Гипергенез и кора выветривания
Горные породы любого типа: кристаллические, обломочные, глинистые и аморфные на поверхности литосферы, поглощая солнечную энергию, разрушаются на обломки, глину, опал и другие оксиды.
Такой процесс в науке принято называть гипергенезом, а в обиходе – выветриванием, хотя ветер участия в нем не принимает. Термин “гипергенез” в 1922 г. был предложен академиком А.Е.
Ферсманом и дословно означает “наверху образованный”.
Гипергенез – процесс разрушения горных пород на поверхности суши. Происходит изменение состояния, строения и состава горных пород в результате взаимодействия их с агентами гипергенеза: солнечной радиацией, водой, кислородом и другими.
По преобладающему воздействию тех или иных агентов разрушения гипергенез принято разделять два вида: физическое дробление и биохимическое разложение.
И хотя оба эти процесса находятся между собой во взаимосвязи, первым обычно начинает проявляться физическое дробление, подготавливая вещество горных пород для последующего биохимического преобразования.
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 устойчивость- 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.
Физическое разрушение или дезинтеграция — происходит в силу ряда причин. 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.
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 микротрещины 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.
Механическое разрушение пород растениями — корневая система проникает по трещинам, расширяя и увеличивая их, что и приводит к разрушению пород.
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 О2, СО2 и т.п. Основные типы химического разрушения — растворение, окисление, гидратация и гидролиз.
Растворение происходит под действием воды минералов и горных пород. Наиболее 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.
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 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. Коллювий — 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:
1. Обломочная — преобладает физическое разрушение горных пород (дезинтеграция).
2. Сиаллитная — преобладает гидролиз с образованием глинистых минералов (каолинит, нонтронит).
3. Аллитная — преобладает окисление глинистых минералов до оксидов и гидрооксидов железа, алюминия, марганца, кремния. Образуются минералы — лимонит, гематит, боксит, пиролюзит, опал, халцедон. Продукты этой стадии окрашены в красно-бурый цвет и похожи на обожженный кирпич, поэтому их еще называют латеритами (later-высушенный кирпич).
Развитие всех стадий зависит от климата, рельефа, состава материнских пород 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.
К современным относится почва — представляет собой продукт биохимического процесса, в котором ведущую роль играют продукты биохимических реакций остатков растительности.
Древние коры выветривания формировались на разных геологических этапах развития земной коры и их возраст достигает миллионы и миллиарды лет. По форме и условиям залегания коры выветривания делятся на площадные и линейные.
Полезные ископаемые — продукты гипергенеза
Обломочные месторождения полезных ископаемых — элювиальные россыпи золота, платины, олова, алмазов. Образуются благодаря устойчивости минералов к разрушению и накоплению их в элювии.
Остаточные коры выветривания (т.е. после формирования коры выветривания новообразованные минералы остаются на месте). С ними связаны месторождения полезных ископаемых никеля, кобальта, хрома, железа, каолиновых глин, бокситов.
Инфильтрационные — образуются за счет растворения полезных компонентов при гипергенезе из одних пород и перенос их водными растворами и осаждение в других породах. Таков способ образования некоторых месторождений урана, ванадия, железа и других полезных ископаемых.
Источник: http://biofile.ru/geo/23404.html
18 Изменение нефтей в зоне гипергенеза Гипергенез-вторичное
18. Изменение нефтей в зоне гипергенеза.
Гипергенез-вторичное изменение нефти-процессы физико-химического преобразования состава и свойств нефти в самой залежи. • Н. М. Страхов называл гипергенез регрессивным этапом литогенеза. • Развивая это понятие Н. Б.
Вассоевич [1953, 1957] подразделил гипергенные процессы на два этапа: • криптогипергенез – вторичные процессы, протекающие в анаэробной обстановке; • идиогипергенез – совокупность вторичных процессов протекающих в поверхностной зоне литосферы в условиях доступа свободного воздуха и преобладания аэробного окисления.
• Зона гипергенеза подразделяется на две подзоны: скрытого гипергенеза – криптогипергенеза, протекающего в анаэробной обстановке, и собственного гипергенеза – идиогипергенеза, связанногрпо с аэробными условиями.
Факторы гипергенеза • • • Изменение нефтей в зоне гипергенеза происходит под влиянием следующих агентов: атмосферного воздуха, воды и микроорганизмов. По преобладающему действию того или иного агента можно различать следующие виды «выветривания» нефти (Муратов В. Н. , 1970): Физическое – а) процессы дегазации, т. е.
выделение из нефти растворенных в ней газов; б) испарение легких фракций и низкокипящих масел — эти процессы в иностранной литературе называются «сгущением» нефти; в) вымывание водой.
Химическое, заключающееся в окислении УВ в смолы О воздуха и О, растворенным в пластовых водах, и в дальнейшем конденсации смол в асфальтены, что приводит к уменьшению УВ-ной части и увеличению асфальтено-смолистой (САВ). Микробиальное, являющееся частным случаем химического, называют часто биохимическим окмслением или биодеградацией.
Оно состоит в окислении и изменении нефти в результате жизнедеятельности аэробных и анаэробных, чаще углеводородокисляющих и сульфатредуцирующих бактерий, а также некоторых видов дрожжей и грибов.
Физическое выветривание • • • А и Б)Дегазация и испарение легких фракций в результате диффузии или третичной миграции (ремиграции, дисмиграции). При этом меняется фракционный и групповой состав, увеличивается плотность и вязкость нефти.
В составе нефти повышается содержание циклических УВ и гетероатомных соединений, за счет относительного их накопления. В) Процессами вымывания водой, т. е. удалении водорастворимых компонентов.
Недонасыщенные УВ пластовые воды, движущиеся вдоль раздела нефть – вода (ВНК), селективно извлекают водорастворимые УВ и таким образом изменяют индивидуальный и групповой состав нефти. Лучше других УВ растворяются моноароматические и из них бензол, хуже других алканы. Повышение минерализации пластовых вод уменьшает растворимость УВ.
Экспериментально показано, что с увеличением Тпл. выше 125°С растворимость УВ, особенно алканов, увеличивается, но зоне гипергинеза таких температур нет. • • !в Относительная растворимость.
УВ в воде с ростом Т Вымывание водой должно в конечном счете изменять состав нефти следующим образом: уменьшать содержание УВ бензиновых фракций; количество нафтенов относительно алканов; содержание аренов; относительно увеличивать количество тяжелых компонентов таких как смолы и асфальтены. В результате уменьшения содержания легких компонентов; увеличивается плотность нефти.
Химическое окисление • Абиогенное окисление приводит к преобразованию нефти в более тяжелый и смолистый продукт. Карцев А. А. и Бестужев М. А.
придерживаются мнения, что «истинное» окисление состоит: • либо в окислении насыщенных алифатических УВ (алканов) с образованием СО 2 и воды, • либо превращении алифатических УВ в алициклические насыщенные УВ (нафтены) и далее в ненасыщенные ароматические УВ путем циклизации и дегидрогенезации. Окисленные полициклические УВ конденсируются превращаются в смолы и далее в асфальтены. и Абиогенные окислительные реакции тем или иным путем приводят к образованию нефтей, обогащенных полициклическими соединениями и обедненных алифатическими, иными словами нефтей смолистых и тяжелых и далее мальт, асфальтов, окси- и гуминокеритов – нафтидов гипергенного ряда.
Микробиальное =Биохимическое окисление • Основные группы МО участвующие в биодеградации нефти: • Существует более 30 родов и 100 видов бактерий, грибов и дрожжей разрушающих один или несколько видов УВ. Метаболизм УВ-окисляющих бактерий является первым звеном в цепи процессов приводящим к биодеградации нефти.
УВ окисляются через серию ферментативных реакций с образованием окисленных производных: спиртов, ЖК, кетонов, фенолов и т. д. , которые затем окисляются до СО 2. Эти кислородные соединения в дальнейшем используются в метаболизме других анаэробных бактерий. • УВ-окисляющие бактерии, метаногенерирующие.
• • бродильные, сульфатредуцирующие, Бродильные бактерии — это обобщающий термин, включающий в себя несколько групп прокариот, объединенных способом получения энергии. Они широко распространены в нефтяных пластах, были обнаружены в залежах с Т от 20 до 92°С на глубине до 2100 м.
Брожение считается наиболее примитивным способом получения энергии, в процессе которого происходит расщепление углеродного скелета молекулы субстрата. Бродильные бактерии растут анаэробно, потребляя (разрушая) органические соединения без использования молекулярного кислорода, нитратов, сульфатов.
Используют различные органические субстраты, образуя в процессе жизнедеятельности более простые органические вещества — органические кислоты, спирты, ацетон, Н и СО 2. Анаэробные бродильные бактерии, являются широко распространенными в составе биоценозов нефтяных пластов и участвуют в анаэробной деградации УВ нефти и входят в состав синтрофных ассоциаций с другими аэробами и анаэробами.
Биохимическое окисление • • • Сульфатредуцирующие бактерии — одна из наиболее часто встречающихся физиологических групп МО в нефтяных месторождениях. В температурных условиях, не превышающих 100°С, абиогенное восстановление сульфатов в природе практически не имеет места.
Присутствие даже следовых количеств сульфатов в воде способствует распространению сульфатвосстанавливающих бактерий.
Сульфатредуцирующие бактерии могут использовать, следующие органические соединения в качестве источника С: 1) органические продукты аэробной биодеградации нефти — органические кислоты и спирты; 2) органические вещества, продукты жизнедеятельности бродильных бактерий, которые разлагают органические вещества до более мелких органических молекул, включая органические кислоты или спирты; 3) СО 2, ; 4) только некоторые штаммы сульфатвосстанавливающих бактерий способны окислять алкановые и ароматические УВ. Эти штаммы были выделены недавно из нефти и вод нефтяного месторождения — умеренно термофильный штамм в чистой культуре использовал н-алканы нефти при восстановлении сульфата до сульфида. Мезофильные виды использовали ароматические УВ. • Развитие сульфатредукции в нефтяных залежах может приводить к осернению нефти за счет последующего окисления серными бактериями (род Tiobacillus) Н 2 S до элементарной S, которая хорошо растворяется в УВ нефти, что приводит к осернению нефтей.
Биохимическое окисление • • • Метаногенерирующие бактерии завершают анаэробное брожений ОВ. Широко распространены в анаэробных экосистемах, таких как иловые отложения рек, озер, прудов, в осадках морей и океанов, в болотах и заболоченной почве.
Кроме того, эти микроорганизмы — важные компоненты желудка жвачных, содержатся в пищеварительном тракте ряда других животных, а иногда и человека. Преобразование УВ с образованием СН 4 отличается от метаногенного распада других органических субстратов тем, что первая ступень должна быть аэробной.
Метанобразующие бактерии относятся к архебактериям (архи). Все метанобразующие бактерии строгие анаэробы. Большинство является мезофилами с оптимальными температурами для роста 30 -40°С, но есть и термофилы. Оптимальное значение р. Н для роста большинства метаногенов 6, 5 -7, 5. Среди них встречаются галофилы.
При биодеградации нефти в залежи происходит последовательное участие главных групп МО: УВ-окисляющие бактерии, бродильные, сульфатредуцирующие, метаногенерирующие. МО в нефтяных залежах живут в сообществах с конкурентными или комплементарными метаболическими потребностями.
Конечным продуктом совместной деградации в трофических цепях могут быть Н, СН 4, СО 2 и Н 2 S. СН 4 образуется в результате действия анаэробов бродильщиков и метаногенов. Метаболизм сульфатредуцирующих бактерий приводит к образованию Н 2 S, сульфидов металлов и элементарной серы, а в качестве побочного продукта кальцита.
• В результате биодеградации в нефтяных залежах уменьшается содержание углеводородных газов С 2+ и даже метана, жидких алканов, ароматических УВ, уменьшаются газовые шапки, • увеличивается содержание серы, если она присутствовала в исходной нефти, азота, ванадия, никеля, нефть становиться тяжелой и вязкой.
Изменение свойств нефти в гипергенезе • При воздействии совокупности факторов (все виды «выветривания» ) на нефть в зоне гипергенеза изменяются физико-химические характеристики нефти: увеличивается плотность нефти, вязкость и содержание САВ • уменьшается количество легких фракций. НК- 216°С
• Ведущие геохимики А. А. Карцев, Ал. А. Петров, Н. Б. Вассоевич, В. А. Успенский, Дж. Филиппи и другие, придерживается мнения, что «первичная» нефть имеет метановый или нафтено-метановый состав, а циклические нафтеновые и ароматико-нафтеновые нефти образуются в зоне гипергенеза в результате химического и биохимического окисления и физических процессов «сгущения» нефти.
Источник: http://present5.com/18-izmenenie-neftej-v-zone-gipergeneza-gipergenez-vtorichnoe/
Геохимия гипергенных процессов
Гипергенез – изменения горных пород, происходящие на поверхности Земли. Область гипергенеза охватывает первые десятки, местами сотни метров земной коры. Гипергенез протекает в интервале температур от – 60 до + 60 °С и давлений 1–25 атм при высокой концентрации кислорода, углекислого газа и воды.
Измененные гипергенные породы увеличиваются в объеме по сравнению с исходными. Минералы глубинных горных пород разрушаются в той же последовательности, в какой происходила их кристаллизация из расплава: оливин, пироксен, амфибол, полевой шпат, кварц. Соответственно основные породы выветриваются быстрее кислых.
Образование конечных минеральных форм происходит через ряд метастабильных форм. Устойчивые минеральные формы в условиях Земли – оксиды.
Основными источниками энергии гипергенных процессов являются энергия Солнца и гравитационная энергия положения. Породы трансформируются в песок, глину, коллоиды, оксиды и гидроксиды. Создаются условия для выноса химических элементов с континентов и аккумуляции их в океанах. Химический состав пород более разнообразен, чем в зоне глубинных (гипогенных) геохимических процессов.
Формируются крупные промышленные месторождения железа, марганца, алюминия и других металлов. Здесь сосредоточены разнообразные месторождения нерудного сырья, горючие полезные ископаемые. Перенос химических элементов осуществляется химическим, механическим и биогенным путем.
Ведущие химические элементы (O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K) земной коры перераспределяются с образованием новых минеральных ассоциаций.
Ведущими геохимическими процессами в зоне гипергенеза являются окисление, восстановление, гидролиз, гидратация, сорбция, карбонатизация, механическая и химическая денудация, осадконакопление, галогенез. Их активизация определяется климатическим и тектоническим факторами.
В зоне гипергенеза проявляют себя механический, физико-химический и биологический барьеры. Среди физико-химических барьеров активны кислый, щелочной, нейтральный, окислительный, восстановительный глеевый и с сероводородом, сорбционный, испарительный, термодинамический.
Они могут сочетаться в зависимости от водного и температурного режимов природной зоны.
В гумидном климате полнее протекают процессы выщелачивания, растворения, гидролиза и миграции. Органические соединения создают восстановительные условия.
В аридном климате миграция элементов слабо выражена. Преобладают окисление и гидратация. Концентрируются щелочи, мало органических кислот.
Формируется щелочная реакция, которая содействует переходу в растворенное состояние Si, Al, Cr, V в форме Na2SiO3, NaVO3 и т. д. Щелочные элементы (Na, K, Ca и др.
) в реакции с СО2 образуют карбонаты, в присутствии которых формируются легкорастворимые комплексные соединения Sc, Y, U, Th, Cu, Nb, Ta.
Тектонический фактор приводит к перегруппировке элементов и их соединений между платформами и геосинклиналями.
На платформах процесс выветривания протекает длительное время. Породы разрушаются, и химические элементы переносятся на значительные расстояния. Глубокий процесс выветривания обусловливает преобладание хемогенного материала над обломочным. Мощность осадочных пород на платформах незначительная.
Здесь характерны следующие формации: чистых кварцевых песков и песчаников; в гумидном климате – каолинитов, в аридном – монтмориллонита; известняков, реже доломитов. Железорудные формации представлены озерными и болотными рудами, железистыми корами выветривания; бокситами среди песчано-глинистых пород.
В переходной зоне геосинклинали – соленосные и нефтематеринские формации.
В геосинклиналях процесс выветривания и преобразования пород протекает быстро. Породы привносятся и отлагаются с неполным разложением материала; обломочный материал преобладает над хемогенным; мощность отложений большая; крупные частицы осаждаются механическим путем; коагулируются коллоидные растворы; образуются осадки из перенасыщенных растворов.
Особенности гипергенеза заключаются в соприкосновении различных геосфер (гидро-, лито-, био-, атмосферы), где происходит грандиозный процесс перегруппировок химических элементов, их миграция и осаждение.
Геохимия гидросферы.
Вода является универсальной и самой важной средой миграции в земной коре и мантии. Все воды (поверхностные, океанические, подземные) участвуют в общем круговороте воды.
Способность воды хорошо растворять многие соединения, обусловлена полярностью ее молекул, большим дипольным моментом, высокой диэлектрической проницаемостью. Вода обладает амфотерными свойствами, выступая в роли кислоты и основания.
Она выступает в роли окислителя, восстановителя, гидратируется, гидролизует минеральные и органические соединения. Для воды характерны такие аномальные показатели, как теплоемкость, скрытая теплота плавления и испарения, поверхностное натяжение, диэлектрическая постоянная.
Структура жидкой воды изучена недостаточно, однако хорошо известна ажурная структура льда, поэтому лед менее плотный и более легкий. Химический характер воды определяется, прежде всего, свойствами атомов водорода, включая формирование водородных связей в органических и минеральных соединениях.
Вода обладает большой ионизирующей способностью и считается идеальным растворителем, в котором встречаются в какой-то мере все известные на Земле вещества или продукты их взаимодействия.
Рост температуры ослабляет структуру воды, а рост давления – усиливает ее. Граничные значения температуры, при которых происходит структурная смена воды: 0 °С, 4 °, 40 °, 85 °, 165 °, 225 °, 340 °, более 400 °С. Граница зоны гипергенеза связана с температурой 40 °С, выше которой выделяется зона гидротермальных процессов.
В жидком состоянии чистая вода не может быть при температуре выше 374,1 °С, а сильно минерализованная – выше 450 °С. При температуре выше 450 °С вода переходит в газовое состояние, однако при высоком давлении водяной пар ведет себя как жидкая вода, а молекула ее ассоциирована. Такие газово-жидкие растворы относят к флюидам.
Рыхлосвязанная вода в порах горных пород называется поровым раствором. При тектонических движениях поровые воды отжимаются из пород или втягиваются в породу. С этим явлением связано формирование химического состава подземных вод, рудообразования, нефте- и газообразования.
С разложением и синтезом воды связаны преобразования пород и минералов. Взаимодействие воды с породами приводит к разложению ее молекул и связыванию их частей разными минералами – глинами и карбонатами.
Разложение воды протекает также под воздействием радиации (радиолиз). Синтез воды характерен для зоны метаморфизма и делает ее агрессивной. Это приводит к выщелачиванию пород. Агрессивность воды повышается под воздействием растворенных в ней газов: O2, CО2, H2S и др. В зоне гипергенеза в водах преобладают Ca, Mg, Na, HCO3, SO4, Cl.
Большинство металлов в воде находится в форме полимерных ионов, комплексных соединений с анионами. В воде мигрируют недиссоциированные молекулы.
Геохимия вод невозможна без участия органического вещества.
Таким образом, минерализация воды, химический состав, температура, давление, рН, Eh, органическое вещество, диэлектрическая проницаемость и другие свойства воды – мощные геохимические факторы, через которые проявляется геохимия гидросферы, влияющая на формирование месторождений.
Химические элементы могут мигрировать в разнообразных формах с водой, которая определяет их способность к концентрации и образованию месторождений полезных ископаемых. В зависимости от формы переноса Н. М. Страхов выделил четыре группы веществ.
К первой группе относятся легкорастворимые соли, представленные хлоридами и сульфатами: NaCl, KCl, MgSO4, MgCl2, CaSO4, CaCl2. Они присутствуют в речных водах в виде истинных растворов.
Вторую группу компонентов речного стока образуют карбонаты щелочноземельных металлов CaCO3, MgCO3, Na2CO3.
Третью группу составляют соединения Fe, Mn, P и некоторых редких элементов (V, Сr, Ni, Co, Cu и др.). Они образуют истинные и коллоидные растворы.
К четвертой группе относятся кварц, силикатные и алюмосиликатные минералы. Растворимость их в воде ничтожна, поэтому переносятся в виде взвеси и грубозернистого материала. Глинистые минералы и цеолиты мигрируют во взвешенном состоянии, расщепляясь на чешуйки.
По химической природе морская вода противоположна речной: в морской воде – Na > Mg > Ca и Cl > SO4 > CO3; в речной – Ca > Na > Mg и CO3> SO4 > Cl.
Большинство щелочных и щелочноземельных элементов присутствуют в океанической воде либо в виде свободных катионов Na+, K+, Mg2+, Ca2+, либо в виде не полностью диссоциированных на ионы молекул типа MgSO4, CaSO4. Многие элементы представлены в виде гидроксидов, сорбированных на частицах тонкой минеральной взвеси. Органические соединения иногда могут удерживать некоторые элементы в растворе.
Галогены находятся в виде элементарных анионов, другие элементы (S, B, P) – в виде оксианионов типа SO42–, B4O72–, PO43–, HPO42–.
Содержание газов, растворенных в воде, зависит от времени года. Летом воды отдают газы (CO2,O2) в атмосферу, зимой – их поглощают. Количество растворенного кислорода зависит от массы живых организмов, поглощающих кислород, и водорослей, его выделяющих. Пресные воды растворяют в себе больше газов, чем соленые океана. С повышением температуры и солености количество растворенных газов убывает.
Время пребывания элементов во взвешенном, ионном состоянии в воде различно. Нахождение натрия сопоставимо с возрастом океана, что указывает на его пониженную реакционную способность.
Распространенные K, Ca, Mg содержатся около 107 лет, Mn – 1400 лет. Наиболее короткое время пребывания имеют Si и Al.
Металлы из воды удаляются путем осаждения, адсорбции сульфидом железа, оксидом марганца и глинами или в результате деятельности организмов.
Материковые воды (ледники, озерные, болотные, речные, подземные, термальные вулканических областей) в основном формируются за счет атмосферных осадков, часть их инфильтруется, пополняя подземные воды. Они соприкасаются с породами, живыми организмами, атмосферой, поэтому компонентный состав материковых вод аналогичен океаническим.
Основной химический состав материковых вод гидрокарбонатно-кальциевый. Минерализация материковых вод испытывает сезонные колебания: зимой минерализация выше, чем в период половодий, сезона дождей или таяния ледника. В зонах избыточного увлажнения воды могут быть ультрапресные.
Озера гумидной зоны имеют пресные воды, аридной – соленые, чаще хлоридно-сульфатные.
Подземные воды изменяются от пресных до соленых, некоторые бассейны их изолированы водонепроницаемыми осадочными породами и содержат очень мало свободного кислорода.
Грунтовые воды – источник питания многих рек, содержат растворенный кислород, поэтому могут окислять сульфидные руды. Минерализация их повышается в направлении север–юг, соответственно изменяется кислая реакция в тундре на нейтральную и слабощелоч- ную в зоне пустынь.
Под воздействием солнечной радиации воды гидросферы находятся в непрерывном круговороте, поэтому все геосферы Земли связаны между собой. Ежегодно производится большая геохимическая работа по растворению, переносу и осаждению минеральных и органических компонентов. Океаны являются основной зоной формирования осадочных отложений.
Источник: https://infopedia.su/8x6b7d.html
Понятие о гипергенезе (выветривании)
Содержание
Введение 2
Понятие о гипергенезе (выветривании) 3
Факторы и условия образования кор выветривания 6
Роль биоклиматических условий. 6
Роль и значение рельефа 8
Роль времени 9
Коры выветривания, их типы и строение 11
Образование месторождений полезных ископаемых 14
Кора выветривания рудных месторождений 14
Диагенез.17
Заключение 21
Список используемой литературы 22
Введение
Внешняя часть литосферы, сложенная продуктами выветривания, называется корой выветривания. За нижнюю границу выветривания следует принимать уровень грунтовых вод в данной местности. Выше уровня грунтовых вод имеются благоприятные условия для развития процессов выветривания – горные породы здесь периодически смачиваются атмосферными осадками, а в порах и пустотах пород циркулирует воздух.
Мощность коры выветривания колеблется обычно от единиц до нескольких десятков метров, а в тропиках – иногда и до 100-200 м.
Формирование коры выветривания происходило и в отдалённые геологические эпохи. Местами она сохранилась до настоящего времени и в отличие от современной называется ископаемой корой выветривания.
Понятие о гипергенезе (выветривании)
На поверхности континентов горные породы попадают в обстановку, которая более или менее от условий их образования.
Дневная поверхность, как геологи называют границу земной коры и атмосферы, характеризуется небольшими величинами давления и температуры — в сотни и тысячи раз меньше тех величин, при которых возникают магматогенные или метаморфогенные минералы.
Давление и особенно температура на поверхности суши испытывают значительные колебания в течении суток и года. Мощным фактором воздействия является жидкая вода, содержащая растворённые химически активные соединения. На горные породы здесь также действует целая серия сложных процессов, связанных с развитием живых организмов и почвообразованием.
Всё это обуславливает неустойчивость минералов, возникших в иных условиях, и возникновение новых минералов.
Выветриваниемназывается сумма физических, химических и физико-химических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов на поверхности суши под влиянием факторов и условий географической среды. Не следует думать, что выветривание связано с деятельностью ветра.
Ветровая деятельность имеет весьма отдалённое отношение к процессам выветривания. Чтобы избежать этой неясности смыслового и буквального значения термина ”выветривание”, А.Е.
Ферсман в 1922г предложил процессы преобразования горных пород и минералов на поверхности обозначить термином “гипергенез” (от греч hyper – сверху, над).
Процесс выветривания очень сложен и включает многочисленные частные процессы и явления – механические, физико-химические, химические, биогеохимические.
Чисто физические (механические) явления приводят к дезинтеграции горных пород: к механическому их измельчению без изменения минералогического и, следовательно, химического состава.
Механическая дезинтеграция пород происходит в результате неодинакового объёма и линейного расширения породообразующих минералов под влиянием сезонного и суточного колебания температуры. Порода рассекается густой сетью тонких и тончайших трещин.
В эти трещины поступает вода, вследствие чего в них возникает капиллярное давление. Его величина достигает значительной величины.
Например, в трещины шириной 0,001мм капиллярное давление составляет около 1,5кг/см (при обычной температуре), а в трещинах толщиной в тысячу раз более тонких(1*10мм)- около1500кг/см. При расширении трещин начинают действовать явления замерзания -размерзания воды с изменением объёма.
В итоге массивная кристаллическая порода, сохраняя свой исходный состав, теряет монолитность и начинает разрушаться.
В первую очередь проявляются скрытые напряжение, возникшие при образовании разрушающейся породы, и проявляются отдельности – участки породы, ограниченные трещинами и обладающие определённой формой.
Особенно эффективно проявляются округлые концентрически-скорлуповатые отдельности, образующиеся при выветривании некоторых эффузивных и гипабиссальных пород.
Механическая дезинтеграция плотных горных пород приводит к образованию обширных развалов, глыб и россыпей щебня (курумов), коллювиальных скоплений (от лат colluvio-скопление) щебня у подножия обрывов, протяжённых каменных потоков по склонам. Это типично для полярных, пустынных и высокогорных ландшафтов.
Дезинтеграция плотных горных пород, образование в них системы трещин и микрощелей обуславливает, с одной стороны, их хорошую водопроницае- мость, а с другой – резко увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Это создаёт условия для активизации разнообразных физико-химических, химических и биогеохимических реакций. Осуществление этих реакций возможно только при наличии свободной жидкой воды.
В зависимости от состава растворённых в них соединений почвенные и грунтовые воды оказывают растворяющее действие на минералы горных пород. При этом в результате химических реакций обмена возникают новые минералы. Примером является метасамотическое образование смитсонита при взаимодействии вод, содержащих хорошо растворимый сульфат цинка, с известняками.
Под воздействием воды происходит гидратация минералов, т.е. закрепление молекул воды на поверхности отдельных участков кристаллохимический структуры минерала. В результате образуется гидратированные разновидности. Например, гётит переходит в гидрогётит:
Весьма важное значение имеют реакции гидролиза, т.е. полного разрушения кристаллохимической структуры минерала под воздействием молекул воды. При этом также образуются новые минералы.
Так, серпентин в результате гидролиза распадается на оксиды магния и кремния. Частично эти соединения удаляются грунтовыми водами, но в значительном количестве остаются на месте.
Оксиды кремния входят в состав аморфного апала, а магний при наличии в воде углекислоты образует магнезит:
Гидролиз силикатов со сложной кристаллохимической структурой сопровождается не полным её разрушением, а распадом на отдельные блоки, из которых затем возникают новые минералы.
Часто этот процесс протекает стадийно с последовательным возникновением нескольких минералов. Так.
При гипергенном преобразовании полевых шпатов возникают гидрослюды, которые затем превращаются в минералы группы каолинита или галлуазита:
Механизм этих реакций во многом ещё неясен. В их осуществлении наряду с чисто химическими принимают участие биологические процессы. Особенно важное значение имеет непосредственное воздействие животных и растительных организмов на минералы, а действие продуктов их жизнедеятельности.
Состав и растворяющие свойства почвенно-грунтовых вод в значительной мере обусловлены этими продуктами. Ещё более зависит от жизнедеятельности состав газов (кислорода, сероводорода, углекислого газа и д.р.
) происходят окислительно-восстановительные реакции и возникают крупные скопления оксидов железа и марганца, сульфидов железа и других металлов.
Все перечисленные процессы действуют на исходные породы вместе и одновременно, так что действие одного из них невозможно отделить от действия остальных.
Поэтому неправильно расчленять сложный, но единый процесс выветривания на химическое, физическое выветривание и т.п.
Можно лишь говорить о химических, физических и других частных процессах, происходящих при выветривании, и о преобладании одних из них в конкретных условиях тех или иных участков земной поверхности.
Разные минералы обладают неодинаковой устойчивостью при выветривании. Степень гипергенной устойчивости наиболее распространенных магматических минералов обратна последовательности их кристаллизации из магматического расплава и в значительной мере обусловлена их кристаллохимической структурой.
Наиболее легко разрушаются силикаты с изолированными кремнекислордными тетраэдрами (оливин). Более устойчивы минералы, имеющие цепочечную или ленточную структуру (амфиболы и пироксены). Довольно легко происходит гипергнное преобразование железомагнезиальных слюд.
Устойчивость полевых шпатов зависит от их состава: кальциевые плагиоклазы выветриваются так же легко, как пироксены, а натриевые и калиевые полевые шпаты выветриваются с трудом. Наиболее устойчив кварц, структура которого состоит исключительно из кремнекислородных тетраэдров.
Как следует из приведённых данных, состав продуктов выветривания в значительной мере обусловлен минералогическим составом исходных горных пород.
При выветривании происходит не только разрушение первичных минералов, но и возникновение ещё более многочисленных новых, гипергенных.
Большая часть глинистых минералов, многочисленные сульфаты, карбонаты, минералы оксидов железа, алюминия, марганца, титана и многие другие имеют гипергенное происхождение.
Следовательно, выветривание нельзя рассматривать только как процесс разрушения горных пород. Это одновременно и созидательный процесс, в результате которого формируется особые образования – коры выветривания.
Факторы и условия образования кор выветривания
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
Источник: https://megalektsii.ru/s40304t9.html
Загрузка...
