Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агенТство по образованию рф томский государственный университет геолого-географический факультет кафедра минералогии и геохимии

Доклад

Роль живого вещества в формировании кор выветривания

Проверила Баева А.А.

Выполнила студентка 02801гр

Ерохонова Д.Б

Введение

Живое вещество, с точки зрения В.И. Вернадского, создает химические соединения, которые могут производить большую геологическую работу.

В последнее время живые вещества (микроорганизмы) стали шире использоваться в геологии при поисках полезных ископаемых. Сейчас выясняется их роль в разрушении одних и образовании других горных пород.

Цель: изучить и понять какую роль играют живые вещества в формировании кор выветривания.

Задачи: подробно изучить биогеохимию кор выветривания. Раскрыть значение живых организмов в процессах разрушения горных пород, показать, как происходят процессы выветривания.

Биогеохимия кор выветривания

Корой выветривания называются рыхлые продукты изменения горных пород, образующиеся под почвой, в том числе, и за счет поступающих из нее растворов. Термин «кора выветривания» геологами употребляется и в более широком смысле, как остаточный продукт выветривания горных пород. Б.Б. Полынов различал остаточную (элювий) и аккумулятивную кору выветривания. От почвы кора выветривания отличается отсутствием биогенной аккумуляции элементов под влиянием растений. По остальным признакам кора выветривания близка к почве. Как и для почвы, для нее характерна инфильтрация атмосферных осадков, выщелачивание растворимых соединений, выветривание первичных силикатов с образованием глинистых минералов, формирование профиля, расчлененного на горизонты, окислительно-восстановительная и щелочно-кислотная зональность, геохимические барьеры.

Биокосная природа коры выветривания проявляется в деятельности микроорганизмов, окисляющих органические соединения, поступающие из почвы. Наиболее благоприятные условия для формирования коры выветривания создаются во влажном и жарком климате при равнинном или слабохолмистом рельефе и спокойном тектоническом режиме. В этом случае ее мощность может достигать нескольких десятков, а по трещинам и зонам дробления - сотен метров. В сухом климате мощность коры выветривания обычно не превышает нескольких метров.

Детально изучали геохимию кор выветривания Б.Б. Полынов и И.И. Гинзбург.

Поведение элементов в коре выветривания определяется их химическими свойствами, типом ландшафта и особенностями развитых на данном участке горных пород. Минералы имеют различную устойчивость к выветриванию, что во многом определяет различную интенсивность миграции химических элементов. Так, амфиболы, особенно щелочные, выветриваются значительно легче, чем альбит.

Для коры выветривания характерны процессы окисления. Железо, марганец и сера в изверженных породах находятся в основном в двухвалентной форме, а в коре выветривания, в трех-, четырех- и шестивалентной форме соответственно. Не менее характерны для коры выветривания и процессы гидратации. Почти все вторичные минералы содержат воду (кристаллизационную, гидратную и т.д.). в районах с засушливым климатом образуются также карбонаты, главным образом, кальцит.

Б.Б. Полынов впервые установил ряды выноса химических элементов из коры выветривания, которые впоследствии были дополнены А.И. Перельманом.

Общая тенденция заключается в выносе наиболее подвижных элементов и обогащении коры наименее подвижными - особенно железом, алюминием, титаном. Часть хлора и серы поступает в коры выветривания с атмосферными осадками («циклические элементы» по классификации А.И. Перельмана). Таким образом, при выветривании интенсивность выноса элементов колеблется в сотни и тысячи раз.

По Б.Б. Полынову выветривание изверженных пород проходит ряд последовательных стадий, начиная от обломочной обизвесткованной (вынесены только хлор и сера). Далее следует силлитная стадия (вынесена значительная часть катионов), аллитная (вынесена большая часть катионов и SiO₂ силикатов, в связи с чем в коре выветривания происходит относительное накопление кварца и гидроксидов алюминия и железа). Следовательно, общая направленность процессов выветривания едина, но скорость процесса и конечная стадия различны и во многом определяются климатическими условиями. В пустынях аллитная стадия не достигается. В сухих степях и пустынях кора выветривания содержит кальцит (обломочная обызвесткованная стадия), а в континентальных отложениях накаливаются легкорастворимые хлориды и сульфаты.

В основу геохимической классификации кор выветривания А.И. Перельман положил особенности наиболее выветрелого горизонта («центра»), т.е. самой верхней подпочвенной части элювия. С глубиной процессы выветривания затухают и самые нижние горизонты обычно изменены слабо.

В коре выветривания помимо хорошо изученной минералогической зональности установлена и отчетливая геохимическая зональность - окислительно-восстановительная и щелочно-кислотная. В геохимической классификации кор выветривания А.И. Перельманом выделены окислительный и глеевый ряды, а для нижних горизонтов некоторых кор выветривания - сероводородный (сульфидный). Классы коры выветривания выделяются по аналогии с классами почв и илов.

Особенно широко распространены коры выветривания окислительного ряда. И это понятно. Такие коры выветривания лучше всего изучены и наиболее разнообразны по составу и строению [3].

Роль живого вещества в формировании кор выветривания

В сложных процессах химического разложения минералов и горных пород велика роль организмов во всей его полноте был сформулирован Вернадским В.И. он ввел понятие о «живом веществе» как перманентом геологическом деятеле и обратил внимание на взаимосвязь организмов с другими экзогенными агентами, приводящими к разрушению к разрушению и разложению горных пород.

Дальнейшее развитие идей о геологической роли организмов можно найти в трудах академика Б.Б. Полынова, который подчеркивал, что организмы способны захватывать различные элементы из разрушаемой породы и выделять в нее разнообразные химически активные вещества[1].

Область, населяемая «живым веществом», носит название биосферы. Биосфера охватывает всю гидросферу, нижние слои атмосферы и верхнюю оболочку литосферы. Эта охватываемая биосферой оболочка литосферы, простираясь на глубину, до которой проникают корни растений и распространяются микроорганизмы, составляет, очевидно, часть коры выветривания.

Кора выветривания, таким образом, не совпадает вполне с биосферой, но, во всяком случае, та ее часть, которая входит в состав биосферы, отмечается всеми свойственными живому веществу процессами. Здесь происходит и зарождение, и развитие, и распространение организмов, причем громадное количество их проводит в коре выветривания все стадии своего развития, вырабатывая специфические, приспособленные к существованию в земле, формы (например, земляные черви, низшие грибы и микроорганизмы почвы). В коре же выветривания протекают как разложение трупов и органических остатков, так и другие формы их превращения, которые оставляют скопления углерода в форме лигнита, антрацита, каменного угля, шунгита, углеводородов в форме нефти, озокерита, битуминозных сланцев и т.п. образований [2].

Все это дает нам право утверждать, что в коре выветривания наряду с расходованием и рассеянием энергии происходит и поглощение ее, и наряду с экзотермическими протекают эндотермические реакции. Эти эндотермические реакции не ограничиваются синтезом органических соединений в живом веществе, но, как это мы впоследствии узнаем ближе, проявляют себя во многих процессах, охватывающих и минеральные соединения. Так, например, наряду с окислением ювенильных сернистых соединений (FeS2,H2S), в коре выветривания под влиянием разложения органических остатков возникают процессы восстановления, и в частности сернокислые соли переходят в более активные сернистые соединения и даже свободную серу. В противоположность обычным при выветривании процессам образования гидратных соединений и карбонатов, здесь имеют место также процессы обезвоживания и освобождения углекислоты карбонатов.

И даже инертный азот воздуха проходит в коре выветривания при содействии микроорганизмов целый ряд форм своих соединений, обусловливающих достаточно энергичные процессы.

Теперь подведем итоги всему сказанному о коре и зоне выветривания. Итак, кора выветривания -- это верхняя часть литосферы, попадая в которую, твердый массивный, материал более глубоких зон земной коры превращается в рыхлое пластическое состояние и увеличивает поверхность своего соприкосновения с газообразной, парообразной и жидкой средой более внешних оболочек земной коры. Этот процесс протекает во времени, и в данный историко-геологический момент мы можем наблюдать в различных местах самые разнообразные степени развития коры выветривания [2]

Живое вещество в процессе выветривания

Различные микроорганизмы участвуют и в таких геологических процессах как выветривание, почвообразование.

Превращение горной породы в почву происходит в результате одновременно идущих процессов -- выветривания и почвообразования, которые тесно связаны друг с другом. Процесс выветривания часто предшествует процессу почвообразования.

Горные породы и минералы на поверхности Земли под влиянием колебаний температуры, атмосферных осадков, газов, химических и биохимических процессов, связанных с деятельностью живых организмов и других факторов, разрушаются. Процессы разрушения и изменения поверхностных пород земной коры называются выветриванием. В зависимости от факторов, оказывающих влияние на выветривание, различают физическое, химическое и биологическое выветривание.

Рис 1. «Выветривание».

Биологическое выветривание -- это процесс механического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под действием растительных и животных организмов и продуктов их жизнедеятельности. Многочисленные микроорганизмы и корни растений в процессе своей жизнедеятельности выделяют во внешнюю среду углекислый газ и различные кислоты, которые оказывают разрушающее действие на минералы и горные породы. Так, силикатные бактерии, выделяющие CO2 и органические кислоты, разрушают полевые шпаты и фосфориты, освобождая при этом калий в доступной для растений форме и фосфорную кислоту. Некоторые железобактерии окисляют и разрушают соединения железа. Масляно-кислые и нитрифицирующие микроорганизмы разлагают апатиты и силикаты. Значительную роль в биологическом выветривании играют диатомовые водоросли, которые способствуют выветриванию каолинита и растворению известняков. Установлено значительное воздействие сине-зеленых водорослей и нитрифицирующих бактерий на гранит. При разложении остатков растений и микроорганизмов образуются гуминовые кислоты, которые ускоряют разрушение минералов и горных пород.

В результате выветривания горная порода приобретает ряд новых качеств. Она пропускает и задерживает воду, т. е. становится водопроницаемой и влагоемкой, поглощает различные соединения, в ней появляются элементы минерального питания растений в доступной для них форме, а также накапливается органическое вещество.

Продукты выветривания минералов и горных пород, как правило, не остаются на месте образования, а перемещаются ветром, водой, ледниками. Таким образом, в результате совместного длительного взаимодействия массы материнской горной породы с живыми организмами, продуктами их жизнедеятельности и элементами гидро- и атмосферы происходит превращение горной породы в почву.

На продуктах физического и химического выветривания горной породы (рухляке) поселяются микроорганизмы, растения и животные, в результате жизнедеятельности которых происходит накопление органического вещества, а следовательно, и аккумуляция в поверхностных горизонтах горной породы энергии солнечных лучей, важных зольных элементов и азота (азот -- главнейший элемент питания растений, практически не содержится в изверженных горных породах). Заселение поверхности рыхлой горной породы растениями осуществляется постепенно, причем наблюдается последовательная смена одних растительных сообществ другими. Сначала поселяются низшие организмы, среди которых выделяют автотрофные бактерии и микроскопические водоросли. Низшие растения, извлекая из породы труднодоступные элементы и связывая азот, создают условия для поселения новых, более сложных растительных группировок, вплоть до высших. Растения своими корнями извлекают из рухляковой породы необходимые им химические элементы, осуществляют фотосинтез, создают из поглощенных веществ органические соединения и концентрируют их в своих тканях. После отмирания живых организмов часть разложившихся остатков идет на синтез новых сложных органических веществ, которые закрепляются в почве в виде гумусовых веществ, другая часть полностью минерализуется при помощи микроорганизмов и вновь возвращается в окружающую среду в форме минеральных соединений. Последние служат источником пищи и энергии для новых, более сложных микроорганизмов и растений[4].

Горные породы на своих поверхностях содержат огромное количество микроорганизмов. На 1 г выветрелой породы приходиться до 1 млн. бактерий. Как только порода начинает выветриваться, на ней сразу же поселяются бактерии и сине - зеленые водоросли, затем разрушают поверхностный слой породы, и после их отмирания на ней образуются углубления, ямки, борозды, заполненные сухой биомассой отмерших организмов. Таким образом, на поверхности горных пород формируются сообщества микроорганизмов, играющие важную роль в процессах выветривания.

Заключение

выветривание горный порода кора

Изучение коры выветривания представляет собой большое научное и особенно практическое значение. Изучая их состав, можно восстановить палеогеографию времени их образования, особенности климата, рельефа, их изменение во времени. В коре выветривания формируются грунтовые воды, возникают новые минералы. С древними корами выветривания связаны многие важные полезные ископаемые, такие, как бокситы, каолиниты, гидроокислы и окислы железа, гидроокислы марганца и др. в корах выветривания образовавшихся на поверхности платиноносных, золотоносных и алмазоносных горных пород, происходит обогащение рыхлых продуктов и образуются элювиальные россыпи платины, золото, алмазов.

Список литературы

1. Горшков Г.П., Якушева А.Ф. «общая геология» изданье третье. Издательство Московского университета: 1973г. 541с.

2. Академик Полынов Б.Б. «Избранные труды» Издательство Академии наук СССР:М.1956г.

3. http://www.kgau.ru/distance/ebtf_01/mahlaev/geohimiya-bad/03_02.html

4. http://revolution.allbest.ru/biology/00308024_0.html

Размещено на Allbest.ru