Зовнішні чинники формування поверхні

Зовнішні процеси відбуваються на земній поверхні або на невеликій глибині. Вони працюють над деталями, як архітектор або скульптор (мал. 4.17), водночас руйнують (утворення каньйонів, долин річок) і будують (утворення дельт річок, акумулятивних рівнин). Найуніверсальнішим процесом зовнішньої геодинаміки є вивітрювання — руйнування гірських порід унаслідок коливань температури, хімічної дії води, кисню, вуглекислого газу, а також різноманітних органічних речовин, що утворюються за життя рослин і тварин або внаслідок відмирання та розкладання їх.

Мал. 4.17. Результат вивітрювання гірських порід являє погляду химерні форми

Процес вивітрювання найактивніший на поверхні Землі, де гірські породи потрапляють під безпосередній уплив сонячної радіації, атмосфери, гідросфери, біосфери, а тепер ще й антропогенного навантаження. У цьому єдиному і складному процесі можна умовно виокремити фізичне, хімічне та біологічне вивітрювання.

Фізичне вивітрювання — це механічне руйнування гірських порід унаслідок збільшення об’єму під час нагрівання та стискання під час охолодження порід під дією коливань температури.

Нерідко процес фізичного вивітрювання супроводжує хімічне вивітрювання, головними чинниками якого є вода, органічні кислоти, кисень, вуглекислий газ, а також різні природні розчини, що утворюються в межах контакту мінеральних частинок з натуральними розчинниками. Під час хімічного вивітрювання відбуваються різноманітні хімічні реакції.

Вода з розчиненим у ній Карбоном(ІV) оксидом реагує з карбонатами Кальцію та Магнію в складі вапняку та доломіту, унаслідок чого вони перетворюються на розчинні гідрогенкарбонати (мал. 4.18):

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О → Са(НСО₃)₂;

MgCO₃ + СО₂ + Н₂О → ... .

Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння, запишіть їх у йонній формі.

Унаслідок вивітрювання, дії води та карбон(IV) оксиду граніти втрачають до 30-35 % початкової маси, базальти — близько 75-80 %, а вапняки — до 99 %.

Мал. 4.18. Триповерхову печеру «Атлантида» неподалік Кам’янець-Подільського прикрашають сталактити та сталагміти

Унаслідок гідратації — приєднання води — ангідрит перетворюється на гіпс (мал. 4.19).

Мал. 4.19. Ангідрит CaSO₄ (а); гіпс CaSO₄ • 2Н₂О (б)

В умовах жаркого клімату відбувається окиснення сполук Феруму(ІІ) до сполук Феруму(ІІІ), наприклад, з магнетиту утворюється гематит (мал. 4.18).

Мал. 4.18. Магнетит FeO • Fe₂O₃ (а); гематит Fe₂O₃(б)

Визначте ступені окиснення Феруму в магнетиті та гематиті.

Під час вивітрювання піриту відбувається низка хімічних реакцій (мал. 4.19):

Мал. 4.19. Пірит FeS₂(a); мелантерит FeSO₄ • 7Н₂О (а); бурий залізняк Fe₂O₃ • nН₂О (в)

Тобто під час вивітрювання відбувається не лише руйнування, розкладання гірських порід і мінералів, а й утворення нових стійких і нестійких сполук. Вони зазвичай складніші й насиченіші енергією, ніж початкові речовини, народжені в земних надрах. Так, польовий шпат (ортоклаз) перетворюється на каолін (білу глину):

Малахіт та гіпс утворюються за схемою:

Перетворення рудних мінералів відбуваються приблизно так:

FeS₂ + 2CuSO₄ • 5Н₂О = Cu₂S + CuS + Fe(HSO₄)₂ + H₂SO₄.

Біологічне вивітрювання — процес руйнування й хімічних змін гірських порід у результаті життєдіяльності організмів та продуктів їхнього розкладання. Під час біологічного вивітрювання відбувається механічне руйнування гірських порід коренями рослин, порушення стійкості вже вивітрілого матеріалу тваринами, хімічні зміни гірських порід під впливом органічних і мінеральних речовин, які виділяють організми в процесі їхньої діяльності й після відмирання.

Органічний світ змінює й руйнує гірські породи, діє на них як механічно, так і хімічно. Рослини руйнують гірські породи корінням, яке проникає в тріщини (мал. 4.20). Земляні черви буравлять і розпушують ґрунти. Підраховано, що в середньому ділянка ґрунту площею 0,5 га вміщує до 150 000 червів, які впродовж року піднімають до поверхні тонко подрібнений матеріал масою 10-15 т. Величезну роботу виконують різні групи бактерій (на ділянці ґрунту площею 1 га маса мікроорганізми становить 3-7 т). Тваринні організми та рослини є джерелом органічних кислот як за життя, так і після відмирання, коли відбувається хімічний розпад решток. Продукти розкладання перетворюються на гумус, який не лише забезпечує родючість ґрунтів, а й водночас є потужним хімічним чинником руйнування гірських порід. Нітрифікувальні бактерії, що засвоюють Нітроген із ґрунтів, а Карбон — з карбонатів, також беруть участь у руйнуванні гірських порід.

Мал. 4.20. Життя дорогу знайде

«Піритова хвороба» — процес розкладання заміщених піритом окам’янілостей. Вона виникає внаслідок дії кисню й вологи. Заміщення викопних раковин і кісток піритом відбувалося на дні морів без доступу кисню, на поверхні або в приповерхневому осадовому шарі. Надалі, замуровані в щільних дрібнозернистих глинах, заміщені піритом скам’янілості десятки мільйонів років перебували в безкисневому середовищі.

В основі явища лежить хімічна реакція окиснення піриту киснем повітря:

2FeS₂ + 7О₂ + 2Н₂О = 2FeSO₄ + 2H₂SO₄.

Тіонові бактерії окиснюють сполуки Сульфуру для одержання клітинної енергії Тож «піритова хвороба» (мал. 4.21) має як хімічну, так і бактеріальну природу.

Мал. 4.21. Амоніти — вимерлий підклас головоногих молюсків, що існували з девону до крейди. Названі на честь староєгипетського божества Амона зі спіральними рогами. Амоніт, заміщений піритом (а); «піритова хвороба» прогресує (б)

1. Поясніть, чому внаслідок піритової хвороби скам’янілості руйнуються непіритизовані сусідні зразки, етикетки, псується матеріал вітрин.
2. Запропонуйте спосіб запобігання виникненню «піритової хвороби».

У наш час наймасштабніший і найінтенсивніший вплив на гірські породи приповерхневої частини літосфери спричиняє людина, життєдіяльність якої зумовлює фізичне, хімічне та біологічне вивітрювання гірських порід.

Ще один наслідок зовнішніх дій — зсуви — це зміщення на схилах гірських порід різного складу, будови й об’єму з переважанням механізму ковзання наявною поверхнею чи зоною (або тією, що виникає в процесі руху), коли зсувна сила більша від міцності порід. Наслідками еколого-геологічних зсувних процесів є загибель під ґрунтовою масою людей, тварин, руйнування інженерних споруд, а також порушення ландшафту, деформація споруд.

За особливостями геологічної будови значна частина України належить до зсувних зон (крім Поліської низовини). За останні декілька десятків років площі зсувонебезпечних територій України збільшилися майже вп’ятеро та найбільшого поширення набули в Закарпатській, Івано-Франківській, Чернівецькій, Миколаївській, Одеській, Львівській, Полтавській, Харківській областях і на Південному березі Криму. Значною мірою зсувами охоплено береги каскаду Дніпровських водосховищ та узбережжя Чорного й Азовського морів (мал. 4.22).