Серия растворения Гольдича
— Ряд растворения Гольдича это метод прогнозирования относительной стабильности или скорости выветривания обычных магматических минералов на поверхности Земли, при этом минералы, которые образуются при более высоких температурах и давлениях, менее стабильны на поверхности, чем минералы, которые образуются при более низких температурах и давлениях.
| прерывистый Ряд | Непрерывный Ряд | Высокий | |||||||||||||||||||||
| Оливин | Плагиоклаз ( богатый кальцием ) | ||||||||||||||||||||||
| Пироксен | |||||||||||||||||||||||
| Амфибол | |||||||||||||||||||||||
| Биотит (Черная слюда ) | Плагиоклаз ( натрием ) богатый | Родственник Выветривание потенциал | |||||||||||||||||||||
| Ортоклаз | |||||||||||||||||||||||
| москвич (Белая слюда ) | |||||||||||||||||||||||
| Кварц | |||||||||||||||||||||||
| Низкий | |||||||||||||||||||||||
Процессы химического выветривания
[ редактировать ]С. С. Гольдич вывел этот ряд в 1938 г. после изучения почвенных профилей и их почвообразующих пород. [1] На основе анализа образцов из ряда мест выветривания Гольдич установил, что скорость выветривания минералов контролируется, по крайней мере частично, порядком, в котором они кристаллизуются из расплава. Такой порядок означал, что минералы, которые кристаллизовались из расплава первыми, были наименее стабильными в условиях земной поверхности, а минералы, которые кристаллизовались последними, были наиболее стабильными. Это не единственный способ контроля скорости выветривания; эта скорость зависит как от внутренних (свойств, характерных для минералов), так и от внешних (свойств, характерных для окружающей среды) переменных. [1] [2] Климат является ключевой внешней переменной, контролирующей соотношение воды и породы, pH и щелочность , которые влияют на скорость выветривания. [1] Серия растворений Гольдича касается внутренних свойств минералов, которые, как доказал Гольдич, а также предыдущие ученые, также важны для ограничения скорости выветривания.
Ранняя работа Штейдтмана [3] продемонстрировали, что порядок ионной потери породы при выветривании следующий: CO 3 2- , мг 2+ , уже + , К + , SiO 2 − , Фе 2+/3+ и, наконец, Ал 3+ . Гольдич продолжил этот анализ, отметив порядок относительной стабильности минералов, который связан с относительной устойчивостью этих ионов к выщелачиванию. Гольдич отмечает, что в целом основные минералы (богатые железом и магнием) менее стабильны, чем кислые минералы (богатые кремнеземом). Порядок стабильности в этой серии очень хорошо повторяет ряд реакций Боуэна , что побудило Гольдича предположить, что относительная стабильность на поверхности контролируется порядком кристаллизации. [4]
Хотя первоначальная оценка потенциала выветривания минералов Гольдича была качественной, более поздние работы Михала Ковальски и Дж. Дональда Римстидта поместили в эту серию количественные показатели. Ковальский и Римстидт провели анализ механического и химического выветривания зерен и продемонстрировали, что среднее время жизни химически выветрившихся зерен обломков количественно очень хорошо соответствует последовательности Гольдича. [5] Это помогло дополнить реальную применимость серии растворений. Разница во времени химического выветривания может составлять миллионы лет. Например, из распространенных магматических минералов быстрее всего выветривается апатит , который достигает полного выветривания в среднем за 10 лет. 5.48 лет, а медленнее всего выветривается кварц, который полностью выветривается за 10 8.59 годы. [5]
Серия реакций Боуэна
[ редактировать ]Ряд растворения Гольдича следует той же схеме, что и ряд реакций Боуэна : минералы, которые кристаллизуются первыми, также первыми подвергаются химическому выветриванию . [4] Ряд реакций Боуэна показывает, что при фракционной кристаллизации из расплава первыми кристаллизуются оливин и Ca-плагиоклазовые полевые шпаты, за ними следуют пироксен , амфибол , биотит , Na-плагиоклаз, ортоклазовый полевой шпат, мусковит и, наконец, кварц . Этот порядок контролируется температурой расплава и его составом. Поскольку ранее кристаллизующиеся минералы более стабильны при более высоких температурах и давлениях, они быстрее всего выветриваются в поверхностных условиях.
Общие вторичные минералы
[ редактировать ]Химическое выветривание магматических минералов приводит к образованию вторичных минералов, которые представляют собой продукты выветривания материнских минералов. Вторичные минералы выветривания магматических пород можно отнести главным образом к оксидам железа , солям и слоистым силикатам . Химический состав вторичных минералов частично контролируется химией материнской породы. Основные породы, как правило, содержат более высокие пропорции магния, трехвалентного и двухвалентного железа, что может привести к образованию вторичных минералов с высоким содержанием этих катионов. [6] включая серпентин , глины, богатые Al, Mg и Ca, [7] и оксиды железа, такие как гематит . [6] В кислых породах обычно содержится относительно более высокое содержание калия и натрия, что может привести к образованию вторичных минералов, богатых этими ионами, включая глины, богатые Al, Na и K, такие как каолинит . [8] монтмориллонит [8] и иллит . [9]
Применение к профилям почвы
[ редактировать ]Ряд растворения Гольдича можно применять к литопоследовательностьм , которые являются способом характеристики профиля почвы на основе его исходного материала. [10] Литосеквенции включают почвы, которые подверглись относительно схожим условиям выветривания, поэтому различия в составе основаны на относительных скоростях выветривания исходных минералов. Поэтому на скорость выветривания этих почв и их состав в первую очередь влияет относительная доля минералов в ряду растворения Гольдича. [10]
Ограничения
[ редактировать ]Экспериментальная работа Уайта и Брантли (2003) выявила некоторые ограничения серии растворения Гольдича, в первую очередь то, что некоторые различия в скорости выветривания различных минералов не так выражены, как утверждает Голдич. [2] Согласно серии растворения Гольдича, анортит, полевой шпат плагиоклаза , должен выветриваться быстро, со временем жизни 10 5.62 лет, количественно оцененных Ковальским и Римстидтом. [1] [5] И наоборот, срок службы калишпата должен быть намного дольше - 10 8.53 годы снова основаны на работах Ковальского и Римстидта. Однако экспериментальные результаты Уайта и Брантли показывают, что относительные скорости выветривания калишпата и плагиоклазового полевого шпата весьма схожи и в основном смягчаются степенью выветривания минералов (в экспоненциально убывающей функции). Это показывает, что ряд Гольдича не может применяться ко всем видам процессов выветривания, а также не учитывает эффект экспоненциального затухания скорости выветривания поверхности. [2]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Гольдич, Сэмюэл С. (1938). «Исследование выветривания горных пород» . Журнал геологии . 46 (1): 17–58. Бибкод : 1938JG.....46...17G . дои : 10.1086/624619 . ISSN 0022-1376 . S2CID 128498195 .
- ^ Jump up to: а б с Белый, Арт Ф; Брантли, Сьюзен Л. (2003). «Влияние времени на выветривание силикатных минералов: почему скорость выветривания различается в лаборатории и в полевых условиях?» . Химическая геология . Контроль химического выветривания. 202 (3): 479–506. Бибкод : 2003ЧГео.202..479В . doi : 10.1016/j.chemgeo.2003.03.001 . ISSN 0009-2541 .
- ^ Стейдтманн, Эдвард (1908). «Графическое сравнение изменения горных пород выветриванием с изменением их горячими растворами» . Экономическая геология . 3 (5): 381–409. дои : 10.2113/gsecongeo.3.5.381 . ISSN 0361-0128 .
- ^ Jump up to: а б Боуэн, Нидерланды (1956). Эволюция магматических пород . Канада: Дувр. стр. 60–62.
- ^ Jump up to: а б с Ковалевский, Михал; Римстидт, Дж. Дональд (2003). «Средняя продолжительность жизни и возрастные спектры обломочных зерен: к единой теории осадочных частиц» . Журнал геологии . 111 (4): 427–439. Бибкод : 2003JG....111..427K . дои : 10.1086/375284 . ISSN 0022-1376 . S2CID 129172662 .
- ^ Jump up to: а б Зивер, Раймонд; Вудфорд, Норма (1979). «Кинетика растворения и выветривание темноцветных минералов» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 43 (5): 717–724. Бибкод : 1979GeCoA..43..717S . дои : 10.1016/0016-7037(79)90255-2 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Менье, Алан (2005). Глины . Франция: Спрингер. п. 265. ИСБН 3-540-21667-7 .
- ^ Jump up to: а б Стох, Лешек; Сикора, Ванда (1976). «Преобразования слюд в процессе каолинизации гранитов и гнейсов» . Глины и глинистые минералы . 24 (4): 156–162. Бибкод : 1976CCM....24..156S . дои : 10.1346/CCMN.1976.0240402 . ISSN 1552-8367 . S2CID 51812008 .
- ^ Секейра Брага, Массачусетс; Паке, Х; Бегонья, А (2002). «Выветривание гранитов в умеренном климате (северо-запад Португалии): гранитные сапролиты и аренизация» . КАТЕНА . 49 (1): 41–56. дои : 10.1016/S0341-8162(02)00017-6 . ISSN 0341-8162 .
- ^ Jump up to: а б Уайт, Арт Ф. (1995), «Глава 9. СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОГО ВЫВЕТРЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ МИНЕРАЛОВ В ПОЧВАХ» , Скорость химического выветривания силикатных минералов , Де Грюйтер, стр. 407–462, doi : 10.1515/9781501509650-011 , ISBN 9781501509650 , получено 28 октября 2021 г.