Тема II. Общие закономерности ландшафтной дифференциации (стр. 3 )

Соленость грунтовых вод определяется прежде всего количеством осадков, поэтому в гумидных районах грунтовые воды, как правило, пресные, в них преобладают углекислые соли. Чем суше климат, тем больше соленость грунтовых вод, тем больше в них растворено солей. Но, при близком залегании засоленосных горных пород, солевой состав и соленость грунтовых вод даже в гумидных ландшафтах может возрастать, и они приобретают свойства грунтовых вод более аридных зон.

В зоне вечной мерзлоты, если зимой слой сезонного промерзания смыкается с верхней границей вечной мерзлоты, то грунтовые воды зимой не функционируют. Если же глубина залегания слоя вечной мерзлоты больше слоя сезонного протаивая, то грунтовые воды зимой функционируют, они очень холодные и при их прорывах часто возникают такие опасные явления как наледи. Низкие температуры грунтовых вод тундровой зоны определяются подстилающими многолетнемерзлыми породами и являются причиной явления физиологической сухости, которая ограничивает возможности произрастания древесной растительности.

В аридных зонах из-за малого количества осадков фильтрация поверхностных вод осуществляется в значительно меньшей степени, верховодка отсутствует, и горизонты постоянных грунтовых вод залегают на больших глубинах - 10 и более метров (в пустыне Кара-Кум известен колодец, в котором вода залегает на глубине 240 м). Недостаток воды в почвенном слое и глубокое залегание грунтовых вод, не создающих дополнительного поступления влаги, приводят в формированию условий физической сухости, лимитирующей произрастание растительности и, прежде всего древесной. Грунтовые воды в аридных зонах, как правило, солоноватые или соленые. Обогащение солями грунтовых вод происходит в связи с тем, что атмосферная влага по мере фильтрации переходит в пленочное и молекулярное состояние и это уменьшает объем гравитационной влаги и увеличивает содержание солей, поступающих за счет выветривания минеральной толщи. Чем меньше влаги фильтруется через почву, тем больше шансов на ее засоление. Засоление грунтовых вод аридных зон, как правило, хлоридное или сульфатное.

3.5. Зональность геохимических процессов.

Выражением геохимической зональности является

·  зональность процессов выветривания и типов кор выветривания,

·  процессов почвообразования и типов почв,

Под корой выветривания понимают континентальные образования, возникающие на земной поверхности в результате выветривания горных пород. Процессы выветривания горных пород (механического разрушения и химического преобразования) определяются такими факторами как колебания температуры, химическое и механическое воздействие атмосферы, воды и живых организмов. Эти факторы в значительной степени подчиняются закону географической зональности и поэтому процессы выветривания также зональны. Зонален и результат этих процессов - кора выветривания. В зависимости от климатических условий меняется механический и химический состав кор выветривания, подвижность химических элементов, высвобождающихся при разрушении минералов горных пород. Каждая природная зона характеризуется определенным набором химических элементов, называемых типоморфными, определяющих химические особенности кор выветривания и формирующихся на них почв.

Физическое выветривание приводит к разрушению монолитности горных пород и к их дезинтеграции под воздействием возникающих в породе напряжений без изменения их химического состава. Источником этих напряжений являются механическое и температурное расширение, рост кристаллов и деятельность живых организмов.

Механическое расширение является реакцией горной породы на уменьшение давления вышележащих блоков горных пород при денудации. В результате такого расширения в монолитных горных породах возникают трещины, параллельные дневной поверхности, которые в дальнейшем расширяются другими процессами физического выветривания.

Температурное выветривание связано с небольшой теплопроводностью горных пород, которая приводит к сильному нагреванию днем и охлаждению ночью только очень тонкого поверхностного слоя горных пород. Эти температурные контрасты между поверхностью горной породы и ее внутренними частями приводят к растрескиванию и разрушению поверхности монолитной горной породы. Этот тип выветривания наиболее характерен для пустынных и высокогорных районов, летнего периода в тундрах.

Вода, попадающая в трещины горных пород, при замерзании осуществляет дальнейшее расширение трещин. Аналогичное воздействие на горные породы связано с попадающими в трещины растворимыми солями, которые при кристаллизации оказывают на трещины значительное давление. Разрушение горных пород в результате кристаллизации воды происходит практически во всех природных зонах, сезонные температуры в которых опускаются ниже 00С, а в результате кристаллизации солей - в основном в аридных районах.

Существенное воздействие на горные породы оказывают живые организмы. Известно, что растущие корни в благоприятной обстановке способны расклинивать трещины в коренной породе. Поскольку клетчатка стенок клетки крепче многих металлов, а корневые системы проникают на глубину до десяти метров, можно предположить, что это и есть главное средство физического разрушения. Однако на практике трудно установить действенность корней, так как очень часто они следуют по полостям, уже созданным другими агентами. При этом следует помнить о двойном влиянии корневой системы. С одной стороны они действуют как стабилизирующий агент, скрепляющий выветрелый материал, и тем самым препятствующий дальнейшему обнажению свежей породы, с другой они иногда оказывают прямое разрушающее воздействие, например при ветровале крупных деревьев. Животные принимают малое участие в непосредственном разрушении коренных пород, но играют большую роль при нарушении уже образованного обломочного материала, тем самым, усиливая эффективность других процессов выветривания.

Химическое выветривание приводит к разрушению первичных минералов горных пород и формированию новых, вторичных минералов, более соответствующих поверхностным условиям, т. е. к изменению минерального состава горных пород. Химическое выветривание включает процессы растворения, гидратации, гидролиза карбонатизации и окисления, а также комплекс процессов биохимического воздействия.

Возможность химического выветривания определяется рядом свойств самих горных пород, влияющих на их подверженность химическому изменению. Более 98% земной коры слагают 8 химических элементов, самый распространенный из которых - кислород, составляет более половину общего веса земной коры. Далее следуют кремний (менее четверти общего веса земной коры), алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний. По объему почти вся земная кора состоит из анионов кислорода, соединенных с катионами металлов в форме окислов. Наиболее важным из них являются кремнезем (SiO2), образующий минерал кварц и окислы алюминия (Al2O3) и железа (Fe2O3). Значительная часть минералов образована силикатными тетраэдрами (Si2O4), выступающими в роли «строительных кирпичиков». Благодаря различному типу химических связей между этими тетраэдрами и соединяющими их катионами и замещению части ионов кремния в тетраэдрах алюминием возникает огромное разнообразие силикатных минералов. Основные процессы химического выветривания выражаются в нарушении тетраэдральной решетки и выносе скрепляющих их катионов.

Существенную роль в процессах химического выветривания играет дождевая вода, имеющая сложный химический состав. Она содержит, кроме растворенного атмосферного кислорода и двуокиси углерода, морские соли, окись азота, растворенную азотную кислоту, двуокись серы и растворенную серную кислоту. Эти постоянные компоненты дождевой воды дают ей возможность бесконечно разнообразного воздействия на горные породы. Как только вода просачивается, ее состав испытывает дальнейшие изменения благодаря реакциям с минеральными и органическими фракциями почвы и грунта.

Условно, всю совокупность химических процессов, изменяющих горные породы, принято подразделять на процессы растворения, гидратации, гидролиза, карбонатизации и окисления. Но в природе эти процессы протекают совместно, и их суммарный результат сильно изменяет результаты воздействия каждого из них.

Растворение. Основная часть первичных горных пород обычно не растворяется водой (за исключением галита или каменной соли). Главнейшее значение растворения заключается в его роли переносчика продуктов других процессов выветривания, так как если материал не выносится, он может замедлить или совершенно изменить весь ход разложения породы. Процесс растворения зависит от внешних факторов и, прежде всего от рН среды. Например, растворимость двухвалентного железа или марганца быстро возрастает в слабокислых условиях, но для того, чтобы сделать растворимым алюминий, требуется, чтобы рН среды был не более 4. Поэтому остаточные продукты одной и той же породы в различных ландшафтах (в разных кислотно-щелочных условиях) могут сильно отличаться. Изменения свойств среды объясняют и изменения в процессе переосаждения свойств растворителя при его миграции через почву и кору выветривания.

Гидратация считается началом всех более глубоких химических преобразований горных пород. При взаимодействии с водой большинство силикатных глинистых минералов включает воду в свою молекулярную структуру и при этом сильно разбухают. Это разбухание является главной причиной размельчения крупнозернистых изверженных пород, которые разрушаются благодаря прогрессивному расширению содержащихся в них гидратных минералов.

Гидролиз силикатных минералов представляет собой довольно сложный химических процесс, заключающийся в фактически полном разрушении первичной силикатной решетки и в выносе соединяющих ионов. Перестроенная кремний-алюминиевая решетка вмещает много воды и в результате образуется водный глинистый минерал. Этот процесс приблизительно может быть выражен следующей химической реакцией (на примере калий - содержащего минерала ортоклаза)

2KAlSi3O8 + 2H2O = Al2Si2O5(OH)4 + K2O + 4SiO 2,

где KAlSi3O8 – ортоклаз, Al2Si2O5(OH)4 – каолинит, K2O - растворенная окись калия, SiO 2, -растворенный кремний

Натрий и кальций - содержащие полевые шпаты разлагаются похожим путем. Процесс гидратации в естественных условиях сильно ускоряется при загрязнении воды, особенно в присутствии растворенного СО2.