Александр Перельман - Биокосные системы Земли

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

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 Fe 2+, Mn 2+, S 2-, а в коре выветривания, окисляясь, дают соединения Fe 3+, Mn 4+, S 6+(Fe 2O 3, MnO 2, Na 2SO 4, CaSO 4и 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 CaCO 3.

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 3, Na 2SO 4, NaCl и т. д.). Часть атомов этих элементов находится в природных водах в виде простых или комплексных ионов (Na +, Са 2+, SO 4 2-, Cl -и т. д.), а часть поглощается организмами и коллоидными системами. В отличие от этих элементов окислы кремния, алюминия, железа, титана и марганца, составляющие 84,11% земной коры, значительно хуже растворимы, в связи с чем содержание их в природных водах, а также в организмах значительно ниже; они образуют меньше растворимых солей. В ходе выветривания эти элементы чаще всего дают богатые водой коллоидные осадки (гели), со временем теряющие часть воды и приобретающие упорядоченную (кристаллическую) структуру. Если кристаллическая структура былых гелей обнаруживается невооруженным глазом или под микроскопом, то они называются метаколлоидами. Поскольку элементов второй группы в земной коре значительно больше, чем первой, преобладающая часть твердых продуктов выветривания находится в коллоидном или метаколлоидном состоянии, а меньшая — в виде простых солей. Некоторые формы коры выветриваний практически не содержат простых солей.

Таким образом, коллоидное и метаколлоидное состояние вещества чрезвычайно характерно для коры выветривания: при интенсивном выветривании почти все твердые составные части коры находятся в коллоидном состоянии или же при своем образовании проходят через коллоидное состояние. Таковы многочисленные глинистые минералы, гидроокислы кремния, железа, алюминия и марганца, гумусовые вещества и др. Впервые в очень яркой форме эту мысль выразил крупный австрийский минералог Ф. Корню. «Подобно коре, окружает земной шар царство гелей», — писал ученый в 1909 г.

Применение электронного микроскопа, рентгенографии и других методов изучения вещества позволило разобраться в казавшейся во времена Корню «бесформенной массе минеральных коллоидов», выделить среди них минералы, создать особую отрасль минералогии — коллоидную минералогию, имеющую большое практическое значение.

Большие изменения произошли во взглядах на механизм выветривания силикатов изверженных пород — их превращения в глины. Е. Г. Куковский развивает представление о том, что эти процессы протекают в твердом веществе, в результате диффузии («дрейфа») ионов. Важная роль придается поверхностным явлениям на границе минерал—раствор, в построениях учитываются размеры ионов, строящих кристаллическую решетку глинистых минералов. В решении всех этих сложных и тонких вопросов огромная роль принадлежит кристаллохимии — науке, изучающей положение ионов и атомов в кристалле, их взаимные связи.

Кора выветривания как биокосная система.Биокосная природа коры выветривания выражена менее отчетливо, чем в почвах и илах, но все же и здесь наблюдается деятельность микроорганизмов, которые окисляют сульфиды и органические соединения, поступающие из почвы. Еще в 1903 г. американский ученый Холланд предполагал, что латеритное выветривание горных пород обязано микроорганизмам, что это своеобразная «тропическая болезнь» базальтов и других изверженных пород. Позднее аналогичные идеи высказывал крупный русский минералог ученик Вернадского Я. В. Самойлов (1870—1925).

«Процессы выветривания, в частности, резко выраженные в биосфере, всегда биогенны и биокосны. Микроскопическая жизнь в них играет ведущую роль», — Писал В. И. Вернадский в своей последней работе — «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения», опубликованной в 1905 г. (М., «Наука», с. 155). Как отмечал Б. Б. Полынов, миллионы микроорганизмов были обнаружены в 1 г каолинизированного гранита на глубине 12—17 м от поверхности. Хорошо изучена группа так называемых тионовых бактерий, окисляющих сульфиды металлов.

Профессор Томского политехнического института П. А. Удодов с сотрудниками сделали в последние годы интересное открытие — микроорганизмы были найдены в поровых водах коры выветривания глинистых сланцев нижнего карбона. Кроме известных видов тионовых бактерий открыты и неизвестные науке виды, обладающие высокой геохимической активностью. М. А. Глазовская обнаружила разнообразные микроорганизмы (до 1 млн. в 1 г) в корочках выветривания на скалах Тянь-Шаня на высотах более 4200 м (рис. 14).