Данный тип выветривания является результатом химических взаимодействий горных пород с атмосферными газами, водой и растворёнными в ней веществами. Ведущим фактором является воздействие на горные породы поверхностных и подземных вод, содержащих растворённый кислород и другие химически активные вещества.
При химическом выветривании осуществляются разнообразные типы химических реакций. Наиболее важную роль играют:
Окисление – образование кислородных соединений, переход низковалентных закисных соединений в высоковалентные окисные.
Гидратация – реакция присоединения молекулярной воды. Примером сочетания обеих названных реакций может служить процесс окисления сульфидных соединений, неустойчивых в воднокислородной среде:
FeS2 (пирит) + O2 + H2O ® FeOOH×nH2O (гидрогётит)
Примером может служить образование гипса за счёт его безводного аналога – ангидрита:
CaSO4 + 2H2O → CaSO4×2H2O
Гидролиз – обменное разложение вещества под влиянием гидролитической диссоциации воды, с образованием гидроксилсодержащих минералов. Этот процесс очень широко проявлен в условиях влажного умеренного климата и имеет важнейшее значение при химическом выветривании силикатных минералов, в том числе наиболее широко распространённых из них – полевых шпатов, в результате чего образуются глинистые минералы (например, каолинит). Одновременно, благодаря участию в процессе растворённого углекислого газа, образуются карбонатные соединения:
KAlSi3O8 + H2O + CO2 ® Al4Si4O10(OH)8 + K2CO3 + SiO2×nH2O
(ортоклаз) (каолинит) (опал)
В условиях более высоких температур процесс идёт дальше, до полного разложения алюмосиликатов на более простые гидроксидные соединения кремния и алюминия:
Al4Si4O10(OH)8 ® HAlO2 + SiO2×nH2O
К числу более редких типов реакций, протекающих при химическом выветривании, относятся реакции дегидратации (потери молекулярной воды) и восстановления (перехода высоковалентных соединений в низковалентные). Первые могут осуществляться, когда выветривание протекает в крайне сухом климате, вторые – в условиях глеевой или сероводородной среды.
Составной частью процессов химического выветривания может являться растворение. Это происходит в тех случаях, когда в состав горных пород входят растворимые минералы – хлоридные, сульфатные, карбонатные.
На ход процессов химического выветривания существенное влияние оказывают условия среды, причём от них зависит не только интенсивность, но и направленность процессов (окисление или восстановление, гидратация или дегидратация и т.д.), а также степень изменения. Это позволяет по минеральному составу продуктов выветривания судить об условиях, в которых протекал процесс.
Параметры климата – температура и влажность – определяют интенсивность химического выветривания и степень разложения первичных минералов. Чем выше температура, тем выше и скорость большинства химических реакций, и растворимость большинства минеральных веществ. В результате процессы химического выветривания ускоряются. Некоторые химические реакции (например, упомянутое выше разложение глинистых минералов на гидроксидные соединения) возможны только в условиях наиболее жаркого (экваториального и субэкваториального) климата. Более высокая влажность также благоприятствует химическому выветриванию, потому что именно вода является средой для подавляющего большинства реакций при этих процессах.
Химические параметры среды (кислотность-щёлочность, окислительно-восстановительный потенциал) также очень важны. Именно от них зависит, какие из химических реакций могут осуществиться.
Из свойств самих горных пород важны их минеральный состав и проницаемость для водных растворов. Минералы значительно отличаются друг от друга степенью устойчивости к химическому выветриванию. В самом распространённом случае, когда выветривание протекает в окислительной среде, к числу наиболее неустойчивых минералов относятся сульфиды и магнетит, более устойчивы минералы класса силикатов (каждый – в своей степени), а наиболее распространённым из самых химически устойчивых минералов является кварц. Есть минералы, которые в процессах выветривания могут, в зависимости от изменения условий, как легко разрушаться, так и образовываться снова (карбонаты, гипс).
Проницаемость горной породы для водных растворов зависит от степени её трещиноватости, а также возможного наличия пор. Чем выше проницаемость, тем активнее проникают водные растворы, тем интенсивнее идут процессы выветривания. Наиболее проницаемыми обычно являются горные породы, подвергшиеся дроблению в зонах разломов. Поэтому в таких зонах процессы химического выветривания обычно распространяются на значительно большую глубину, чем на окружающих территориях.
Стадии химического выветривания.
Химическое выветривание носит стадийный характер. В разных условиях ход процесса может различаться, но наиболее характерная последовательность такова:
1. Обломочная стадия – образование тонкообломочных продуктов физического выветривания при незначительных химических изменениях.
2. Стадия обызвесткованного элювия (сиаллитная) – начальная стадия разложения силикатов и обогащения пород карбонатными соединениями.
3. Глинистая стадия (кислая сиаллитная) – полное разложение первичных силикатов и образование глинистых минералов (максимальная в условиях умеренного климата).
4. Латеритная стадия (аллитная) – разложение глинистых минералов (достигается лишь в жарком и влажном климате).