Гипергенные процессы

Земле источниками энергии (преимущественно солнечное излучение) в сочетании с силой

тяжести.
Экзогенные процессы протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физико-химического её взаимодействия с гидросферой и атмосферой.
Факторы экзогенных геохимических процессов – Т, влажность, Eh, живое вещество. Р – атмосфера и глубины океанов

формирование кор выветривания, зон окисления и т.д.;
ПЕДОГЕНЕЗ – почвообразование на

суше;
СИНГЕНЕЗ – водное осадкообразование;
ДИАГЕНЕЗ – преобразование осадков, приводящее к их уплотнению;
КАТАГЕНЕЗ – совокупность геохимических и минералогических процессов, происходящих в осадочных породах при повышенных температурах с участием воды, углекислого газа и других компонентов;

вызываемых проникновением природных вод в литосферу (карст и т.д.);
МЕХАНОГЕНЕЗ –

процессы механического переноса и осаждения вещества;
БИОГЕНЕЗ – совокупность биогеохимических процессов;
ТЕХНОГЕНЕЗ – совокупность геохимических процессов, вызываемых различной деятельностью человека;
Криогенез – отрицательные температуры;
Атмогенез – процессы в атмосфере.

в верхних частях земной коры и на ее поверхности под

действием атмосферы, гидросферы и живых организмов.
Весь комплекс физико-химических явлений, происходящих на поверхности Земли, А.Е.Ферсман назвал гипергенезом .

биокосной части литосферы, выведенные на поверхность либо на дно морского

бассейна горные породы стремятся прийти в равновесие с окружающей средой. Основными источниками энергии здесь являются солнечное тепло и в значительно меньшей степени внутренне тепло Земли. Важнейшую роль в гипергенных процессах играют органическое вещество и вода.

соответствует уровню затухания воздействия на горные породы фотосинтезирующей жизни, что

сопровождается резким сокращением содержания кислорода и соответственно изменением условий среды (Eh, pH, угнетение процессов окисления, гидролиза, коллоидообразования).
Обычная мощность зоны гипергенеза не превышает десятков метров, но иногда гипергенные процессы проявляются на глубинах в сотни и даже первые тысячи метров.

полостям, поверхностям контактов пород, подземным горным выработкам, сохраняющим связь с

земной поверхностью и служащим путями проникновения гипергенных агентов.
В зависимости от условий процессы гипергенеза можно разделить на три группы:
поверхностный (или наземный) гипергенез – комплекс явлений и процессов, происходящих непосредственно на поверхности суши или связанных с проникающими в толщи пород инфильтрационными водами;

ниже земной поверхности и связанных с воздействием подземных вод, движущихся

по водоносным горизонтам или восходящих по проницаемым зонам (заметим, что эти воды также имеют поверхностное происхождение);
подводный гипергенез (или гальмиролиз) - комплекс явлений и процессов, происходящих на дне морей и океанов при взаимодействии морских вод с горными породами.
Формирование продуктов поверхностного гипергенеза связано с процессами выветривания.

пород на земной поверхности под воздействием физических, химических и органических

факторов.
В зависимости от того, какие факторы обуславливают процессы преобразования пород, выветривание можно подразделить на физическое (или механическое) и на химическое.
Биогенные процессы, очень широко проявленные в процессах выветривания, проявляются как в механическом, так и в химическом воздействии на минеральный субстрат.

Выветривание

расширяющими трещины, или роющими организмами (черви, муравьи, термиты, суслики, кроты

и др.).
Биохимические процессы активно воздействуют на минеральное вещество как в процессе жизнедеятельности (лишайники извлекают минеральные вещества из минералов), так и поставляя химически активные соединения в процессе разложения (органические кислоты, возникающие при разложении листвы и пр.). Взаимодействие минерального и органического вещества приводит к возникновению почвы.

реакции с водными растворами.
Физическое выветривание – дезинтеграция породы на более

мелкие частицы (обнажение – валуны – обломки пород и минералов – «песок»). Не приводит к химическому преобразованию.

– приводят к растрескиванию пород, превращению их из плотных низкопористых

в рыхлые пористые образования с большой удельной поверхностью.
Физическое выветривание подготавливает почву для химического. Увеличение пористости и удельной поверхности резко улучшает контакт породы с водой и кислородом воздуха – главными агентами химического выветривания.

S поверхности, облегчая хим. выветривание

каждого из них не одинакова и, зависит прежде всего от

климата, т.е. от количества осадков и температуры. Также зависит от рельефа.

разрушение горных пород и минералов на поверхности Земли под влиянием

колебаний температуры. Известно, что при нагревании и охлаждении твёрдые тела изменяют свой объём. В результате суточных колебаний температуры горных породах возникают напряжения двух типов.
Напряжения первого типа (объёмно-градиентные) связаны с неравномерным нагреванием поверхностной и более глубоких частей массива; различие температур в этих частях массива приводят к образованию трещин, направленных параллельно его поверхности. Вследствие этого происходит шелушение и отслаивание пород, называемое десквамацией.

с различием коэффициентов теплового расширения-сжатия минералов. Напряжения этого типа приводят

к раскалыванию до уровня минеральных зёрен и далее, по трещинам спайности, до образования частиц размером до сотых долей мм.
Быстрее разрушаются темноокрашенные минералы, а также крупнокристаллические породы с большими различиями коэффициентов расширения составляющих их минералов.
Так в процессе температурного выветривания массив пород разрушается с образованием обломочных пород различного размера – от щебня до алевритового материала. Суточные колебания температуры проявляются до глубины 1 м, что определяет максимальную мощность возникающих таким путём обломочных отложений.

меньшей степени, в нивальных областях и в высокогорных районах, не

покрытых снегом. Этому способствует сочетание двух факторов: 1) резкие суточные колебания температуры, достигающие 50оС и 2) обнажённость горных пород ввиду отсутствия растительного покрова и почвенного слоя.

попадающей в трещины воды.
Попадая в трещины, в холодное время суток

вода замерзает – превращается в лёд, объём которого больше. Кристаллизующийся лёд оказывает на стенки трещин весьма существенно давление, достигающее 1000 кг/см3 и более, что значительно выше прочности большинства горных пород. Давление льда приводит к расширению трещин и раскалыванию пород на крупные обломки размером от десятков сантиметров до метров в диаметре. Отсутствие более мелкого материала обусловлено тем, что свободная вода не способна проникать в микротрещины.

происходит в горной области, где имеются плоские, горизонтальные поверхности, то

продукты выветривания накапливаются на них в виде глыб и более мелкого дресвяного материала. В результате создаются элювиальные россыпи и ландшафты беспорядочного нагромождения глыб, получившие название «каменных морей».
Характерным ландшафтом зон физического выветривания являются каменистые пустыни, или, как их называют в Сахаре, гаммады.
Гаммады представляют собой нагромождения глыб и щебня, образующиеся за счёт выветривания горизонтально лежащих платов горных пород и выноса ветром пылеватых и песчаных продуктов их разрушения.

пород, связанное с их расширением. Это происходит, когда горные породы

сформировавшиеся в условиях высоких давлений, попадают на поверхность.
2. Температурное разрушение - вызвано суточными и сезонными колебаниями температуры.
3. Механическое разрушение пород растениями - корневая система проникает по трещинам, расширяя их.

горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа, органических кислот,

а также вследствие биогеохимических процессов.
Необходимо отметить ещё одну функцию воды, без которой невозможно химическое преобразование пород: вода обеспечивает «доставку» агентов химического выветривания и вынос продуктов реакций.
Транспортировка веществ происходит почвенно-грунтовыми водами в виде истинных и коллоидных растворов.
Важное значение в процессах химического выветривания имеют органические кислоты, активно способствующие разложению минералов. Процессы химического выветривания протекают ниже почвы.

высоких температур и влажности (гумидный тропический);
обилие и характер растительности (при

её разложении образуются органические кислоты, активно разрушающие минералы);
выровненный рельеф, обеспечивающий неподвижность продуктов разрушения;
продолжительность выветривания.
относительно легкорастворимые соединения.

огромной биомассой. Почвенные воды гумидных ландшафтов обладают кислой реакцией и

активно воздействует на минералы горных пород; в таких условиях выветривание протекает под воздействием постоянного промывания пород кислыми растворами.

В аридных ландшафтах, отличающихся недостаточной увлажнённостью, распространена травянистая растительность. Её биомасса в десятки раз меньше биомассы лесов. Почвенные воды имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, поэтому интенсивного промывания выветривающейся толщи агрессивными водами не происходит, и в ней постепенно сохраняются относительно легкорастворимые соединения.

образованию новых минералов, устойчивых в этих условиях.
Химическими реагентами являются

поверхностные и подземные воды, часто минерализованные и содержащие О2, СО2 и т.п.
Основные типы химического разрушения- растворение, окисление, гидратация и гидролиз.

взаимодействии ионов металлов с молекулами некоторых органических соединений.

растворимы- 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.
Элементы: энергично выносятся Cl, Br, I, SO4
легко выносятся Ca, Na, Mg, K
подвижные SiO2 (силикатов), Mn, P, Cu, Ni, Co
инертные Al, Fe, Ti
практически неподвижные: SiO2 (кварц).

кальцит растворяется без остатка:

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 +2H2O → CaSO4.2H2O

ионов в силикатах и алюмосиликатах. Например, у полевых шпатов: каркасная

структура превращается в слоистую ,
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).

происходящих под водой, с общим названием гальмиролиз. В результате образуются

Fe-Mn-Si руды, глауконит и глины.
Продукты гипергенеза - 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.
Делювий - это скопление рыхлых продуктов выветривания у подножия и у нижних частей возвышенностей. Делювий образуется в результате переноса этих продуктов дождевыми потоками, талыми водами (плоскостного смыва). Немаловажную роль в этом играет сила тяжести.
Коллювий - те же продукты физического разрушения, но смещенные к подножию склона горы (осыпи, обвалы).

продолжение обычного химического выветривания. Наиболее химически стабильные минералы транспортируются дальше.
Облик

частиц изменяется абразией при переносе ветром или в водной среде. Близко к источнику частицы остроугольны, далеко – окатаны.

при высокой температуре) и стремится к наиболее стабильным ассоциациям и

фазам. Но:
1. Кинетика реакций медленная и метастабильное состояние обычно.
2. Стабильные минералы при влажных окружающих условиях другие, чем при высоких Р и Т.
3. Растворимость в воде и зависимость от химизма воды (pH и др.) – главные факторы стабильности минералов при выветривании.

из магматического расплава (реакционные ряды Боуэна), т.е. минералы с минимальным

запасом внутренней энергии для данных условий.
Последовательность увеличения устойчивости к химическому выветриванию: содалит-нефелин-оливин-ортопироксен-клинопироксен-амфибол-биотит-основной плагиоклаз-мусковит-кварц.

элементы уйдут в раствор.
Кислая неизмененная порода (полевые шпаты+кварц) ?

глины и гидроксиды, кварц.

земной поверхности в результате выветривания горных пород.
Продукты изменения, оставшиеся на

месте своего первичного залегания, называют остаточной корой выветривания, а перемещенные 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.).

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).
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.

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 коре выветривания красную и бурую окраску. В условиях спокойного тектонического режима во влажных тропиках кора выветривания достигает мощности десятков метров, а в зонах разломов — сотен метров.
В зависимости от минерального состава различают ряд типов выщелоченной коры выветривания (каолиновая, латеритная и т. д.).

Б.Б. Полынову с упрощениями)

химического процессов гипергенеза . Её формирование проходит в несколько стадий:

1. Обломочная - преобладает физическое разрушение горных пород (дезинтеграция).
2. Сиаллитная - преобладает гидролиз с образованием глинистых минералов (каолинит, нонтронит).
3. Аллитная - преобладает окисление глинистых минералов и оксидов и гидрооксидов Fe, Al, Mn, Si. Образуются минералы - лимонит, гематит, «боксит», пиролюзит, опал, халцедон. Продукты этой стадии окрашены в красно-бурый цвет и похожи на обожженый кирпич, поэтому их еще называют латеритами (later-высушенный кирпич).

и т.д. В свою очередь минеральный состав коры выветривания зависит

от того, сколько стадий гипергенеза протекало в массиве горных пород и каким был первичный химический состав этих исходных (или материнских) пород. Кора выветривания ультраосновных пород отличается минеральным составом от коры, образованной по породам кислого состава.
Коры выветривания по времени своего образования делятся на современные и древние.

или обломочной, коры выветривания, образованный дезинтегрированным в ходе физического выветривания

гранитом;
2 - гидрослюдистый горизонт, слабосцементированная масса, прослеживается структура исходного гранита, но значительная часть щелочей и щелочноземельных элементов из минералов вынесена, и большая часть полевых шпатов замещена агрегатом гидрослюд
3 - коалинитовый горизонт, светлая глинистая масса с участками рыхлого щебнистого материала и бурые пятна от скопления гидрооксидов Fe. Гидрослюды замещены коалинитом.

аутигенными карбонатами, К, % = [(Kэл.кв – Kэл.суб)/ Kэл.суб]·100, где

Kэл.кв – концентрация элемента в выветренном образце, Kэл.суб – концентрация элемента в субстрате.

одновременным увеличением содержаний K2O, Al2O3 и CaO, при этом концентрация

Na2O уменьшается. Глинистая зона коры выветривания не образует единого горизонта, а представлена в виде маломощных линзовидных прослоев в зоне элювиальной брекчии.
В результате увеличение концентрации Al2O3 и K2O обусловлено формированием глинистых аутигенных минералов, а CaO – кристаллизацией доломита из гипергенного раствора, который дренировал профиль выветривания.

Au, Pt, Sn, алмазов. Образуются благодаря устойчивости минералов к разрушению

и накоплению их в элювии.
2. Остаточные коры выветривания (т.е. после формирования коры выветривания новообразованные минералы остаются на месте). С ними связаны МПИ Ni , Co, Cr , Fe, каолиновых глин, бокситов.
3. Инфильтрационные - образуются за счет растворения полезных компонентов при гипергенезе из одних пород и перенос их водными растворами и осаждение в других породах: U, V, Fe и др.