Биокосные системы Земли — страница 11 из 29

[8].

Табл. 3. Ряды миграции химических элементов в коре выветривания силикатных пород

В дальнейшем автор показал, что об интенсивности миграции химических элементов можно судить по отношению их содержания в минеральном остатке вод (речных, грунтовых, подземных) к содержанию в горных породах.

Это отношение — коэффициент водной миграции (K_x) — рассчитано для большинства химических элементов; установлена его связь с показателем, используемым Полыновым.

Как следует из табл. 3, интенсивность миграции элементов колеблется в очень больших пределах — хлор и сера выщелачиваются в тысячи раз быстрее, чем кремний, алюминий, железо. Поэтому общая тенденция формирования коры выветривания — вынос наиболее подвижных элементов и относительное накопление наименее подвижных, особенно кремния, алюминия, железа.

Часть химических элементов поступает в воды не только за счет выветривания горных пород, но и из атмосферы, с осадками. Это особенно относится к хлору и сере, которые получили наименование «циклические элементы». Их связь с атмосферными осадками отмечалась еще П. С. Коссовичем, Г. Н. Высоцким, американским геохимиком Е. Конвеем и многими другими учеными. Важную роль серы атмосферных осадков в питании речных и грунтовых вод показали Ф. В. Чухров с сотрудниками с помощью изотопных измерений (изучалось отношение S³² : S³⁴ в различных водах). Поэтому интенсивность водной миграции хлора и серы, определенная с помощью пересчетов, вероятно также фтора, брома, йода и некоторых других элементов, несколько завышена. Однако поправки на «атмосферный принос» не меняют принципиальной стороны выводов Полынова: при выветривании интенсивность выноса элементов резко различна, она колеблется на несколько порядков и в той последовательности, которая была намечена уже первыми работами Смита (железо, алюминий наименее подвижны, хлор, сера — наиболее).

Табл. 4. Фазы развития коры выветривания изверженных пород (ортоэлювин)

Табл. 5. Фазы развития коры выветривания изверженных пород в зависимости от климатических условий

Большая заслуга Полынова состояла в том, что он широко применил концепцию развития при изучении коры выветривания, положил в основу своей теории. Ученый полагал, что выветривание изверженных пород проходит ряд стадий от обломочной обызвесткованной (вынесены только хлор и сера) до сиаллитной (вынесена значительная часть катионов) и аллитной (вынесена большая часть катионов, кремнезема, в коре накапливаются гидроокислы алюминия и железа). Следовательно, по Полынову, направление выветривания, тенденция выветривания едины, но различия в климате определяют скорость процесса и конечную стадию — в пустыне аллитная стадия не достигается (табл. 4, 5).

Кора выветривания и почвы постоянно подвергаются воздействию поверхностных и подземных вод (почленных, грунтовых), верхние горизонты почвы смываются. За счет их размыва и переотложения, а частично и за счет размыва невыветрелых пород в понижениях рельефа образуются различные континентальные отложения — делювий (отложения склонов), аллювий (речные отложения) и др. В этих отложениях аккумулируется часть растворенных соединений, вынесенных из коры выветривания (рис. 12).

Полынов создал представление о закономерном геохимическом сопряжении коры выветривания (элювия) и континентальных отложений. Так, например, в сухих степях и пустынях элювий относится ко второй фазе и содержит CaCO₃ (обломочная обызвесткованная кора), а в континентальных отложениях накапливаются продукты первой фазы — легкорастворимые хлориды и сульфаты (рис. 13).

Рис. 12. Схема миграции веществ в коре выветривания и континентальных отложениях.

1 — коренная порода; 2 — кора выветривания; континентальные отложения: 3 — делювий; 4 — аллювий; 5 — поступление веществ в кору выветривания из атмосферы (H₂O, CO₂, O₂ и др.); 6 — вынос веществ из коры выветривания поверхностным и подземным стоком; 7 — аккумуляция веществ из грунтовых вод; 8 — аккумуляция легкоподвижных продуктов выветривания и взвешенного материала из поверхностных вод

В таежной зоне элювий в своем развитии достигает третьей фазы и производные аккумуляции имеют глинистый состав.

Кору выветривания изверженных и метаморфических пород Полынов назвал ортоэлювием. Изверженные породы формировались в условиях, отличных от земной поверхности, и поэтому они изменяются особенно сильно. Кора выветривания резко отличается от материнской породы.

Для развития элювия характерна обломочная стадия, которая в горных и аридных районах существует неопределенно долгое время. Производными от ортоэлювия являются ортоделювий, ортопролювий, ортоаллювий и другие континентальные отложения.

Кора выветривания морских осадочных пород называется параэлювием. Изменение осадочных пород при выветривании по сравнению с изверженными породами часто менее значительно. Поэтому кора выветривания не всегда резко отличается от материнских пород (например, при выветривании глин), но все же некоторые типы осадочных пород сильно изменяются на земной поверхности, особенно в условиях влажного климата. Обломочная стадия при выветривании глин отсутствует.

Рис. 13. Обызвесткованный ортоэлювий степей и пустынь и его производные.

1 — коренная изверженная порода; 2 — обызвесткованньй ортоэлювий; 3 — карбонатный делювий. Область аккумуляции легкорастворимых солей: 4 — озерный аллювий — хлоридно-сульфатные аккумуляции; 5 — соленое озеро

Для параэлювия характерны те же геохимические типы коры выветривания, что и для ортоэлювия, однако нередко они отмечены специфическими особенностями. Кроме того, имеются еще и новые геохимические типы: соленосный элювий, элювий гипсоносных пород («гипсовая шляпа») и др. Производными от параэлювия являются параделювий, парааллювий и другие континентальные отложения.

Элювий континентальных отложений именуется неоэлювием. Эти отложения образовались на земной поверхности или в водоемах суши. Поэтому неоэлювий часто выражен неотчетливо, так как континентальные отложения сами являются переотложенными продуктами выветривания и в элювиальных условиях изменяются слабо. Нередко выветривание захватывает только почвенную толщу, и кора выветривания не образуется. Но все же имеются случаи достаточно резкого проявления выветривания, например образование кислой коры на лессовидных суглинках в таежной зоне. При этом суглинки теряют карбонаты и приобретают бурую окраску. Континентальные отложения, производные от неоэлювия, в общем, аналогичны производным от параэлювия. В отдельных случаях можно говорить о неоделювии, неопролювии с особыми геохимическими свойствами (отложения некоторых содовых озер и др.).

В итоге Полынов создал представление о трех циклах формирования коры выветривания — фазах развития элювия и их производных.

1-й цикл
Фазы ортоэлювия	Производные аккумуляции
1. Обломочная	1. Пластические наносы
2. Обызвесткованная	2. Хлоридно-сульфатная
3. Сиаллитная	3. а) Карбонатная
б) Хлоридно-сульфатная
4. Аллитная	4. а) Сиаллитная (аллофановая)
б) Карбонатная
в) Хлоридно-сульфатная
2-й цикл
Фазы параэлювия	Производные аккумуляции
1. Обломочная	1. Хлоридно-сульфатная
Обломочная карбонатных пород
Обызвесткованная
2. Сиаллитная	2. а) Карбонатная
Сиаллитная надкарбонатная	б) Хлоридно-сульфатная
3. Аллитная (?)	3. а) Сиаллитная
б) Карбонатная
в) Хлоридно-сульфатная
3-й цикл
Формы неоэлювия	Производные аккумуляции
1. Рассоленный солонцеватый	1. Усиление хлоридно-сульфатной аккумуляции в пределах хлоридно-сульфатной коры выветривания
Рассоленный гипсоносный
2. Выщелоченный надкарбонатный (сиаллитный)	2. Усиление аккумуляции CaCO3 в пределах карбонатной коры выветривания
3. Кислый сиаллитный	3. Усиление аккумуляции кремнеглиноземных и кремнежелезных систем в пределах сиаллитной коры выветривания

До сих пор мы в основном рассматривали явление выноса химических элементов из коры выветривания. Однако в коре выветривания протекают и прямо противоположные процессы аккумуляции веществ, поступающих из атмосферы. Это в первую очередь относится к кислороду воздуха, воде, углекислому газу, а также хлору и сере.

Кора выветривания — это область широкого развития процессов окисления. Например, железо, марганец и сера в изверженных породах в основном находятся в двухвалентной форме Fe²⁺, Mn²⁺, S^2-, а в коре выветривания, окисляясь, дают соединения Fe³⁺, Mn⁴⁺, S⁶⁺(Fe₂O₃, MnO₂, Na₂SO₄, CaSO₄ и т. д.). Не менее характерны для коры выветривания и процессы гидратации — почти все вторичные минералы содержат воду (гидратную, кристаллизационную и др.), в то время как в большей части первичных минералов ее нет. В районах с засушливым климатом для коры выветривания характерно также образование различных карбонатов, главным образом CaCO₃.

Такие химические элементы горных пород, как кальций, натрий, калий, магний, сера и хлор, в процессе выветривания сравнительно легко покидают кристаллические решетки первичных минералов (полевых шпатов, слюд и т. д.) и образуют в коре выветривания простые легко- и труднорастворимые соли (CaCO