Wietrzenie skał: fizyczne i chemiczne

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o fizycznych i chemicznych wietrzeniach skał.

Mechaniczne warunki pogodowe lub warunki atmosferyczne:

Mechaniczna lub fizyczna wietrzność odnosi się do zmian związanych wyłącznie z formularzem. Z powodu tego rodzaju wietrzenia duże masy stałe mogą pękać na luźne fragmenty o różnej wielkości i kształcie, ale zachowując swój pierwotny skład. Takie procesy, które rozkładają skały bez zmiany ich składu chemicznego nazywane są wietrzeniem fizycznym lub mechanicznym.

Ocieplenie mechaniczne może mieć dwa typy mianowicie. dezintegracja blokowa i rozdrobnienie ziarniste. Dezintegracja blokowa zachodzi w wyniku rozwoju połączeń, które rozbijają masę górską na kilka mniejszych pojedynczych bloków lub fragmentów. Dezintegracja ziarnista zachodzi z powodu utraty kohezji między poszczególnymi cząstkami, powodując, że skała jest niespójna z ziarnistymi kawałkami.

Dezintegracja ziarnista jest ograniczona do gruboziarnistych skał i wpływa na poszczególne skały, takie jak gruboziarniste granity. Dezintegracja blokowa wpływa na skały wszystkich tekstur i jest szczególnie widoczna w delikatniejszych teksturowanych odmianach. Oprócz dezintegracji blokowej i ziarnistej, uderzenie i ścieranie może również spowodować dezintegrację skał.

Wrażliwość fizyczna może być spowodowana:

(i) Różnicowa ekspansja termiczna

(ii) Zmiany temperatury

(iii) Podważanie

(iv) Ścieranie, szlifowanie i uderzenie

(v) Złuszczanie

(vi) Mroźne działanie

(vii) Działanie roślin i zwierząt

(viii) Odciążenie ciśnieniowe

1. Różnicowa rozszerzalność termiczna:

Minerały w skale mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej. Ze względu na wzrost temperatury zostaną ustawione napięcia różnicowe. Doprowadzi to do rozdrobnionego rozdrobnienia minerałów i skał. Ciemno zabarwione minerały mają większy współczynnik absorpcji ciepła niż minerały o jasnych kolorach. Może to również przyczyniać się do powstawania naprężeń, które mogą prowadzić do pęknięć.

2. Warianty temperatur:

Skały są poddawane wielokrotnemu ogrzewaniu i chłodzeniu z powodu dobowej i sezonowej zmiany temperatury. W okresie intensywnego ogrzewania zewnętrzne warstwy masy skalnej rozszerzają się, wprowadzając naprężenia rozciągające. Może to spowodować rozdzielenie równoległe do powierzchni skały. Kiedy występuje znaczny spadek temperatury, materiał w pobliżu powierzchni kurczy się bardziej, co powoduje powstawanie szczelin promieniowych.

3. Podważanie:

Erozja rzek i morza może prowadzić do opadów skalnych i osunięć ziemi, które mogą powodować pękanie skał. Jest to powszechne na wybrzeżu morskim, gdzie następuje usuwanie gliny z leżących poniżej warstw wapienia. Spadek na dużą skalę może również wynikać z erozji wietrznej miękkich pokładów na niższych poziomach, co powoduje, że twarde skały opadają u podnóża klifów.

4. Ścieranie, szlifowanie i uderzenie:

Te trzy operacje zmniejszają rozmiar cząstek. Ścieranie jest typowe dla tarcia o działanie obciążonych gruzem mas lodowych przechodzących nad dnem skalnym. Szlifowanie jest efektem powstawania małych fragmentów, które są zatrzymywane pomiędzy większymi, a które są szlifowane do prawie skalnej mąki. Takie działania są prawdopodobnie wzdłuż kanałów rzecznych i wzdłuż wybrzeży. Uderzenie odnosi się do nagłego zderzenia brył skalnych, które prowadzi do łuszczenia i odpryskiwania tworzących fragmenty.

5. Złuszczanie:

Odnosi się to do złuszczania lub odrywania kolejnych skorup od powierzchni skały. Złuszczanie obserwuje się w gruboziarnistych skałach zawierających skaleń. Kiedy powierzchnia skały staje się mokra, wilgoć wnika w pory i szczeliny między ziarnami minerałów i reaguje ze skaleniem. W wyniku reakcji chemicznej powstaje nowa substancja, mianowicie kaolin, który jest postacią gliny.

Ta glina ma większą objętość niż pierwotnie obecny skaleń. Ta ekspansja pozbywa się otaczających ziaren mineralnych. W wyniku tego działania, cienka skorupa materiału powierzchniowego odpada (zauważ, że jest to proces fizyczny przez zmianę chemiczną). Proces ten powtarza się z powodu kolejnych nawodnień powierzchni skały.

6. Akcja Frost:

Działanie mrozu wynika z kontrastującej własności wody. Wiemy, że większość materiałów rozszerza się po podgrzaniu i kurczeniu podczas chłodzenia. Dotyczy to wody, z wyjątkiem tego, że gdy woda schładza się od 4 ° C do 0 ° C, rozszerza się.

Stopień ekspansji wynosi najczęściej 0 ° C, ponieważ zestala się w lód, a jego objętość wzrasta o 9%. Taka ekspansja wody, która ochładza się i zestala, może wywierać olbrzymie siły powodujące naprężenia wielu tysięcy Newtona na milimetr kwadratowy. Kiedy woda deszczowa, topniejący śnieg lub kondensat przedostają się do jakichkolwiek porów lub szczelin w skałach, gdy temperatura spada poniżej punktu zamarzania, woda przesączająca się do szczelin i porów zmienia się w lód.

Rozszerzający się lód wywiera ogromny nacisk na skałę, zachowując się jak klin, poszerza i rozszerza otwór. Następnie, gdy lód się roztopi, woda wnika głębiej w otwór. Gdy woda zamarza, proces się powtarza. Takie wielokrotne rozmrażanie i zamrażanie wody, czyli działanie szronu, rozbija skałę.

Działanie mrozu jest widoczne, gdy skała pokładowa jest bezpośrednio wystawiona na działanie atmosfery i tam, gdzie występuje wilgoć, a temperatura zmienia się często powyżej i poniżej punktu zamarzania wody.

Takie warunki występują zimą w klimacie umiarkowanym i mogą występować również na szczytach górskich, a także w regionach o wysokiej elewacji wiosną lub jesienią. Temperatury w ciągu dnia wzrastają powyżej punktu zamarzania, powodując stopienie śniegu i lodu, a temperatura spada ponownie poniżej temperatury zamarzania w nocy, powodując efekt szronu.

Z powodu działania mrozu na klify, złamane luźne fragmenty spadają do podstawy klifu. W miarę postępu tego procesu, u podstawy klifu gromadzi się stos fragmentów zwanych stokiem Tallusa. Otwory garnka na drogach w zimnych regionach są spowodowane działaniem mrozu na odsłoniętych nawierzchniach dróg.

7. Działanie na rośliny i zwierzęta:

Skały mogą rozpaść się na mniejsze kawałki przez oddziaływanie na nie przez rośliny i zwierzęta. Kiedy w skale powstają pęknięcia, małe cząstki skał i gleba są spłukiwane przez pęknięcie deszczu lub wiatru. Jeśli ziarno spadnie do takiego pęknięcia, może ono kiełkować i może wyrosnąć, aby stać się rośliną.

Taka roślina może wysyłać swoje korzonki głębiej w skały w poszukiwaniu wody. W miarę jak rosnące korzonki zagęszczają się, dociskają się do boków szczeliny i przez pewien czas mogą przełamać kamień. Korzenie drobnych roślin, takich jak porosty i mchy, wytwarzają rozpuszczający się w skale kwas, który rośnie i rozkłada się, przyspieszając rozkładanie się skał.

Zwierzęta (z wyjątkiem ludzi) również przyczyniają się do wietrzenia skał. Dżdżownice mogą sprowadzać cząsteczki na powierzchnię. Cząstki te są wystawione na działanie atmosfery i poddawane dalszemu rozkładowi. Mrówki, termity, krety i takie kopytne zwierzęta mogą powodować wietrzenie. Utworzone przez nie nory pozwalają przeniknąć powietrze i wodę, powodując starzenie się skał.

Ludzie również przyczynili się do fizycznej pogody. Wydobywanie skał, wydobycie pasów to przykłady działalności człowieka, w której kamienie są łamane. Ponadto takie działania narażają ogromne ilości świeżego kamienia na inne procesy atmosferyczne.

8. Rozładowanie ciśnieniowe (zwolnienie ciśnienia):

Skały uformowane na dużych głębokościach są pod wysokim ciśnieniem. Wywoływane są w nich bardzo wysokie naprężenia ściskające, których nie można uwolnić z powodu ciśnienia.

Pewne siły w ziemi wyrzucają te skały na powierzchnię iw takich sytuacjach ciśnienie jest uwalniane, co prowadzi do ekspansji i uwolnienia stresu. W tym procesie skały tworzą duże pęknięcia lub stawy, w których są słabe. Rozładunek może również nastąpić, gdy bardzo ciężkie lodowce stopnieją i ciśnienie zostanie zwolnione.

Uwaga: Fizyczne wietrzenie naraża duże powierzchnie niezbędne do zajścia chemicznej aktywności.

Chemiczne wietrzenie skał:

Chemiczne wietrzenie jest procesem, w którym skały są niszczone, zmieniając ich skład chemiczny. Większość skał powstaje w środowisku bardzo różnym od środowiska panującego na powierzchni ziemi. Wiele substancji obecnych w atmosferze nie występuje w środowisku, w którym powstają skały.

W związku z tym, gdy minerał skały jest narażony na działanie substancji w atmosferze, zachodzą reakcje chemiczne, w wyniku których powstają nowe związki, których właściwości różnią się od właściwości pierwotnych minerałów. Zmiany te osłabiają strukturę skały iw konsekwencji skała zostaje zerwana przez fizyczne wietrzenie.

Warto zwrócić uwagę na następujące ogólne cechy reakcji chemicznych w kontekście różnych warunków pogodowych.

(i) Reakcje chemiczne mają tendencję do szybszego przebiegu w wyższych temperaturach.

(ii) Aby reakcja przebiegła sprawnie, odczynniki muszą być szybko i łatwo połączone, a produkty muszą zostać usunięte. W przyrodzie woda zwykle dostarcza reagenty na powierzchnie mineralne i spłukuje produkty reakcji.

(iii) Im mniejsze ziarna reagujące, tym szybciej reakcje chemiczne przebiegają do końca. Wszystkie powyższe czynniki odgrywają rolę w procesie chemicznego starzenia. Lokalny klimat kontroluje średnią temperaturę reakcji i dostarczanie wody do reakcji.

Wielkość ziarna reagentów mineralnych zależy w dużej mierze od mechanicznego wietrzenia (dezintegracji) skał, a także od ścierania i pękania podczas transportu. Długość czasu reakcji na warunki atmosferyczne zależy od tempa erozji, a tym samym od szybkości wypiętrzania lub osiadania.

Jeśli erozja lub osadzanie zachodzi szybko, wówczas reakcje atmosferyczne zostaną przerwane, ponieważ osady zostaną zakopane i usunięte z warunków pogodowych; jeśli erozja lub osadzanie zachodzi powoli, wówczas reakcje atmosferyczne mogą trwać dłużej.

Chemiczne wietrzenie powodowane jest głównie przez tlen, dwutlenek węgla i wodę.

1. Utlenianie:

Utlenianie oznacza połączenie tlenu z innymi substancjami. Jest to ważny proces chemicznego wietrzenia. Większość minerałów zawierających żelazo jak magnetyt, pirytowy amfibol. Biotyty łatwo ulegają wpływowi tlenu, z czego bardzo często spotyka się hematyt (Fe 2 O 3 ) i magnetyt (Fe 3 O 4 ).

Obecność wody podczas utleniania może spowodować kolejną reakcję. Można wytworzyć związek żelaza, tlenu i wody zwany getytem. Goetyt ma kolor żółtawobrązowy. W przypadku odwodnienia goetytu powstaje hematyt. Obecność hematytu lub getytu w glebie daje czerwonawy lub żółtobrązowy kolor.

Utlenianie tlenku żelaza w obecności wody:

Odwodnienie getytu:

Utlenianie powoduje niszczenie skały ze względu na następujący efekt. Kiedy tlen łączy się z żelazem, wiązania chemiczne między żelazem i innymi pierwiastkami zostają przerwane, co osłabia strukturę. Nawet aluminium i krzem po poddaniu utlenianiu tworzącemu tlenki mogą ulec osłabieniu w strukturze.

2. Hydration, Hydrolysis, Solution:

Woda obecna na powierzchni ziemi jest ważnym czynnikiem chemicznego starzenia się. Reakcja wody z inną substancją nazywana jest hydratacją.

Przykład: Nawodnienie anhydrytu w celu utworzenia gipsu

Woda może również rozpaść się na jony wodorowe (H +) i jony wodorotlenowe (OH-). Jeśli jony te zastępują jony minerału, reakcję nazywa się hydrolizą. Typowe minerały, które ulegają hydrolizie to skaleń, amfibol i biotyt. Ten proces powoduje pęcznienie i kruszenie do proszku.

Woda może rozpuszczać materię skalną i powodować wietrzenie. Ten proces nazywa się wietrzeniem według rozwiązania. Halit (sól kamienna) i gips to przykłady minerałów rozpuszczalnych w wodzie. Gdy woda powoli rozpuszcza niektóre minerały ze skały, otaczające minerały skalne są wystawione na dalsze wietrzenie.

W niektórych przypadkach struktura skały może zostać osłabiona ze względu na puste przestrzenie, które prowadzą do kruszenia skały. Minerały rozpuszczone w roztworze mogą reagować chemicznie ze sobą tworząc nowe związki. Jeżeli otrzymane związki są nierozpuszczalne w wodzie, mogą się wytrącić.

3. Karbonizacja:

Chemiczne połączenie dwutlenku węgla z inną substancją nazywa się nasycaniem dwutlenkiem węgla. Dwutlenek węgla w stanie gazowym może nie mieć wpływu na skały. Ale gdy dwutlenek węgla wchodzi w kontakt z wodą, powstaje kwas węglowy, który może działać na zwykłe minerały skalne. Na minerały zawierające sód, potas, magnez i wapń wpływa kwas węglowy, który tworzy węglany.

Kalcyt mineralny jest poważnie dotknięty przez kwas węglowy do prawie zniszczenia. Wapień jest całkowicie rozpuszczony przez kwas węglowy obecny w wodzie gruntowej lub deszczowej. Ponieważ woda gruntowa zawierająca kwas węglowy przenika przez skały spiętrzające składające się z kalcytu, powstają spektakularne jaskinie z powodu tworzenia się bardzo dużych otworów.

4. Inny czynnik chemiczny:

Istnieją również inne kwasy oprócz kwasu węglowego, które atakują skały i minerały. Niektóre z tych kwasów powstają podczas rozkładu materii organicznej. Niektóre kwasy są produkowane w postaci produktów odpadowych niektórych roślin i zwierząt. Kwasy te rozpuszczają się w wodzie deszczowej i przenikają przez glebę, docierając do podłoża skalnego i chemicznie działają ze skałą.

Niektóre prymitywne rośliny, takie jak porosty, mogą rosnąć na gołej skale, gdy skała jest mokra i uśpiona, gdy skała jest sucha, wydzielina z porostów powoduje korozję powierzchni skały, rozpuszczając mineralne składniki odżywcze rozluźniające cząstki mineralne. Rozluźnione cząstki mineralne wraz z pyłem gromadzą się w szczelinach skały. Niektóre nasiona mogą dostać się do tych cząstek gleby i prowadzić do dalszego fizycznego wietrzenia.

Działalność człowieka staje się także źródłem kwasów, które mogą powodować skałowanie skał. Mieszkania, samochody, autobusy, ciężarówki itp. Uwalniają do atmosfery duże ilości gazów odlotowych i innych zanieczyszczeń. Wiele z nich, takich jak tlenki azotu i siarki, reaguje chemicznie z wodą, tworząc reaktywne kwasy.

Bakterie mogą również wywierać istotny wpływ na promowanie dezintegracji i rozkładu skał. Niektóre z nich znane są z wydzielania kwasu azotowego, który może działać chemicznie na skały. Mikroskopijne bakterie przenikają do każdej szczeliny wytworzonej przez agresywne atmosfery i przez długi czas powodują dezintegrację skał powierzchniowych, których okres działania ogranicza się do miesięcy letnich.

Zauważono je na skałach o różnym charakterze, takich jak granity, łupki, wapienie, piaskowce, skały wulkaniczne i na wysokich szczytach górskich, a także na niższych poziomach. Donoszono również, że pewna różnorodność mrówek w sposób ciągły wylewa kwas węglowy do ziemi, co prowadzi do wietrzenia.

Niektóre inne gatunki mrówek znane jako saubas lub sauvas żyją w dużych koloniach, kopiąc w ziemi, gdzie wykopują komory z galeriami promieniującymi w każdym kierunku, do których niosą duże ilości liści.

W regionach kompleksów przemysłowych kwasy są w alarmującej ilości. Woda w opadach w tych regionach zawiera znaczne ilości kwasu, a deszcz jest często nazywany kwaśnym deszczem. Skały mogą zostać zwietrzelone i zniszczone przez działanie kwaśnego deszczu. Kwaśne deszcze mogą również rozkładać konstrukcje stworzone przez człowieka i mogą zniszczyć życie roślin i zwierząt.

Formy chemicznego wietrzenia:

1. Warunki atmosferyczne:

To jest inna forma chemicznego wietrzenia. Dzieje się tak, gdy minerały rozpuszczają się w wodzie (wchodzić do roztworu). Dzieje się tak, ponieważ niektóre rodzaje skał łatwo rozpuszczają się w wodzie deszczowej. Zanieczyszczenie roztworem zwykle daje raczej gładkie powierzchnie z wypustkami. Na przykład, miękki kalcyt i gips często wykazują dowód na wietrzenie roztworów.

2. Sferoidalne warunki atmosferyczne:

Sferoidalne wietrzenie odnosi się do zmiany bloków stawowych rocka stopniowo do wewnątrz od ich felg. Obszar krawędzi pęknięć skały jest częściowo lub całkowicie przekształcony w glinę lub inne produkty.

Podczas gdy wewnętrzne obszary skały pozostają stosunkowo świeże i mocne, powierzchnie zewnętrzne poddawane są zróżnicowanym ekspansjom, a materiał w tym obszarze zostaje rozluźniony wzdłuż koncentrycznych połączeń. Powstałe rdzenie różnią się wielkością od głazów po kamyczki. Zostają zaokrąglone przez wietrzenie. Ten typ wietrzenia wynika ze skał narażonych na mechaniczne i chemiczne starzenie.

Najpierw skały dzielą się na stawy. Oddzielone bloki skały ulegają chemicznemu wietrzeniu, w wyniku czego krawędzie i powierzchnie poszczególnych oddzielonych bloków ulegają korozji. W konsekwencji rozdzielone bloki zamieniają się w zaokrąglone głazy.

3. Różnicowanie atmosferyczne:

Często obserwujemy w wielu drogach wycinanych / zrzucanych warstwę skał, które są wszystkie wietrzone z różną szybkością, co sprawia, że ​​plon wygląda jak nierówny stos płaskich skał. Nazywa się to różnicowym wietrzeniem.

Dzieje się tak, gdy na przykład w warstwach odkrywkowych znajduje się więcej niż jeden rodzaj skał, niektóre starożytne środowiska morskie mogą osadzać oddzielne warstwy piasku i mułu, tworząc plon piaskowca i łupka. Przy tych dwóch rodzajach pogody skalnej, wynikiem jest często zróżnicowana wietrzność, w której piaskowce są bardziej odporne na warunki atmosferyczne niż łupki.