Типи і процеси метеоризації

The вивітрювання це розкладання порід шляхом механічного розпаду і хімічного розкладання. Багато з них утворюються при високих температурах і тисках глибоко в земній корі; під впливом більш низьких температур і тиску на поверхні і зустрічі з повітрям, водою і організмами вони розкладаються і руйнуються.

Живі істоти також мають важливу роль у вивітрюванні, оскільки вони впливають на скелі та мінерали через різні біофізичні та біохімічні процеси, більшість з яких детально не відомі..

В основному існує три основні типи, через які відбувається вивітрювання; Це можуть бути фізичні, хімічні або біологічні. Кожен з цих варіантів має специфічні характеристики, які впливають на гірські породи різними способами; навіть у деяких випадках може бути поєднання декількох явищ.

Індекс

• 1 Фізичне або механічне вивітрювання
  • 1.1 Завантажити
  • 1.2 Перелом шляхом заморожування або геліфракції
  • 1.3 Цикли нагріву-охолодження (термопласт)
  • 1.4 Зволоження та сушка
  • 1.5 Метеоризація шляхом росту кристалів солі або галокастії
• 2 Хімічна метеоризація
  • 2.1 Розпуск
  • 2.2 Гідратація
  • 2.3 Окислення та відновлення
  • 2.4 Карбонізація
  • 2.5. Гідроліз
• 3 Біологічна метеоризація
  • 3.1 Рослини
  • 3.2 Лишайники
  • 3.3 Морські організми
  • 3.4 Хелатування
• 4 Посилання

Фізичне вивітрювання або механічний

Механічні процеси скорочують породи на все менші фрагменти, що, в свою чергу, збільшує поверхню, що піддається хімічному впливу. Основними процесами механічного вивітрювання є:

- Завантажити.

- Дія морозу.

- Теплові напруги, викликані нагріванням і охолодженням.

- Розширення.

- Усадка внаслідок змочування з подальшою сушкою.

- Тиск, що проявляється зростанням кристалів солі.

Важливим фактором механічного вивітрювання є виснаження або повторне генерування напруг, що знижує толерантність до пошкоджень. Результатом втоми є те, що скеля буде руйнуватися на більш низькому рівні напруги, ніж не знемічений зразок.

Завантажити

Коли ерозія знімає матеріал з поверхні, обмежує тиск на нижчі породи. Нижчий тиск дозволяє мінеральним зернам більше розділяти і створювати порожнечі; рок розширюється або розширюється і може руйнуватися.

Наприклад, у гранітних мінах або інших щільних породах, викид тиску через розрізи для вилучення може бути насильницьким і навіть викликати вибухи.

Перелом шляхом заморожування або геліфракції

Вода, яка займає пори всередині скелі, розширюється на 9% при заморожуванні. Це розширення генерує внутрішній тиск, який може викликати фізичний розпад або руйнування породи.

Геліфікація є важливим процесом в холодних середовищах, де циклі заморожування і відтавання відбуваються постійно.

Цикли нагріву-охолодження (термопласт)

Скелі мають низьку теплопровідність, що означає, що вони не дуже добре відводять тепло від своїх поверхонь. Коли породи нагріваються, зовнішня поверхня збільшує її температуру набагато більше, ніж внутрішня частина породи. Через це зовнішня частина відчуває більшу дилатацію, ніж внутрішня частина.

Крім того, породи, що складаються з різних кристалів, являють собою диференційне нагрівання: темніші кольорові кристали нагріваються швидше і охолоджуються повільніше, ніж більш світлі кристали.

Втома

Ці термічні напруги можуть викликати розпад породи і утворення величезних лусочок, оболонок і листів. Повторне нагрівання та охолодження дають ефект, що називається втомою, що сприяє термічному вивітрюванню, що також називається термопластикою.

Загалом, втомлюваність може бути визначена як вплив декількох процесів, які знижують толерантність матеріалу до пошкодження.

Скельні ваги

Відлущування або виробництво листів за допомогою термічного стресу також включає генерацію скельних ваг. Крім того, інтенсивне тепло, яке генерується лісовими пожежами та ядерними вибухами, може призвести до розпаду порід і, зрештою, розриву.

Наприклад, в Індії та Єгипті вогонь використовувався протягом багатьох років як інструмент видобутку в кар'єрах. Проте щоденні коливання температури, навіть у пустелях, значно нижчі від меж, які досягаються місцевими пожежами.

Зволоження та сушка

Матеріали, що містять глини - такі як глинистий камінь і сланці - значно розширюються при змочуванні, що може викликати утворення мікропал або мікророзломів (мікротріщини англійською мовою), або розширення існуючих тріщин.

На додаток до впливу втоми, цикли розширення і усадки - пов'язані з змочуванням і сушкою - призводять до вивітрювання породи.

Метеоризація шляхом росту кристалів солі або галокастії

У прибережних і аридних районах кристали солей можуть рости в сольових розчинах, які концентруються випаровуванням води.

Кристалізація солі в міжвузлах або порах порід дає напруження, яке розширює їх, і це призводить до зернистого розпаду породи. Цей процес відомий як засолене вивітрювання або галопластика.

Коли кристали солей, що утворюються всередині пор породи, нагріваються або насичуються водою, вони розширюються і надають тиск на стіни сусідніх пір; це призводить до термічного стресу або стресу гідратації (відповідно), що сприяє вивітрюванню породи.

Хімічна метеоризація

Цей тип вивітрювання включає в себе широкий спектр хімічних реакцій, які діють разом на багатьох різних типах порід у повному діапазоні погодних умов.

Ця велика різноманітність може бути згрупована в шість типів основних хімічних реакцій (всі беруть участь у розкладанні породи), а саме:

- Розчинення.

- Гідратація.

- Окислення і відновлення.

- Карбонізація.

- Гідроліз.

Розчинення

Мінеральні солі можуть бути розчинені у воді. Цей процес включає дисоціацію молекул в їх аніонах і катіонах і гідратацію кожного іона; тобто іони оточені молекулами води.

Як правило, розчинення вважається хімічним процесом, хоча не передбачає належних хімічних перетворень. Оскільки розчинення відбувається як початковий етап для інших процесів хімічного вивітрювання, воно включено до цієї категорії.

Розчин легко змінюється: коли розчин перенасичений, частина розчиненого матеріалу осідає як тверда речовина. Насичений розчин не має здатності розчинятися більш твердим.

Мінерали відрізняються по своїй розчинності і серед найбільш розчинних у воді хлоридів лужних металів, таких як кам'яна сіль або галіт (NaCl) і калієва сіль (KCl). Ці мінерали зустрічаються тільки в дуже посушливому кліматі.

Штукатурка (CaSO₄.2H₂О) також досить розчинний, тоді як кварц має дуже низьку розчинність.

Розчинність багатьох мінералів залежить від концентрації іонів водню (Н⁺) вільно у воді. Іони Н⁺ вони вимірюються як значення рН, що вказує на ступінь кислотності або лужності водного розчину.

Гідратація

Гідратаційне вивітрювання - це процес, який відбувається, коли мінерали адсорбують молекули води на своїй поверхні або поглинають її, включаючи їх у свої кристалічні решітки. Ця додаткова вода генерує збільшення обсягу, що може викликати руйнування породи.

У вологому кліматі середніх широт кольори ґрунту представляють / виявляють сумнівні варіації: її можна спостерігати від коричневого кольору до жовтого. Ці забарвлення викликані гідратацією гематиту червоного оксиду заліза, який переходить до оксидно-кольорового гетиту (оксигідроксиду заліза).

Поглинання води глинистими частинками також є формою гідратації, що призводить до її розширення. Потім, коли глина висихає, кора тріщить.

Окислення і відновлення

Окислення відбувається, коли атом або іон втрачає електрони, збільшуючи свій позитивний заряд або зменшуючи їх негативний заряд.

Одна з існуючих реакцій окислення включає поєднання кисню з речовиною. Кисень, розчинений у воді, є загальним окислювачем в середовищі.

Знос окисленням впливає головним чином на мінерали, які містять залізо, хоча такі елементи, як марганець, сірка і титан, також можуть бути окислені..

Реакція на залізо, що відбувається, коли розчинений кисень у воді вступає в контакт з мінералами, що містять залізо, полягає в наступному:

4Fe²⁺ +  30₂ → 2Fe₂O₃ + 2е^-

У цьому вираженні e^-  являє собою електрони.

Чорне залізо (Fe²⁺), що міститься в більшості породоутворюючих мінералів, можна перетворити на форму заліза (Fe³⁺) зміна нейтрального заряду кристалічної решітки. Ця зміна іноді викликає її колапс і робить мінерал більш схильним до хімічного нападу.

Карбонізація

Карбонізація являє собою утворення карбонатів, які є солями вуглекислоти (Н₂CO₃). Вуглекислий газ розчиняється в природних водах з утворенням вуглекислоти:

CO₂  + H₂O → H₂CO₃

Згодом карбонова кислота дисоціює на гідратний іон водню (Н₃O⁺) і бікарбонатний іон, дотримуючись наступної реакції:

H₂CO₃ + H₂O → HCO₃^-  +  H₃O⁺

Вуглекислота нападає на мінерали, утворюючи карбонати. Карбонізація переважає вивітрювання вапняних порід (вапняків і доломітів); у них основним мінералом є кальцит або карбонат кальцію (CaCO₃).

Кальцит реагує з вуглекислотою з утворенням карбонату кальцієвої кислоти, Ca (HCO)₃)₂ який, на відміну від кальциту, легко розчиняється у воді. Ось чому деякі вапняки так схильні до розчинення.

Зворотні реакції між двоокисом вуглецю, водою і карбонатом кальцію є складними. По суті, процес можна підсумувати таким чином:

CaCO₃ + H₂O + CO₂Ca₂+ + 2HCO₃^-

Гідроліз

Загалом, гідроліз - хімічний розпад водою дії - є основним процесом хімічного вивітрювання. Вода може руйнуватися, розчинятися або модифікувати первинні мінерали, сприйнятливі до гірських порід.

У цьому процесі вода дисоціюється в катіонах водню (Н⁺) і гідроксильні аніони (OH^-) безпосередньо реагує з силікатними мінералами в гірських породах і грунтах.

Іон водню обмінюється металічним катіоном силікатних мінералів, зазвичай калію (К⁺), натрій (Na⁺), кальцій (Ca^{2 +)} або магнію (Mg^{2 +}). Потім вивільнений катіон об'єднують з гідроксильним аніоном.

Наприклад, реакція для гідролізу мінералу називається ортоклаз, який має хімічну формулу KAlSi₃O₈, Це наступне:

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

Так ортоклаз перетворюється в алюмосилікатну кислоту HAlSi₃O₈ і гідроксид калію (KOH).

Цей тип реакцій грає фундаментальну роль у формуванні деяких характерних рельєфів; наприклад, вони беруть участь у формуванні карстового рельєфу.

Біологічна метеоризація

Деякі живі організми механічно, хімічно або комбінують механічні та хімічні процеси.

Рослини

Коріння рослин, особливо дерев, що ростуть на плоских кам`янистих пластах, можуть надавати біомеханічний ефект.

Цей біомеханічний ефект відбувається, коли корінь росте, тому що він підвищує тиск, що його впливає на навколишнє середовище. Це може призвести до руйнування скельних порід.

Лишайники

Лишайниками є організми, що складаються з двох симбіонтів: грибка (мікобіонт) і водоростей, які зазвичай є ціанобактеріями (фікобіонтом). Ці організми були зареєстровані як колонізатори, які збільшують вивітрювання гірських порід.

Наприклад, було встановлено, що Stereocaulon vesuvianum він встановлюється на потоки лави, що дозволяє збільшити швидкість вивітрювання в 16 разів порівняно з неколонізованими поверхнями. Ці ставки можуть подвоюватися у вологих місцях, як на Гаваях.

Також було зазначено, що, коли лишайники гинуть, вони залишають темну пляму на поверхні скелі. Ці плями поглинають більше випромінювання, ніж оточуючі чисті ділянки породи, тим самим сприяючи тепловому вивітрюванню або термопластику.

Морські організми

Деякі морські організми очищають поверхню скель і перфорують їх, сприяючи зростанню водоростей. Ці пронизуючі організми включають молюсків і губки.

Прикладами цього типу організмів є сині мідії (Mytilus edulis) і травоїдних черевоногих Cittarium pica.

Хелатування

Іншим механізмом вивітрювання є хелатування, яке передбачає видалення іонів металів і, зокрема, іонів алюмінію, заліза і марганцю з порід.

Це досягається шляхом об'єднання і секвестрації органічними кислотами (такими як фульвокислота і гумінові кислоти) з утворенням розчинних комплексів органічних металів.

У цьому випадку хелатирующие агенти надходять з продуктів розкладання рослин і з виділень коренів. Хелатизація сприяє хімічному вивітрюванню і переносу металів у грунт або скелю.

Список літератури

1. Pedro, G. (1979). Caractérisation générale des procesus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93-105.
2. Selby, M.J. (1993). Матеріали та процеси Хіллслопа, 2-е изд. З внеском А. П. Уоддера. Оксфорд: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Характер і швидкість вивітрювання лишайниками на лавових потоках по Лансароте. Геоморфологія, 47 (1), 87-94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Томас, М. Ф. (1994). Геоморфологія в тропіках: дослідження вивітрювання і денудації в низьких широтах. Чічестер: Джон Віллі та сини.
5. Уайт, У. Д., Джефферсон, Г. Л., і Хама, Дж. Ф. (1966) Кварцитний карст на південному сході Венесуели. Міжнародний журнал спелеології 2, 309-14.
6. Yatsu, E. (1988). Природа вивітрювання: вступ. Токіо: Созоша.