Химическим выветриванием называется разрушение пород под влиянием воды, воздуха и биохимической деятельности организмов.
Оно протекает одновременно с физическим выветриванием, но роль его всё время усиливается по мере того, как исходная горная порода становится всё более и более раздроблённой, так как вода и воздух получают возможность соприкосновения со всё увеличивающейся свободной поверхностью породы. Чем сильнее порода раздроблена механически, тем интенсивнее процесс химического выветривания.
В отличие от физического выветривания, химическое выветривание не только разрушает породу, но и приводит к заметному изменению её минералогического состава. При этом первичные минералы породы, неустойчивые в условиях земной поверхности, преобразуются во вторичные минералы, устойчивые в этих условиях.
К наиболее активным деятелям химического выветривания принадлежат вода, кислород и углекислота, а также растения и микроорганизмы.
Вода является растворителем. Кроме того, она может присоединяться к безводным минералам и делать их водными (этот процесс называется гидратацией), примером чему служит превращение красного железняка в гидрат окиси железа (лимонит) или ангидрита в гипс.
Кислород обусловливает широкое распространение реакций окисления. Эти реакции осуществляются либо свободным кислородом воздуха, либо кислородом, растворённым в воде. Так как в холодной воде кислорода больше, чем в тёплой, то холодные воды в природе имеют более высокую окисляющую способность по сравнению с тёплыми. Глубина зоны окисления на материках определяется уровнем грунтовых вод.
Исключительно велика роль углекислого газа в химическом выветривании. При его растворении в воде образуется угольная кислота, которая разлагает силикаты, вытесняя из них кремнезём, а сама связывается с металлами, входящими в состав силикатов, и образует с ними различные углекислые соли, многие из которых более или менее легко растворяются. С другой стороны, углекислота, действуя на карбонаты, переводит трудно растворимые монокарбонаты в легче растворимые бикарбонаты.
Растения способствуют химическому выветриванию выделением органических кислот, являющихся сильными растворителями.
Очень велика в химическом выветривании роль бактерий и вообще микроорганизмов, которых известно сейчас свыше 100 тыс. форм и которые благодаря своим ничтожным размерам, переносятся токами воды или воздуха на огромные расстояния и легко проникают в мельчайшие трещины и поры горных пород. Микробы-сапрофиты (а таких большинство) обычно разлагают любое органическое вещество, составляющее их пищу, до воды и углекислоты. Углекислота растворяет известняки, разрушает слюду и полевые шпаты. Если микробы не доводят разложение органического вещества до конца, то наряду с СО2 образуются разные органические кислоты, легко и быстро растворяющие углекислый кальций и углекислый магний (разрушение мергелей, доломитов, известняков).
Таким образом, сапрофитные микроорганизмы разрушают горные породы посредством СО2 и органических кислот. Автотрофные бактерии (питающиеся, подобно растениям, углекислотой, извлекаемой из воздуха) действуют в том же направлении посредством неорганических кислот. Известно, что когда органические азотистые вещества (трупы, скопления птичьего помёта и т. д.) полностью разлагаются различными микробами, весь азот этих веществ выделяется в виде аммиака. Одна группа нитрифицирующих бактерий окисляет затем аммиак в азотистую кислоту; другая группа, встречающаяся в природе всегда вместе с первой, окисляет азотистую кислоту в азотную. Разные виды автотрофных серобактерий образуют серную кислоту путём окисления сероводорода. Азотная и серная кислоты разрушают не только известковые, но и силикатные горные породы (граниты, гнейсы и др.).
Из первичных минералов, входящих в состав горных пород, наиболее стойким по отношению к химическому выветриванию оказывается кремнезём SiO2, встречающийся в виде кварца.
Изменение других минералов идёт гораздо глубже. Довольно быстро разлагаются метасиликаты (авгиты, роговые обманки) и ортосиликаты (оливин), т. е. соли метакремневой и ортокремневой кислот. Конечными продуктами их распада являются опал, гидрат окиси железа и растворимые соли, главным образом углесоли.
Особенно важен для нас процесс распада некоторых алюмосиликатов (полевых шпатов, слюд), так как по своей распространённости они составляют 60% минералов земной коры. Минералы эти, как известно, образуются на большой глубине, в области магмы. Попав в новые условия на земную поверхность, они испытывают очень длительный процесс изменения, который сводится к тому, что сложная молекула становится всё более и более простой. Единственно от времени зависит, на какой стадии разложения мы их находим. Их разложение — это единый непрерывный процесс, в котором можно последовательно обособить отдельные стадии.
Первоначальная формула ортоклаза (одного из полевых шпатов) такова: H2Al2Si6O16. Химическое выветривание ортоклаза прежде всего приводит к выщелачиванию (т. е. растворению, сопровождаемому затем выносом; растворённого вещества), катионов и частичному выносу кремнезёма, так что формула получает вид H2Al2Si2O8 (каолин). Сравнив новую формулу с исходной, убеждаемся, что калий удалён (его место занял водород), а также удалена и часть кремнезёма. Эта стадия называется стадией каолинового разложения.
В дальнейшем каолин под действием воды (и, вероятно, не без участия микроорганизмов) распадается на гидрат окиси алюминия (боксит) и опал. Опал может затем перейти в кристаллический кремнезём (кварц, халцедон). Стадия распада каолина на опал и боксит называется стадией аллитного выветривания; аллитное выветривание называют ещё бокситовым, или латеритным.
В природе процесс разложения алюмосиликатов протекает, конечно, гораздо сложнее, чем это изображено выше. Для полного его завершения нужно огромное время. Нередко бывает, что минерал, не закончив процесса распада, оказывается погребённым новыми осадками, и тогда выветривание его прерывается на каком-то этапе. Существовало мнение (оно и теперь не всеми ещё оставлено), что решающую роль в образовании тех или иных конечных продуктов разложения алюмосиликатов играет климат, а именно — что в одном климате распад может дойти только до каолинов, а в другом (в тропическом) до латеритов. Это неверно. Климат ускоряет или замедляет распад алюмосиликатов, но не меняет общего направления всего процесса. Если последний начался очень давно, он развивается до латеритной стадии — в жарком тропическом климате быстрее, в других условиях климата гораздо медленнее. Если процесс начался не так давно, он к настоящему моменту успел дойти лишь до какой-то более ранней, чем латеритная, стадии. В тропиках тоже одни алюмосиликаты уже находятся в стадии латеритизации, а другие, распад которых начался позже, ещё не успели подойти к ней.