1.5.2. Экзогенное минералообразование

Образование минералов в условиях земной поверхности может быть связанно с двумя процессами – либо с выветриванием, либо с осадочным процессом.

Выветривание представляет собой совокупность процессов физического разрушения горных пород и минералов и их химического преобразования под действием колебаний температур, воды, кислорода, углекислоты, жизнедеятельности животных и растительных организмов в поверхностных и приповерхностных условиях.

В зависимости от преобладания тех или иных факторов разрушения пород и минералов различают выветривание физическое, химическое и биологическое.

При физическом выветривании происходит только механическое разрушение горной породы или минерала, которое включает в себя простое дробление, обработку атмосферными осадками обломков горных пород или минералов, их перенос, отложение на новом месте. Этот процесс способствует выделению некоторых минералов из горных пород и накоплению их больших масс (например, таким путем образуется кварцевый песок).

При химическом выветривании изменяется химический состав горных пород и минералов. Химическому выветриванию подвержены неустойчивые в условиях земной поверхности горные породы и минералы (магматические, метаморфические и осадочные породы, в состав которых входят галоидные соединения и соли, а также карбонаты и сульфаты).

При химическом выветривании происходит растворение пород или минералов, гидролиз, гидратация и окисление.

Процессы эти часто взаимосвязаны. Так, в результате растворения горных пород различного состава происходит обогащение раствора определенными химическими элементами и соединениями. При достижении пересыщения концентрации рядом химических соединений или химических элементов происходит обратный процесс – кристаллизация определенных минералов из раствора. Таким путем образуется галит (каменная соль), мирабилит (глауберова соль), сильвин, гипс, ангидрит и другие минералы. Некоторые минералы переходят в другие минералы путем окисления, гидролиза или гидратации. В частности, пирит (FeS₂) при соответствующих условиях переходит в лимонит (2Fe₂O₃∙H₂O). Эти процессы протекают по следующей схеме: в результате гидратации ангидрит (CaSO₄) может переходить в гипс (CaSO₄∙2Н₂О), гематит (Fe₂O₃) – в лимонит (2Fe₂O₃∙nH₂O). Химическим путём образуется каолинит и опал в результате воздействия на полевые шпаты воды и углекислоты.

Химическое выветривание в зонах развития медных сульфидных месторождений, особенно если они залегают в известняках, приводит к образованию минералов малахита и азурита.

Биологическое (органическое) выветривание связано с жизнедеятельностью растений и животных организмов и воздействием на вмещающие породы продуктов их жизнедеятельности. Растения выделяют органические кислоты, которые способствуют растворению минералов и переходу их в другие минералы. Так, при образовании вивианита (Fe₃[PО₄]₂∙8H₂O) источником фосфора часто являются органические остатки.

Отмершие растительные и животные остатки подвергаются распаду. Некоторые продукты распада (богатые фосфором), взаимодействуя с минеральными массами, образуют новые минералы (фосфорит).

Интенсивность выветривания, особенно химического и биологического, зависит в очень сильной степени от климата и минерального состава пород.

Атмосферные осадки, просачиваясь в горные породы, вступают с ними в различные реакции. При этом растворимые соединения (соли калия, натрия, кальция) уносятся (выщелачиваются), а труднорастворимые соединения (кремния, железа, алюминия) – накапливаются и образуют кору выветривания, залегающую в виде покрова на неизмененных горных породах. Мощность кор выветривания может достигать десятков и первых сотен метров.

Кора выветривания интенсивно развита в тропических странах и слабее в средних широтах. Так, для влажного тропического климата характерно латеритное выветривание. В этом случае в коре выветривания образуются окислы алюминия и железа (Al₂O₃;Fe₂O₃). Если латериты содержат гидроокислы алюминия – их называют бокситами (Al₂O₃[OH]).

Для более умеренного климата характерно выветривание магматических и метаморфических пород, богатых алюмосиликатами, при котором происходит образование глинистого минерала – каолинита.

Главная роль в органическом выветривании принадлежит микроорганизмам, распространенным повсеместно. Они поглощают из пород химические элементы и соединения и выделяют их в виде отходов своей жизнедеятельности после отмирания, но уже в других соединениях. Таким образом, микроорганизмы способствуют переходу минеральных веществ в органические – из органических – в минеральные, обуславливая, непрерывный круговорот вещества в природе. В результате поверхностный слой обогащается органическим веществом, претерпевая биохимические преобразования и превращается в почву. Поэтому почву можно рассматривать как формирующуюся кору выветривания.