверхность породы нагревается солнечными лучами, а ночью остывает. Наиболее резкие перепады температуры наблюдаются весной и осенью, когда дневное тепло сменяется ночными заморозками. Постоянное расширение при нагреве и сжатие при охлаждении приводит к образованию микротрещин и постепенному растрескиванию породы. Хотя суточные изменения объема незначительны, их многолетнее, а то и многовековое воздействие ослабляет внутренние связи в породе, снижая ее прочность. В результате монолитный камень превращается сначала в крупные угловатые обломки, а затем в щебень, дресву и песок. Этот процесс особенно интенсивно протекает в пустынях, где суточные перепады температуры могут превышать 40–50°C, а также в высокогорных районах. В пустынях часто наблюдается чешуйчатое шелушение — отслаивание поверхностных слоев породы под влиянием экстремальных температурных колебаний. Разрушение усиливается, если в трещины проникает вода. При замерзании вода расширяется, действуя как клин и раздвигая трещины. Этот процесс известен как морозное выветривание.
Органическое (биологическое) выветривание
Растения и другие организмы также вносят значительный вклад в разрушение горных пород. Лишайники, поселяясь на камнях, плотно прирастают к их поверхности и выделяют вещества, которые медленно разъедают породу. В образующихся микротрещинах накапливаются пыль и органические остатки, создавая основу для поселения более высокоорганизованных растений. Их корни, проникая в трещины, действуют как мощные клинья, постепенно раскалывая даже крупные глыбы. В горах можно наблюдать, как деревья удерживаются на почти вертикальных скалах, буквально впиваясь в них корнями. Это наглядный пример силы органического выветривания.
Химическое выветривание и его последствия
Дождевая и талая снеговая вода, содержащая растворенный кислород и углекислый газ из атмосферы, активно участвует в химическом преобразовании пород. Такая вода способна растворять известняки, разлагать полевые шпаты с образованием глинистых минералов, разрушать слюду и окислять железосодержащие минералы, превращая их, например, в охру. Процессы химического выветривания усиливаются органическими кислотами, которые образуются при разложении растительных остатков. Непрерывная, хотя и незаметная невооруженным глазом, работа этих сил приводит к накоплению у подножий скал обломочного материала — от огромных глыб до мелкого песка. Эти обломки под действием силы тяжести скатываются, сползают или скользят по склонам, формируя осыпи, которые часто имеют форму конуса. Со временем отдельные осыпи сливаются, образуя сплошной шлейф, и горы кажутся «утонувшими» в грудах собственных обломков. В горах в тишине иногда можно услышать грохот оторвавшейся глыбы или шорох сползающего щебня, особенно часто это происходит после дождя, во время весеннего снеготаяния или в морозные ночи.
Кора выветривания и элювий
Совокупность горных пород, подвергшихся разрушению, образует так называемую кору выветривания — рыхлый поверхностный слой, формирующийся в зоне активного просачивания воды. В условиях жаркого и влажного климата, наиболее благоприятных для этих процессов, мощность коры выветривания может достигать 100–200 метров и более. Продукты разрушения, оставшиеся на месте своего образования, называются элювием. Он накапливается на горизонтальных и пологих поверхностях и может иметь самый разный гранулометрический состав — от глыб до тончайших глинистых частиц. В элювии первичные породы не только механически разрушены, но и глубоко химически преобразованы.
Мощность и состав коры выветривания сильно зависят от климатических условий. Наиболее глубоко ее нижняя граница опускается вблизи тектонических трещин. В строении коры четко прослеживается вертикальная зональность. Верхняя часть изменена максимально. В сухом климате элювий по цвету и твердости может напоминать красный кирпич, образуя латеритную кору выветривания. Ниже она сменяется глинистым, или каолиновым, горизонтом с включениями окислов железа. Еще глубже залегают породы, почти не затронутые химическими изменениями. В саваннах, пустынях и степях, где нет условий для интенсивного промывания, мощность коры невелика, а растворимые продукты выветривания часто остаются в верхних горизонтах.
С древними корами выветривания связано образование многих важных полезных ископаемых: руд алюминия (бокситов), железа, марганца, а также россыпей алмазов, золота и других.
От коры выветривания к почве
Постепенный переход от твердой породы к рыхлому элювию можно наблюдать в естественных обнажениях или искусственных разрезах. В нижней части порода лишь разбита сетью трещин. Выше трещиноватость увеличивается, порода распадается на отдельные глыбы и куски, которые по мере движения вверх по разрезу становятся все мельче, перемешиваясь с песком и глиной. Этот материал постепенно переходит в самый верхний, темный, пронизанный корнями растений слой — почву. Порода, на которой под влиянием биохимических процессов формируется почва, называется материнской. Ее свойства во многом определяют характеристики будущей почвы. Однако из одинаковых материнских пород в разных климатических зонах образуются различные продукты выветривания: одни вещества вымываются вглубь или уносятся грунтовыми водами, другие остаются на месте. В итоге в каждой природной зоне на поверхности коры выветривания формируется свой, уникальный тип почвы.
Таким образом, выветривание горных пород — это сложный совокупный процесс, включающий три основных типа: физическое (температурное и морозное), органическое (биологическое) и химическое.