Гипергенез и литогенез земной оболочки

(от греч. hyper - над, сверх, поверх и genesis - происхождение, образование * a. hypergenesis; н. Hypergenese; ф. hypergenese; и. hipergenesis) - процессы хим. и физ. преобразования минералов и г. п. в верх. частях земной коры и на её поверхности под воздействием атмосферы, гидросферы и живых организмов при темп-pax, характерных для поверхности Земли. Нек-рые исследователи подразделяют Г. на 2 этапа и соответственно выделяют 2 зоны Г.: криптогипергенез, протекающий в анаэробной обстановке, и собственно Г., связанный с аэробными условиями. При таком толковании к Г. следует относить и процессы, протекающие при преобразовании сульфидных м-ний, включая как зону их окисления, так и зону цементации (вторичного обогащения) в нижележащих горизонтах. Согласно сов. учёному Н. Б. Вассоевичу (1962), Г. - важная стадия Литогенеза. Им предложено различать 3 зоны Г.; поверхностную зону супрагипергенеза, зоны мезогипергенеза и протогипергенеза. Главенствующую роль в Г. играют хим. разложение, растворение, гидролиз, гидратация, окисление и карбонатизация. Широко развиты коллоидно-хим. процессы, в частности сорбция, раскристаллизация гелей, переосаждение и явления ионного обмена. Большое значение имеют биогеохим. процессы. В зоне Г. под влиянием разл. факторов происходят образование коры выветривания, зон окисления м-ний, почвообразование, формирование состава подземных вод, вод рек, озёр, морей и океанов, хемогенное и биогенное осадкообразование, ранний диагенез осадков. Среди продуктов Г. - глинистые минералы, образующиеся при выветривании силикатных пород, много соединений типа оксидов, гидрооксидов, солей кислородных к-т (карбонаты, сульфаты, нитраты, фосфаты и др.), хлоридов. В зонах окисления рудных м-ний образуются соединения железа, меди, свинца, цинка (малахит, церуссит, англезит и др.), К числу важнейших факторов, определяющих Г., относят климат. Так, при выветривании силикатных г. п. в условиях умеренного климата возникают глинистые минералы преим. гидрослюдистого типа, а при выветривании этих же пород в тропиках образуются каолиновые глины и бокситы. В результате Г. формируются м-ния; остаточные (руды никеля, железа, марганца, магнезит, бокситы, каолинит); инфильтрационные (руды урана, меди, самородная сера); россыпные (золото, платина, минералы титана, вольфрама, олова); осадочные (уголь, горючие сланцы, соли, фосфориты, руды железа, марганца, алюминия, урана, меди, ванадия, гравий, пески, глины, известняки, гипс, яшма, трепел). Термин "Г." введён А. Е. Ферсманом (1922).

Гипергенез и кора выветривания

Горные породы, сформировавшиеся в недрах Земли, могут достигать ее поверхности. В этом случае они попадают в условия, которые отличаются от тех, в которых они сформировались. В новых условиях массивные горные породы теряют первоначальную физическую и химическую устойчивост ь- начинается процесс их разрушения. Весь комплекс физико-химических явлений, происходящих на поверхности Земли, А.Е.Ферсман назвал гипергенезом. В геологической литературе часто встречается старое название этого процесса - выветривание. Но выветривание это лишь часть комплекса явлений, связанная с деятельностью ветра, и его употребление правомерно только в этом узком понимании. Понятие же гипергенеза охватывает все многообразие процессов, которое можно разделить на физическое и химическое разрушение. Оба эти типа проявляются совместно, хотя в разных условиях один из них может преобладать над другим. Рассмотрим каждый из этих процессов.

Физическое разрушение или дезинтеграция - происходит в силу ряда причин.

1. Дилатация -означает расширение, растяжение - под этим термином понимают разрушение горных пород, связанное с их расширением. Это происходит, когда горные породы сформировавшиеся в условиях высоких давлений, попадают на поверхность Земли. Здесь величина давления резко падает до нормального атмосферного. Сжатые и уплотненные под высоким давлением горные породы, не испытывая внешнего давления начинают расширяться и при этом образуются трещины.

2. Температурное разрушение - вызвано суточными и сезонными колебаниями температуры. Предполагают:

- что разные породообразующие минералы обладают разными скоростями нагревания и охлаждения. Эта разница приводит к ослаблению сил сцепления между зернами минералов и растрескиванию горных пород;

- в горных породах в различном количестве всегда есть микротрешины и поры. В условиях низких температур, попавшая в них вода замерзая, увеличивается в объеме и тем самым оказывает давление, за счет которого микротрещины увеличиваются и это влечет растрескивание пород. В условиях сухого и жаркого климата, вода по трещинам устремляется к поверхности и испаряется. При этом могут кристаллизоваться соли, содержащиеся в воде, которые также оказывают давление на трещины и приводят к разрушению.

3. Механическое разрушение пород растениями - корневая система проникает по трещинам, расширяя и увеличивая их, что и приводит к разрушению пород.

4. Химическое разрушение - в поверхностных условиях происходят химические реакции, которые приводят к образованию новых минералов, устойчивых в этих условиях. Химическими реагентами являются поверхностные и подземные воды, часто минерализованные и содержащие О 2, СО 2 и т.п. Основные типы химического разрушени я- растворение, окисление, гидратация и гидролиз. Рассмотрим их.

Растворение происходит под действием воды минералов и горных пород. Наиболее растворим ы- карбонаты, галоиды, сульфаты. Образующиеся при этом пустоты в массиве горных пород приводят к обвалам и разрушению. Установлено, что химические элементы, входящие в состав горных пород, обладают разной способностью растворяться и выноситься, т.е. подвижностью.

По этому признаку они группируются на:

Окисление происходит под действием кислорода и воды на минералы, в формулу которых входят Fe, Cu, Mn, Al. Наиболее интенсивно окисление наблюдается в сульфидах. Так для минерала пирита реакция проходит:

FeS2 +mO2 +nH2O → Fe2O3. nH2O (лимонит),

большое количество которого над сульфидными месторождениями называют “железная шляпа”.

CuFeS2 +H2O+O2 +CO2 → Cu2O+Cu2 (CO3)(OH)2 +Fe2O3 nH2O

халькопирит куприт малахит лимонит

Гидратация - процесс вхождения в кристаллическую решетку минералов молекулы воды. Типичный пример- превращение ангидрита в гипс:

CaSO4 +2H2 O → CaSO4 H2O

ангидрит гипс

Гидролиз - процесс разрушения кристаллической решетки под действием воды и ионов в силикатах и алюмосиликатах. Например, у полевых шпатов:

·  каркасная структура превращается в слоевую,

·  из кристаллической решетки выносятся растворимые соединения К, Na, Ca;

Процесс гидролиза проходит в несколько стадий, количество которых как и конечный продукт зависят от климатических условий. Так при умеренном климате ортоклаз превращается в каолинит, и на этом процесс завершается. Но если эта реакция происходит при жарком и влажном климате, то процесс гидролиза продолжается и каолинит переходит в боксит (окислы и гидроокислы Al).

В последние десятилетия геологи большое значение стали придавать процессам гипергенеза, происходящих под водой, с общим названием гальмиролиз. В результате образуются Fe-Mn-Si руды, глауконит и глины.

Рассмотренные различные процессы гипергенеза, как правило, протекают совместно. Но интенсивность каждого из них не одинакова и, зависит прежде всего от климата, т.е. от количества осадков и температуры. Н.М.Страхов (плакат) показал как в разных климатических зонах изменяется соотношение между химическим и физическим процессами разрушения.

Продукты гипергенез а - минералы и горные породы. Они могут оставаться на месте или перемещаться в условиях расчлененного рельефа.

Элювий - это продукты физического разрушения, оставшиеся на месте после своего образования. Они представляют собой обломочный материал разного размера - от глыб (курумы) до элювиальных песков и глин.

Коллюви й - те же продукты физического разрушения, но смещенные к подножию склона горы (осыпи, обвалы). Причем их перемещения быстрые.

Формирование коры выветривания

Кора выветривания - это специфический продукт физического и химического процессов гипергенеза. Её формирование проходит в несколько стадий: