Значение климата при выветривании и образовании остаточных месторождений

В субполярных областях в условиях низкой среднегодо­вой температуры и вечной мерзлоты процессы выветривания протекают мало активно и носят специфический характер. Наибольшее значение имеет здесь термоденудация и солифлюкционные явления, приводящие к разрушению материнских пород. Химическое выветривание проявляется своеобразно. Грунтовые воды не уходят на глубину и имеют застойный характер. Органическое вещество разлагается лишь частично, вследст­вие чего образуются органические кислоты, такие, как уксусная, му­равьиная и другие. В зоне окисления эндогенных месторождений раз­виты процессы сульфатизации и накапливаются сульфатные минералы. Разрушение силикатов осуществляется неполностью: конечными про­дуктами разложения их являются преимущественно гидрослюды, реже каолинит, галлуазит и монтмориллонит.

Однако выветривание идег здесь в заметных масштабах и, скальные породы, кажущиеся монолитными и прочными, при оттаивании рассыпаются на мелкую шебенку. Характер продуктов выветривания в субполярной области еще недостаточно изучен для того, чтобы иметь суждение о свойствах коры выветривания. Не изучен также состав руд­ных элементов, выносимых из коры и поступающих в грунтовые воды и в речную сеть.

Субполярные области довольно богаты месторождениями осадочных потезных ископаемых. Сюда относятся прежде всего месторождения рос­сыпного золота. «Такие крупнейшие золотороссыпные районы мира,— гчшет Н. А. Шило,—как Аляска, Колыма, Индигирка, Алдан, Лена, Ени­сей, Северный Урал, располагаются в пределах разновозрастных тектоно- магматических комплексов, но в равной мере тяготеют к северным широ­там» (1956, стр. 12).

В пределах описываемой области известны многочисленные россыпи алмазов, оловяного камня и других минералов. Кроме того, здесь и в иритегающих частях зоны умеренного климата в больших масштабах кдет формирование залежей сапропеля и торфяников. Во многих из них рф содержит повышенные концентрации редких элементов. В пресных ■ерах за Полярным кругом иногда наблюдается отложение железных и тезомарганцевых руд.

В полярной климатической зоне под покровом вечного льда выветри- ние, по-видимому, замирает и почти прекращается. Конкретные фор­ма выветривания и минеральные продукты его, развивающиеся здесь материнским породам, изучены крайне слабо.

В областях влажного климата процессы выветривания отекают достаточно напряженно. На начальных стадиях выветривание и"_Сет щелочной характер. Условия щелочной среды вызваны здесь тем, ■ материнские породы еще мало изменены и содержат в своем составе эчные и щелочно-земельные металлы. Последние постепенно по-

—  ют в поверхностные и грунтовые воды и образуют с углекислотой, творенной в ннх, ряд основных соединений, обладающих высокой акт 5й реакцией.

В дальнейшем, когда главная масса оснований удалена из почвы и чней части коренных пород, в зоне выветривания, начинают до- «пшчровать условия кислой среды. Они возникают под влиянием своой углекислоты, накапливающейся в грунтовых водах, а также Ал.  того количества органических кислот, таких, как гумусовая и дру- просачивающихся из почвенного слоя.

В области жаркого влажного климата химическое выветривание особенно напряженно. Этому способствует, помимо высокой температуры и постоянного интенсивного увлажнения, также активная роль углекислоты и большого количества органических соединений, получаю­щихся при разложении пышной тропической растительности. Постоянно происходит промывание почвы и верхних горизонтов материнских по­род, сопровождающееся выносом из них всех в какой-то степени под­вижных компонентов. Характерно что главная часть органического ве­щества полностью разлагается и выносится из почвы. В связи с этим здесь создается ясно выраженная окислительная обстановка при слабокислой среде. Почва и кора выветривания приобретают красный цвет за счет окисления соединений железа, находящихся в материнских породах. Разрушение силикатов идет весьма интенсивно, причем выде­ляется кремнекислота, глинозем и ряд более подвижных соединений. Последние быстро выщелачиваются и захватываются водой. Из коры выносится часть кремнекислоты силикатов. Ю. К. Горецкий (1960) по­казал, что глинозем, освободившийся в результате разрушения силика­тов в коре выветривания, обладает подвижностью в ее пределах. Однако до сих пор остается невыясненным вопрос, почему и при каких условиях происходит обособление глинозема, приводящее к образованию латерит- ных месторождений бокситов. Неизвестно также, почему он нногда вы­носится из коры и даже из остаточных бокситовых месторождений. Как отмечалось, минералы глин в условиях выветривания, становятся иног­да неустойчивыми, и разрушаются наряду с другими силикатами. В коре выветривания накапливаются свободные полуторные окислы, и она приобретает латерптный характер. Это так называемые красноземы тропических областей, известные из экваториальной части Южной Америки, Африки и других мест. В этой зоне формируются различные остаточные месторождения. Прежде всего необходимо упомянуть элю­виальные россыпи различных устойчивых минералов, затем накопления железа и алюминия латеритного типа, отличающиеся, помимо присут­ствия глинозема, так же значительным содержанием железа и кремне­зема. Далее следуют месторождения силикатного никеля и отдельные незначительные накопления железных руд и, наконец, месторождения других ископаемых.

В соседних областях седиментации часто можно наблюдать накоп­ление некоторых полезных компонентов, вынесенных из коры. К ним относятся месторождения углей, обогащенных различными редкими элементами, и другие полезные ископаемые. К месторождениям этого класса следует так же отнести впервые описанные Лякруа (Ьасго1х, 1922) современные торфяники острова Мадагаскар, отличающиеся высоким содержанием урана в торфе. В СССР к красноземам, по-види­мому, следует отнести соответствующие образования на территории субтропической области Закавказья, близ г. Батуми. Здесь при средне­годовой температуре около +15° и годовых осадках около 2500 мм происходит интенсивное выветривание материнских пород. Изменения их подробно изучены Б. Б. Полыновым (1944), который провел срав­нение состава коренных пород и продуктов выветривания (табл. 5), развитых на них.

Несмотря на то, что выветривание в Закавказье протекает зна­чительно слабее, чем в тропических областях, изменение породы имеет сходный характер. В коре выветривания накапливаются окись алюминия и особенно окислы железа; наблюдается известное обо­гащение магнием. Количество марганца в коре и в материнской породе примерно одинаково. Остальные компоненты выносятся из коренных пород.

В области умеренного влажного климата процессы вы­ветривания развиваются по приведенной выше схеме и сходны с про-

Таблица 5

Химический состав лабрадоро-авгитового порфирита и формирующейся иа ием красноземной коры выветривания

Известное представление о количественной стороне процесса образо­вания коры выветривания в описываемой зоне можно получить при сравнении состава материнских пород и продуктов их разрушения. В качестве примера можно сослаться на современное выветривание кварцевых порфиров из префектуры Шига в Японии, детально изучен­ное К. Сува и И. Матсуцава. Условия вы­ветривания определяются среднегодовой температурой в 13,7°, коли­чеством выпадающих осадков, равным 1594 мм, и химически нейтраль­ной средой. В результате выветривания в этой обстановке кварцевый порфир заметно меняет свой состав (табл. 6).

Из него выносятся такие составные части, как кремнекислота (в не­большом количестве), закисное железо, окись кальция, щелочные ме­таллы. Титан и марганец сохраняются в том же количестве, что и в исходной породе. Продукты выветривания немного обогащаются гли­ноземом, окисным железом и водой. Не осуществляется заметной акко- муляции свободного глинозема. Накопление остаточных продуктов про­исходит здесь в гораздо меньших масштабах.

К. Сува и И. Матсуцава (1958) исследовали изменения содержания малых элементов в кварцевом порфире и продуктах его выветривания (табл. 7). Выяснилось, что из числя элементов, для которых имеются
определения из кварцевых порфиров, при выветривании выносятся: стронций, церий и лантан. В продуктах выветривания накапливаются никель, ванадий и цирконий. В содержании остальных элементов не происходит заметных изменений.

Таблица 6 Химический состав кварцевого порфира и продуктов его выветривания, % (Сува и Матсуцава, 1938)

С корой выветрива­ния этого типа связы­ваются россыпи, накоп­ления железа и кон­центрации кобальта. В седиментационных ком­плексах, связанных с ней, могут формиро­ваться месторождения железных и марганцо­вых руд, бокситов, на­копления редких и рас­сеянных элементов, а ио нерудных — каоли­новые глины, кварце­вые пески и другие ис­копаемые.

В области, от­личающейся пе­риодической сме­ной сухих и влаж­ных сезонов, в течение года происходит доста­точно резкое измене­ние условий выветри­вания. За время влаж­ного периода через поч­ву просачивается боль­шое количество воды и происходит вынос осно­ваний из почвы и верх­ней части материнских пород в более глубо­кие горизонты. Перио­дическое увлажнение и высыхание способству­ют разрушению и выветриванию пород. Разюженне материн­ских пород сопровож­дается выносом крем­незема, в то время как полуторные окислы накапливаются в боль­ших количествах. В су­хое время года идет ис­парение влаги, подтя­гивание ее к поверхности и обратная миграция полуторных окислов из глубины в верхние горизонты материнских пород и п.аже в почву. В ре­зультате коренные породы чрезвычайно сильно переработаны и превра­щены в своеобразную остаточную породу, обладающую пестрой окра­ской и состоящую из коллоидных гидратированных окислов полуторных элементов, главным образом железа и алюминия. Это так называемый латерит — порода, мягкая в свежем состоянии, быстро каменеющая при высыхании. Она пронизана многочисленными причудливыми пора­ми и местами содержит сферолитовые включения, обладающие концен­трическим сложением. С поверхности остаточные образования покры­ты бурой и черно-бурой каменистой коркой. Приведенная схема образо­вания латеритов встречает некоторые возражения. Однако до сих пор не предложено более удовлетворительной концепции, объясняющей ло­кализацию глинозема в коре выветривания и генезис латеритов.

Интересны данные химических анализов пород и развивающихся на них латеритных образований (табл. 8), приводимые Б. Б. Полыновым (1934). Сравнение цифр в этой таблице указывает прежде всего на раз­ницу в составе продуктов выветривания, образующихся на гнейсах и диабазах. Продукты выветривания на гнейсах содержат примерно в пять раз больше кремнекислоты (33,87%), чем на диабазах (5,83%). Наобо­рот, в первом случае значительно меньше глинозема (26,57%) и окис- ного железа (19,69%), чем во втором, где эти компоненты содержатся в соответственно большем количестве (37,03 и 31,73%)). При этом от­четливо наблюдаются явления одного порядка — вынос при выветрива­нии из той и другой породы практически всех оснований и значитель ной части кремнекислоты. Продукты выветривания обогащаются желе­зом, глиноземом и водой.

Этот же процесс хорошо продемонстрирован А. А. Эбботтом (АЬЬо11, 1958). Он показал, что в результате выветривания на острове Кауаи (Гавайские острова) идет глубокое химическое выветривание оливино- вого базальта, сопровождающееся накоплением алюминия, железа и гитана и выносом кремнезема, фосфора и оснований (табл. 9).

Остров Кауаи расположен в крайней северо-западной части Гавай­ского архипелага. Среднегодовая температура на Гаваях отличается весьма небольшими колебаниями. Для самого жаркого месяца (авгу­ста) она составляет 21—25°, для наиболее холодного (февраля) —18— 21°. Остров находится в зоне пассатных ветров, дующих с марта по декабрь и приносящих главную массу осадков. В январе — феврале

дуют южные и юго-восточные ветры. Они приносят меньше влаги, выпадающей не в тех районах, где разгружается главная масса осад­ков, приносимых пассатами. Образцы, взятые для анализа (см. табл. 9) происходят из области, где выпадает 1400—2500 мм осадков в год. Следует отметить что другие породы, анализы которых были приведе­ны в табл. 8, взяты из областей, также характеризующихся периоди­ческой сменой влажных и засушливых периодов. Это относится к Гви­нее, а также ч к о. Цейлон, лежащему в зоне муссонных ветров. Из данных табл. 9 видно, что в продуктах современного выветривания оливиновых базальтов острова Кауаи содержится почти в шесть раз больше глинозема (59,67%), чем в материнских породах (9,69%).

Латеритные образования в зависимости от состава материнских пород обогащены либо железом в случае ультраосновных пород, либо алюминием, чаще всего в случае щелочных, и представляют типичные рудные накопления. Хорошим примером является железорудное место­рождение Конакри в Гвинее, где накопление металла связано с процес­сом латеритного типа, развивающимся по ультраосновным породам. Значительный интерес представляет месторождение бокситов, связан­ное с эоценорым выветриванием сиенитовых пород в штате Арканзас (США). Здесь господствующим типом руды являются остаточные лате­ритные бокситы, сформировавшиеся на нефелиновых сиенитах (фиг. 1).

В условиях засушливого климата напряженность про­цессов выветривания и связанного с ним рудообразования значительно ослабевает. Прежде всего здесь резко уменьшается количество воды, участвующей в годовом круговороте. Соответственно с этим замедлены процессы химического выветривания. Преобладает механическая дезин­теграция, которая развивается в результате действия временных пото­ков, а также под влиянием других факторов (ветровая эрозия, десква- мация. морозное выветривание и др.).

Основными факторами переноса являются воды временных потоков, которые сносят в пониженные места продукты механической дезинтег­рации и отлагают здесь обломочный материал в форме конусов выноса. В зоне предгорий конусы выноса многих рек и временных потоков сли­ваются вместе, образуя почти непрерывный шлейф пролювнально-делю- виальных образований. В этих накоплениях относительно слабо прояв­ляется механическая дифференциация. В поверхностных и грунтовых водах почти все время господствуют условия щелочной среды, вследст­вие чего подвижность целого ряда элементов представляется совершен­но ничтожной. Соединения железа, алюминия, в меньшей мере марган­ца и некоторых других элементов не способны в этих условиях переходить в раствор и мигрировать хотя бы в самой незначительной степени. С другой стороны, многие элементы, такие, как уран, ванадий и некоторые другие, сохраняют свою подвижность и могут перемещать­ся как в поверхностных, так и в грунтовых водах. Медь также, несом­ненно, мигрирует, возможно, в форме щелочно-бикарбонатных растворов (Щербина, Игнатьева, 1955).

В зоне жаркого сухого климата могут образовываться рудные месторождения различного типа. Особенно характерны для нее делю­виальные россыпи и специфическое семейство осадочных месторождений,

Фиг. 1. Обобщенный профиль важнейших типов залежей боксита в Арканзасе, по Гордону и Треси:  1 — остаточный 1ип залежей на нефелиновом сиените; 2 — коллювиальиый тип залежей у основания ннжней части группы вилькокс; 3 — слоистый тип залежей в нижчей части груп­пы вилькокс; 4 — конгломератовый тип залежей, базальиый слой верхней части группы вилькокс

включающее медистые песчаники, а также близкие по типу руды вана­дия н урана. В озерных водоемах накапливаются соли, содержащие примесь редких и рассеянных элементов