- Экзодинамика

Лекция №6

О геологических процессах внешней динамики Земли (экзодинамика)

План:

1. О геологических процессах.

2. Физическое выветривание.

3. Химическое выветривание.

4. Органическое выветривание.

Ключевые слова:  Процессы, геосфера, гидросфера, биосфера, атмосфера, разложение, водорослей, улытрофиолетовая радиация, конденсация, каменные потоки, диссоциация, гидролиз, элювий, коллювий, делювий  

Геологические процессы, протекающие  на поверхности Земли, связаны с наличием  внешних оболочек – гидросферы, биосферы, атмосферы. Гидросфера объединяет всю совокупность взаимосвязанных природных вод – подземных, речных, озёрных морских и океанических. Атмосфера играет одну из главных ролей в возникновении  и развитии жизни на Земле и определяет интенсивность геологических процессов на поверхности планеты. Исследования атмосферы показывают, что примерно до высоты 100 км газовый состав воздуха интенсивно перемешиваемого ветрами, относительно постоянен. Азот – 78,08%, Кислород – 20,95%, аргон – 0,93%, а так же в воздухе присутствуют: углекислый газ – 0,03%, водород – 0,00005%, Илий – 0,005, неон – 0,0018% и др. газы. Водяной пар – от 0,05 до 4%. Суммарный объём воды в атмосфере составляет около – 13 тыс. км 3 . По газовому составу атмосфера нашей планеты существенно отличается от атмосферы других планет Солнечной системы.

Рекомендуемые материалы

Плакат 12. Процесс выветривания.

Связано это с процессом эволюции земной атмосферы под действием излучения Солнца.

          Первичная атмосфера Земли существенно отличалась от современной и об этом можно судить по составу атмосфер других планет, содержала значительное количество паров воды, а также метан и аммиак. Под действием излучения  Солнца в верхних слоях атмосферы происходила диссоциация – разложение молекул воды на водород и кислород. Основная  часть водорода легчайшего из газов –рассеивалась в околоземном космическом пространстве, а кислород способствовал разложению двух других компонентов первичной атмосферы Земли – аммиака и метана:

3О₂+4NH₃¦2N₂+6H₂ O;         3O₂+2CH₄ ¦2CO₂ +4H₂O

В результате в атмосфере появились азот и углекислый газ. Наличие углекислоты, характеризуется хорошей растворимостью в морской воде,  послужило благоприятным  фактором для зарождения жизни в виде первых простейших растений. Это оказалось возможным на глубине более 10 м, где слой воды защищал водоросли от губительного ультрафиолетового излучения Солнца.

          Поглощая углекислоту, водоросли интенсивно выделяли кислород. Когда содержание кислорода достигло 10% современного уровня, на высоте 30-35 км началось образование слоя озона, обладающего способностью поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца и передавать его в виде тепла в атмосферу.

Таким образом на Земле были созданы  условия  для возникновения жизни (наличие кислорода, , азота, углекислоты, защита от ультрафиолетовой радиации). Появление  простейших организмов и их жизнедеятельности привели к быстрому обогащению кислородом земной атмосферы. Основная  масса (часть) кислорода нашей атмосферы является продуктом жизнедеятельности растений. В течение последних 600 млн. лет  содержание кислорода непрерывно возрастало.

          В атмосфере содержится  настолько большое количество пылевидных частиц. Известны случаи образования пылевых облаков на высоте 8-10 км в результате мощных вулканических извержений. Эти облака не рассеиваются в течении нескольких лет.

Плакат № 13. Извержение вулканов.

Атмосферная пыль  имеется  не только над континентами, но и над морями и океанами. Мельчайшие капельки воды испаряются и содержащиеся в воде  соли Na,K,Mg,Ca остаются  в атмосфере в виде микроскопических кристаллов (3-4мкм). Над материками в 1 м 3 воздуха может содержатся  до 250000 пылинок. Для сгущения водяного пара в атмосфере, оказывается, необходима не только соответствующая влажность  воздуха, но и наличие ядер конденсации (пылинки). В результате конденсации влаги в тропосфере появляются облака. Неравномерное распределение осадков и испарения обуславливает неодинаковое увлажнение горных пород и минералов, и следовательно, различню интенсивность и характер выветривания. В природе различаются 1) физическое; 2)химическое; 3) биологическое выветривание.

Все эти процессы  происходит одновременно. На склонах гор обломки в результате изменения объёма вызванного температурными колебаниями под действием силы тяжести смещаются, формируя «каменные потоки», которые называются – «осыпи». И у подножия разрушающихся гор накапливается осадок – «коллювий». Быстрое  скатывание глыбово-щебенистового материала на крутых склонах приводит к образованию – обвалов.

          Процессы химического выветривания в той или иной  мере проявляются всюду, но наиболее интенсивно они в условиях влажного и тёплого климата. При повышении t от 0^о до30^оС диссоциация воды на ионы ОН и Н возрастает в 2 раза a, возрастает и концентрация водорода. Водород является  активным агентом, который  наряду со свободными кислородом, углекислотой и органическими кислотами разлагает любые горные породы. Быстрота разложения пород возрастает в 300 раз. Если вода насыщена СО 2 , то степень диссоциации её возрастает в 300 раз, т.е в природных условиях происходят процессы растворения, в частности процессы гидролиза, окисления и т.п.

          Суть гидролиза заключается в разложении  минералов и удаление отдельных элементов из их состава. Например, каолинизация алюмосиликатов. Ортоклаз при воздействии на него влаги воздуха  и углекислоты разлагается и превращается в опал и каолин.

4 K [AlSi₃O₈] + n*H₂O+m*CO₂=2K₂ CO₃+SiO₂*n+H₂O+Al₄(OH)₈ [Si₄ O₁₀]

В процессе образуется 2K₂ CO₃ который уносится подземными водами за пределы зоны разложения материнских пород.

          Под действием влаги воздуха и свободного кислорода, содержащегося в воде, происходит  окисление  горных пород и минералов. Магнетит под действием кислорода превращается  в лимонит. Пирит при окислении и последующем гидролизе разлагается  на  на серную кислоту и лимонит.

          Органические кислоты, возникающие при гниении органических остатков, способствуют разложению силикатов.

Процесс почвообразования протекает под влиянием органических веществ. Верхний слой коры выветривания, рыхлый и способный впитывать воду, благоприятен для жизнедеятельности бактерий и различных растительных организмов. Разложение  органических веществ в присутствии кислорода приводит к образованию перегноя или гумуса. Этот слой (верхний) называется  почвой. В состав почвы  входят минеральный компонент, соответствующий составу коренных пород, и органический компонент, содержащий ряд кислот, а также метан, аммиак, сероводород и др.

          Продукты выветривании, образованный на месте (наверху материнской породы) называется  элювием, снесённый с водоразделов на склоны под действием силы тяжести, называется коллювием.

Если перемещение продукта выветривания происходит в результате смыва их атмосферными водами, то этот материал называется  делювием.

Изучением коры  выветривания имеет большое теоретическое и практическое значение. К ней приурочены месторождения многих полезных ископаемых:

Руды железа, марганца, алюминия, никеля, огнеупорные глины, рассыпные месторождения золото, платины и др.

Плакат №14. Общее выветривание

Проблемную ситуацию можно создать после завершения данной темы. Здесь нужна наблюдательность, жизненный опыт студентов.

Контрольные вопросы:

1.Как происходит разрушение горных сооружений?

2. Использование каолина?

3. Минералы – пирит, лимонит, магнетит – минералы какого металла?

4. На поверхности Земли, в зависимости от высот поверхности отличаются ли виды выветривания?

Бесплатная лекция: "7 - Вспомогательные устройства гидросистем" также доступна.

Литературы:

1. Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.

2. Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.

3. Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.

4. Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.

5. Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.