Ведущий агент, вызывающий физическое выветривание – солнечная радиация. Основной фактор – температурные колебания, возникающие в результате её воздействия. При нагревании любая горная порода расширяется, при охлаждении – сжимается. Результатом является образование всё большего и большего числа трещин. В конце концов, изначально монолитная горная порода дезинтегрируется – распадается на обломки. С развитием процесса обломки становятся всё более мелкими. И лишь тогда, когда частицы становятся совсем мелкими (примерно песчаного размера) процесс затухает, так как перепады объёма при колебаниях температур становятся незначительными.
Дополнительное воздействие оказывает появление на скалах растений. Их корни проникают в образовавшиеся трещины и расширяют их, что ускоряет отрыв образующихся обломков друг от друга. В районах с холодным климатом действует ещё один фактор – проникновение в образующиеся трещины воды. При похолодании она замерзает. А так как образующийся в результате лёд имеет больший объём, это тоже способствует раскрытию трещин. В тех случаях, когда именно этот фактор становится ведущим, может быть выделен особый подтип – морозное выветривание.
Процессы физического выветривания горных пород распространяются на относительно небольшую глубину – до 20-30 метров. Это тот предел, до которого сказывается влияние температурных колебаний, как суточных, так и сезонных.
Процессы физического выветривания проявляются с различной интенсивностью в зависимости, как от сочетания внешних условий, так и от особенностей состава и строения выветриваемых горных пород.
К числу внешних условий относятся:
1. Климат. Наиболее благоприятен для развития физического выветривания климат с резкими температурными контрастами, в особенности с большими суточными перепадами температур. Морозное выветривание вообще может проявляться лишь в соответствующих климатических зонах.
2. Растительный покров. Наличие растительного покрова предохраняет горные породы от воздействия прямых солнечных лучей и сглаживает температурные колебания. И в большей степени, чем он гуще и мощнее. Поэтому наиболее интенсивно физическое выветривание будет идти в пустынях, слабее – в степных условиях, и в наименьшей мере – там, где развита густая древесная растительность.
3. Рельеф, в первую очередь – доля в нём крутых склоновых поверхностей. При наличии склонов достаточной крутизны все продукты дезинтеграции практически сразу удаляются, и процессы выветривания быстрее развиваются вглубь.
Свойства горных пород, влияющих на темпы физического выветривания:
1. Особенности структуры. Во-первых, влияет размер минеральных зёрен в породе. Чем они крупнее, тем значительнее колебания объёма каждого зерна. И тем быстрее будет идти дезинтеграция. Следовательно, более мелкозернистая порода будет при прочих равных условиях устойчивее к физическому выветриванию. Во-вторых, различным может быть характер соединения минеральных зёрен в породе – и, соответственно, более или менее прочной связь между ними.
2. Минеральный состав. Различные минералы имеют разный коэффициент температурного расширения. Чем он больше, тем менее устойчива горная порода к перепадам температуры. Существенное влияние оказывает и число видов породообразующих минералов в составе породы. Когда их несколько, величины изменения объёма у минерала каждого вида свои, что также ослабляет устойчивость. Поэтому мономинеральные горные породы в целом будут устойчивее полиминеральных.
3. Окраска. Более тёмная горная порода под воздействием солнечных лучей нагревается сильнее и подвержена большим колебаниям температуры и объёма. Так что при прочих равных условиях светлая горная порода будет более устойчива к физическому выветриванию, чем тёмная.
В целом, чем мельче и однороднее по составу обломки горной породы, тем выше их устойчивость к физическому выветриванию.