Typy a procesy meteorizace

zvětrávání jedná se o rozklad hornin mechanickým rozpadem a chemickým rozkladem. Mnoho z nich vzniká při vysokých teplotách a tlacích hluboko v zemské kůře; když jsou vystaveny nižším teplotám a tlakům na povrchu a setkávají se se vzduchem, vodou a organismy, rozkládají se a zlomují se.

Živé bytosti mají také vlivnou roli v povětrnostních vlivech, protože ovlivňují skály a minerály prostřednictvím různých biofyzikálních a biochemických procesů, z nichž většina není podrobně známa..

V zásadě existují tři hlavní typy, kterými dochází ke zvětrávání; To může být fyzikální, chemické nebo biologické. Každá z těchto variant má specifické vlastnosti, které ovlivňují skály různými způsoby; dokonce, v některých případech tam může být kombinace několika jevů.

Index

• 1 Fyzikální nebo mechanické zvětrávání
  • 1.1 Stažení
  • 1.2 Zlomenina zmrazením nebo gelovou frakcí
  • 1.3 Cykly topení-chlazení (termoklast)
  • 1.4 Smáčení a sušení
  • 1.5 Meteorizace růstem solných krystalů nebo haloklastií
• 2 Chemická meteorizace
  • 2.1 Rozpuštění
  • 2.2 Hydratace
  • 2.3 Oxidace a redukce
  • 2.4 Uhlík
  • 2.5 Hydrolýza
• 3 Biologická meteorizace
  • 3.1 Rostliny
  • 3.2 Lišejníky
  • 3.3 Mořské organismy
  • 3.4 Chelatace
• 4 Odkazy

Fyzikální zvětrávání nebo mechanické

Mechanické procesy zmenšují skály na postupně menší fragmenty, což zase zvyšuje povrch vystavený chemickému napadení. Hlavní procesy mechanického povětrnostního vlivu jsou následující:

- Stáhnout.

- Činnost mrazu.

- Tepelné napětí způsobené vytápěním a chlazením.

- Rozšíření.

- Smrštění způsobené smáčením s následným sušením.

- Tlaky vyvolané růstem krystalů soli.

Důležitým faktorem při mechanickém zvětrávání je únava nebo opakované vytváření napětí, které snižuje toleranci k poškození. Výsledkem únavy je, že hornina se zlomí při nižší úrovni napětí než neunavený vzorek.

Stáhnout

Když eroze odstraňuje materiál z povrchu, snižuje se omezující tlak na podkladové horniny. Nižší tlak umožňuje minerálním zrním oddělit více a vytvořit dutiny; hornina se rozšiřuje nebo rozšiřuje a může se zlomit.

Například v žulových dolech nebo jiných hustých horninách může být uvolnění tlaku způsobené řezy pro extrakci násilné a může dokonce způsobit výbuchy..

Zlomenina zmrazením nebo gelovou frakcí

Voda, která zabírá póry uvnitř horniny, expanduje o 9% při zmrazování. Tato expanze vytváří vnitřní tlak, který může způsobit fyzikální rozpad nebo lom horniny.

Gelifikace je důležitým procesem v chladném prostředí, kde dochází ke stálému zmrazování a rozmrazování.

Cykly topení-chlazení (termoclast)

Skály mají nízkou tepelnou vodivost, což znamená, že nejsou dobré při odvádění tepla z povrchu. Když jsou kameny zahřívány, vnější povrch zvyšuje svou teplotu mnohem více než vnitřní část skály. Z tohoto důvodu má vnější část větší dilataci než vnitřní část.

Kromě toho skály složené z různých krystalů představují rozdílné zahřívání: tmavší barevné krystaly se zahřívají rychleji a chladněji pomaleji než krystaly zapalovače..

Únava

Tato tepelná napětí mohou způsobit rozpad kamene a vznik obrovských šupin, skořápek a plechů. Opakované ohřívání a chlazení vytváří efekt nazývaný únava, která podporuje tepelné zvětrávání, nazývané také termoklastie.

Obecně lze únavu definovat jako účinek několika procesů, které snižují toleranci materiálu na poškození.

Skalní váhy

Odlupování nebo výroba plechů tepelným namáháním také zahrnuje tvorbu skalních šupin. Stejně tak intenzivní teplo způsobené lesními požáry a jadernými výbuchy může způsobit rozpad kamene a nakonec se zlomit.

Například v Indii a Egyptě se požár používal mnoho let jako nástroj pro těžbu v lomech. Každodenní výkyvy teploty, které se nacházejí i v pouštích, jsou však hluboko pod extrémy, kterých dosáhly místní požáry.

Zvlhčování a sušení

Materiály obsahující jíly - jako je bahno a břidlice - se značně zvětšují při navlhčování, což může vyvolat tvorbu mikrofallasů nebo mikrofrakcí (mikrotrhlin nebo rozšíření stávajících trhlin.

Kromě vlivu únavy vedou cykly expanze a smrštění - spojené se smáčením a sušením - ke zvětrávání hornin.

Meteorizace růstem solných krystalů nebo haloklastií

V pobřežních a suchých oblastech mohou solné krystaly růst v solných roztocích, které jsou koncentrovány odpařováním vody.

Krystalizace soli v mezerách nebo pórech hornin vyvolává napětí, které je rozšiřuje, což vede k granulovanému rozkladu skály. Tento proces je známý jako zvětrávání solným roztokem nebo haloclastia.

Když jsou krystaly soli vytvořené uvnitř pórů horka zahřívány nebo nasyceny vodou, expandují a vyvíjejí tlak na stěny sousedních pórů; to vytváří tepelné namáhání nebo hydratační namáhání, které přispívá ke zvětrávání horniny.

Chemická meteorizace

Tento typ povětrnostních vlivů zahrnuje širokou škálu chemických reakcí, které působí společně na mnoha různých typech hornin v plném rozsahu povětrnostních podmínek.

Tato velká odrůda může být seskupena do šesti typů hlavních chemických reakcí (všechny se podílejí na rozkladu horniny), konkrétně:

- Rozpuštění.

- Hydratace.

- Oxidace a redukce.

- Karbonace.

- Hydrolýza.

Rozpuštění

Minerální soli mohou být rozpuštěny ve vodě. Tento proces zahrnuje disociaci molekul v jejich aniontech a kationtech a hydrataci každého iontu; to znamená, že ionty jsou obklopeny molekulami vody.

Zpravidla je rozpouštění považováno za chemický proces, i když nezahrnuje správné chemické přeměny. Vzhledem k tomu, že k rozpouštění dochází jako první krok pro jiné procesy chemického povětrnostního vlivu, je tato kategorie zařazena do této kategorie.

Roztok se snadno převrátí: když je roztok přesycený, část rozpuštěného materiálu se vysráží jako pevná látka. Nasycený roztok nemá schopnost rozpustit více pevné látky.

Minerály se liší svou rozpustností a mezi nejrozpustnější ve vodě patří chloridy alkalických kovů, jako je kamenná sůl nebo halit (NaCl) a draselná sůl (KCl). Tyto minerály se nacházejí pouze ve velmi suchých klimatických podmínkách.

Sádra (CaSO₄.2H₂O) je také docela rozpustný, zatímco křemen má velmi nízkou rozpustnost.

Rozpustnost mnoha minerálů závisí na koncentraci vodíkových iontů (H⁺) zdarma ve vodě. H ionty⁺ měří se jako hodnota pH, která udává stupeň kyselosti nebo zásaditosti vodného roztoku.

Hydratace

Hydratační zvětrávání je proces, ke kterému dochází, když minerály adsorbují molekuly vody na svém povrchu nebo je absorbují, včetně jejich krystalové mřížky. Tato dodatečná voda vytváří nárůst objemu, který může způsobit zlomeninu horniny.

Ve vlhkém podnebí středních zeměpisných šířek barvy země představují / zobrazují notoricky známé variace: lze pozorovat od nahnědlé barvy až do nažloutlé barvy. Tyto zbarvení jsou způsobena hydratací červeného hematitu oxidu železitého, který přechází do oxidem zbarveného goethitu (oxyhydroxid železitý)..

Příjem vody jílovitými částicemi je také formou hydratace, která vede k její expanzi. Pak, jak jíle schne, kůra praskne.

Oxidace a redukce

Oxidace nastává, když atom nebo ion ztrácí elektrony, zvyšuje jejich kladný náboj nebo snižuje jejich záporný náboj.

Jedna ze stávajících oxidačních reakcí zahrnuje kombinaci kyslíku s látkou. Kyslík rozpuštěný ve vodě je běžným oxidačním činidlem v prostředí.

Opotřebení oxidací ovlivňuje hlavně minerály, které obsahují železo, i když prvky jako mangan, síra a titan mohou být také oxidovány.

Reakce na železo, ke které dochází, když se rozpuštěný kyslík ve vodě dostane do styku s minerály s obsahem železa, je následující:

4Fe²⁺ +  3O₂ → 2Fe₂O₃ + 2e^-

V tomto výrazu e^-  představuje elektrony.

Železné železo (Fe²⁺) nalezené ve většině horninotvorných minerálů lze převést na železnou formu (Fe³⁺) změna neutrálního náboje krystalové mřížky. Tato změna někdy způsobuje její kolaps a činí minerál náchylnějším k chemickému napadení.

Karbonace

Karbonatace je tvorba uhličitanů, což jsou soli kyseliny uhličité (H.)₂CO₃). Oxid uhličitý se rozpouští v přírodních vodách za vzniku kyseliny uhličité:

CO₂  + H₂O → H₂CO₃

Následně se kyselina uhličitá disociuje na hydratovaný vodíkový iont (H₃O⁺) a hydrogenuhličitanového iontu podle následující reakce:

H₂CO₃ + H₂O → HCO₃^-  +  H₃O⁺

Kyselina uhličitá napadá minerály tvořící uhličitany. Karbonace dominuje zvětrávání vápenatých hornin (vápenců a dolomitů); v těchto hlavních minerálních látkách je kalcit nebo uhličitan vápenatý (CaCO)₃).

Kalcit reaguje s kyselinou uhličitou na uhličitan vápenatý, Ca (HCO)₃)₂ který se na rozdíl od kalcitu snadno rozpouští ve vodě. Proto jsou některé vápence tak náchylné k rozpuštění.

Reverzibilní reakce mezi oxidem uhličitým, vodou a uhličitanem vápenatým jsou komplexní. Proces lze v podstatě shrnout takto:

CaCO₃ + H₂O + CO₂A Ca₂+ + 2HCO₃^-

Hydrolýza

Obecně je hydrolýza - chemické rozpadání působením vody - hlavním procesem chemického zvětrávání. Voda se může rozkládat, rozpouštět nebo modifikovat primární minerály náchylné k horninám.

V tomto procesu se voda disociovaná ve vodíkových kationtech (H⁺) a hydroxylové anionty (OH)^-) reaguje přímo se silikátovými minerály ve skalách a půdách.

Vodíkový iont je vyměněn za kovový kation silikátových minerálů, obvykle draslíku (K⁺), sodíku (Na⁺), vápníku (Ca^{2 +)} nebo hořčík (Mg^{2 +}). Poté se uvolněný kation kombinuje s hydroxylovým aniontem.

Například reakce na hydrolýzu minerálu ortoclasy, který má chemický vzorec KAlSi₃O₈, Je to následující:

2KAlSi₃O₈ + 2H⁺ + 2OH^- → 2HAlSi₃O₈ + 2KOH

Takže orthoclasa je konvertována na aluminosilikovou kyselinu, HAlSi₃O₈ a hydroxid draselný (KOH).

Tento typ reakcí hraje zásadní roli při tvorbě některých charakteristických reliéfů; například se podílejí na tvorbě krasového reliéfu.

Biologická meteorizace

Některé živé organismy napadají skály mechanicky, chemicky nebo kombinací mechanických a chemických procesů.

Rostliny

Kořeny rostlin - zejména stromů, které rostou na plochých skalnatých lůžkách - mohou působit biomechanicky.

Tento biomechanický efekt nastává, když kořen roste, protože zvyšuje tlak, který vyvíjí v okolním prostředí. To může vést k lomu hornin skalního podloží.

Lišejníky

Lišejníky jsou organismy tvořené dvěma symbionty: houba (mycobiont) a řasa, která je obvykle cyanobacteria (phycobiont). Tyto organismy byly hlášeny jako kolonizátory, které zvyšují zvětrávání hornin.

Bylo například zjištěno, že Stereocaulon vesuvianum je instalován na lávových proudech, což umožňuje zvýšit až 16násobek rychlosti zvětrávání ve srovnání s nekolonizovanými povrchy. Tyto sazby se mohou zdvojnásobit ve vlhkých místech, jako na Havaji.

Bylo také poznamenáno, že když lišejníky umírají, zanechávají tmavé skvrny na povrchu skály. Tyto skvrny absorbují více záření než okolní čisté oblasti horniny, čímž podporují tepelné povětrnostní vlivy nebo termoklastování.

Mořské organismy

Některé mořské organismy škrábají povrch skal a děrují je, což podporuje růst řas. Mezi tyto pronikavé organismy patří měkkýši a houby.

Příklady tohoto typu organismů jsou modré mušle (Mytilus edulis) a bylinožravého plži Cittarium pica.

Chelatace

Chelatace je další mechanismus zvětrávání, který zahrnuje odstranění kovových iontů a zejména iontů hliníku, železa a manganu ze skal..

Toho je dosaženo spojením a sekvestrací organickými kyselinami (jako je kyselina fulvá a huminová) za vzniku rozpustných komplexů organické hmoty kovů..

Chelatační činidla v tomto případě pocházejí z produktů rozkladu rostlin a sekrecí kořenů. Chelatace podporuje chemické zvětrávání a přenos kovů v půdě nebo ve skále.

Odkazy

1. Pedro, G. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93-105.
2. Selby, M. J. (1993). Hillslope materiály a procesy, 2. edn. S příspěvkem A. P. W. Hoddera. Oxford: Oxford univerzitní tisk.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Povaha a rychlost zvětrávání lišejníky na lávových tocích na Lanzarote. Geomorfologie, 47 (1), 87-94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas, M. F. (1994). Geomorfologie v tropech: Studium zvětrávání a denudace v nízkých zeměpisných šířkách. Chichester: John Wiley & Sons.
5. White, W. D., Jefferson, G.L., a Hama, J.F. (1966) Křemencový kras v jihovýchodní Venezuele. Mezinárodní žurnál speleologie 2, 309-14.
6. Yatsu, E. (1988). Povaha zvětrávání: Úvod. Tokio: Sozosha.