CYKLE OSADOWE: CHARAKTERYSTYKA, ETAPY I PRZYKŁADY - GEOGRAFIA - 2026

Te cykle osadowe odnosi się do zestawu etapów, które przechodzą niektórych pierwiastków mineralnych, obecnych w ziemi „s skorupy. Fazy ​​te obejmują sekwencję przekształceń tworzących cykliczne szeregi czasowe, które są powtarzane przez długie okresy.

Są to cykle biogeochemiczne, w których magazynowanie pierwiastka zachodzi głównie w skorupie ziemskiej. Wśród pierwiastków mineralnych podlegających cyklom osadowym są siarka, wapń, potas, fosfor i metale ciężkie.

Cykl litologiczny. 1 = magma; 2 = krystalizacja (chłodzenie skały); 3 = skała magmowa; 4 = erozja; 5 = sedymentacja; 6 = osady i skały osadowe; 7 = tektonika i metamorfizm; 8 = skała metamorficzna; 9 = fuzja. Źródło: Woudloper / Woodwalker

Cykl rozpoczyna się od wystawienia skał zawierających te pierwiastki z głębi skorupy na powierzchnię lub w jej pobliżu. Skały te są następnie poddawane wietrzeniu i procesom erozji pod wpływem czynników atmosferycznych, hydrologicznych i biologicznych.

Zerodowany materiał jest transportowany przez wodę, grawitację lub wiatr w celu późniejszej sedymentacji lub osadzania się materiału mineralnego na podłożu. Te warstwy osadów gromadzą się przez miliony lat i podlegają procesom zagęszczania i cementowania.

W ten sposób następuje litifikacja osadów, czyli ich przekształcenie z powrotem w litą skałę na dużych głębokościach. Ponadto w pośrednich fazach cykli osadowych zachodzi również faza biologiczna polegająca na rozpuszczaniu i wchłanianiu przez organizmy żywe.

W zależności od minerału i okoliczności mogą zostać wchłonięte przez rośliny, bakterie lub zwierzęta, przechodząc do sieci troficznych. Następnie minerały zostaną wydalone lub uwolnione w wyniku śmierci organizmu.

cechy

Cykle osadowe stanowią jeden z trzech typów cykli biogeochemicznych i charakteryzują się tym, że główną matrycą magazynującą jest litosfera. Cykle te mają swoją własną dyscyplinę naukową, zwaną sedymentologią.

Czas cyklu

Cykle sedymentacyjne charakteryzują się tym, że czas potrzebny do ukończenia różnych etapów jest bardzo długi, nawet mierzony w milionach lat. Dzieje się tak, ponieważ te minerały pozostają przez długi czas osadzone w skałach na dużych głębokościach w skorupie ziemskiej.

Etapy cykli osadowych

Ważne jest, aby nie stracić z oczu, że nie jest to cykl, którego etapy są ściśle określone. Niektóre fazy można zamieniać lub prezentować wielokrotnie w trakcie całego procesu.

- Ekspozycja

Skały powstałe na pewnych głębokościach w skorupie ziemskiej podlegają różnym procesom diastroficznym (pęknięcia, fałdy i wzniesienia), które kończą się przenoszeniem ich na powierzchnię lub w jej pobliże. W ten sposób narażone są na działanie czynników środowiskowych, czy to edaficznych, atmosferycznych, hydrologicznych czy biologicznych.

Diastrofizm jest produktem ruchów konwekcyjnych płaszcza Ziemi. Ruchy te generują również zjawiska wulkaniczne, które odsłaniają skały w bardziej dramatyczny sposób.

- Wietrzenie

Po odsłonięciu skała ulega wietrzeniu (rozkładowi skały na mniejsze fragmenty) z lub bez zmian w składzie chemicznym lub mineralogicznym. Wietrzenie jest kluczowym czynnikiem w tworzeniu gleby i może być fizyczne, chemiczne lub biologiczne.

Fizyczny

W tym przypadku czynniki powodujące pękanie skały nie zmieniają jej składu chemicznego, a jedynie zmienne fizyczne, takie jak objętość, gęstość i rozmiar. Jest to spowodowane różnymi czynnikami fizycznymi, takimi jak ciśnienie i temperatura. W pierwszym przypadku zarówno uwolnienie ciśnienia, jak i jego działanie są przyczyną pęknięć skały.

Zwietrzenie. Źródło: Prince Roy, Tajpej

Na przykład, gdy skały wyłaniają się z głębi skorupy, uwalniają ciśnienie, rozszerzają się i pękają. Ze swojej strony sole nagromadzone w pęknięciach wywierają również nacisk podczas rekrystalizacji, pogłębiając pęknięcia.

Ponadto dzienne lub sezonowe wahania temperatury powodują cykle rozszerzania i kurczenia się, które kończą się łamaniem skał.

Chemia

To zmienia skład chemiczny skał w procesie rozpadu, ponieważ działają środki chemiczne. Wśród tych środków chemicznych są tlen, para wodna i dwutlenek węgla.

Powodują różne reakcje chemiczne, które wpływają na spójność skały i przekształcają ją, w tym utlenianie, hydratację, karbonatyzację i rozpuszczanie.

Biologiczny

Czynniki biologiczne działają poprzez połączenie czynników fizycznych i chemicznych, w tym ciśnienia, tarcia i innych. Podczas gdy jako środki chemiczne są wydzieliny kwasów, zasad i innych substancji.

Na przykład rośliny są bardzo skutecznymi środkami wietrzącymi, rozbijającymi skały wraz z ich korzeniami. Dzieje się tak zarówno dzięki fizycznemu działaniu radykalnego wzrostu, jak i wydzielanym przez nie wydzielinom.

- Erozja

Erozja działa zarówno bezpośrednio na skałę, jak i na produkty wietrzenia, w tym uformowaną glebę. Z drugiej strony wiąże się to z transportem zerodowanego materiału, tym samym środkiem powodującym erozję jest środek transportu i może to być zarówno wiatr, jak i woda.

Erozja. Źródło: Carl Wycoff

Obserwuje się również erozję grawitacyjną, gdy na stromych zboczach następuje przemieszczenie materiału i zużycie. W procesie erozyjnym materiał jest rozdrabniany na jeszcze mniejsze cząstki mineralne, podatne na transport na duże odległości.

Wiatr

Erozyjne działanie wiatru jest wywierane zarówno przez opór, jak i zużycie, co z kolei wywiera porywane cząstki na inne powierzchnie.

woda

Erozja wodna działa zarówno na skutek fizycznego oddziaływania wód opadowych lub prądów powierzchniowych, jak i działania chemicznego. Ekstremalnym przykładem erozyjnego wpływu opadów atmosferycznych są kwaśne deszcze, zwłaszcza na skałach wapiennych.

- Transport

Cząsteczki mineralne są przenoszone na duże odległości przez czynniki takie jak woda, wiatr lub grawitacja. Należy wziąć pod uwagę, że każdy środek transportu ma określoną ładowność, pod względem wielkości i ilości cząstek.

Dzięki grawitacji nawet duże, nawet lekko zwietrzałe skały mogą się poruszać, a wiatr przenosi bardzo małe cząsteczki. Ponadto środowisko determinuje odległość, ponieważ grawitacja przenosi duże skały na krótkie odległości, podczas gdy wiatr przenosi małe cząstki na ogromne odległości.

Ze swojej strony woda może przenosić różne rozmiary cząstek, w tym duże skały. Środek ten może przenosić cząstki na krótkie lub bardzo duże odległości, w zależności od natężenia przepływu.

- Sedymentacja i akumulacja

Polega na odkładaniu się transportowanego materiału, na skutek zmniejszenia prędkości środka transportu i grawitacji. W tym sensie może wystąpić sedymentacja rzeczna, pływowa lub sejsmiczna.

Osadzanie. Źródło: Calogerogalati

Ponieważ rzeźba terenu Ziemi składa się z gradientu przechodzącego od maksymalnych wysokości do dna morskiego, w tym miejscu zachodzi największa sedymentacja. Z biegiem czasu warstwy osadu odkładają się jedna na drugiej.

- Solubilizacja, wchłanianie i uwalnianie biologiczne

Gdy dojdzie do wietrzenia materiału skalnego, rozpuszczenie uwolnionych minerałów i ich wchłonięcie przez żywe istoty jest możliwe. Ta absorpcja może być przeprowadzana przez rośliny, bakterie lub nawet bezpośrednio przez zwierzęta.

Rośliny są zjadane przez roślinożerców, a te przez mięsożerców, a wszystko to przez rozkładających się, minerały stają się częścią sieci troficznych. Istnieją również bakterie i grzyby, które bezpośrednio wchłaniają minerały, a nawet zwierzęta, takie jak ary, które zjadają glinę.

- Litifikacja

Cykl kończy faza litifikacji, czyli powstanie nowej skały. Dzieje się tak, gdy minerały osiadają, tworząc kolejne warstwy, które kumulują się wywierając ogromny nacisk.

Warstwy głębiej w skorupie są zagęszczane i cementowane, tworząc litą skałę, a warstwy te ponownie będą poddawane procesom diastroficznym.

Zagęszczanie

W wyniku ciśnienia wywieranego przez warstwy osadu, które piętrzą się w kolejnych fazach sedymentacji, dolne warstwy są zagęszczane. Oznacza to, że pory lub przestrzenie istniejące między cząstkami osadu są zmniejszone lub znikają.

Cementowanie

Proces ten polega na osadzaniu się substancji cementujących między cząstkami. Substancje te, takie jak kalcyt, tlenki, krzemionka i inne, krystalizują i cementują materiał w litą skałę.

Przykłady cykli osadowych

- Cykl osadowy siarki

Siarka jest niezbędnym składnikiem niektórych aminokwasów, takich jak cystyna i metionina, a także witamin, takich jak tiamina i biotyna. Jego cykl osadowy obejmuje fazę gazową.

Minerał ten wchodzi do cyklu z powodu wietrzenia skał (łupków i innych skał osadowych), rozkładu materii organicznej, aktywności wulkanicznej i wkładu przemysłowego. Również górnictwo, wydobycie ropy naftowej i spalanie paliw kopalnych są źródłami siarki w cyklu.

Formy siarki w tych przypadkach to siarczany (SO4) i siarkowodór (H2S); siarczany są zarówno w glebie, jak i rozpuszczone w wodzie. Siarczany są wchłaniane i asymilowane przez rośliny poprzez korzenie i przechodzą do sieci troficznych.

Kiedy organizmy giną, działają bakterie, grzyby i inne czynniki rozkładające, uwalniając siarkę w postaci siarkowodoru, który przedostaje się do atmosfery. Siarkowodór jest szybko utleniany przez zmieszanie z tlenem, tworząc siarczany, które wytrącają się z ziemi.

Bakterie siarkowe

Bakterie beztlenowe działają w osadach bagiennych i ogólnie w rozkładzie materii organicznej. W tych procesach SO4 generuje gazowy H2S, który jest uwalniany do atmosfery.

Kwaśny deszcz

Powstaje dzięki prekursorom, takim jak H2S, emitowanym do atmosfery przez przemysł, bakterie siarkowe i erupcje wulkanów. Te prekursory reagują z parą wodną i tworzą SO4, który następnie wytrąca się.

- Cykl wapniowy osadowy

Wapń znajduje się w skałach osadowych utworzonych na dnie morskim i dnie jezior dzięki udziałowi organizmów zaopatrzonych w wapienne muszle. Podobnie, w wodzie występuje wolny zjonizowany wapń, tak jak w oceanach na głębokościach większych niż 4500 m, gdzie rozpuszcza się węglan wapnia.

Skały bogate w wapń, takie jak między innymi wapień, dolomit i fluoryt, są zwietrzałe i uwalniają wapń. Woda deszczowa rozpuszcza atmosferyczny CO2, w wyniku czego powstaje kwas węglowy, który ułatwia rozpuszczanie wapienia, uwalniając HCO 3– i Ca 2+.

Wapń w tych formach chemicznych jest przenoszony przez wodę deszczową do rzek, jezior i oceanów. Jest to najobficiej występujący w glebie kation, z którego pobierają go rośliny, a zwierzęta pobierają go z roślin lub bezpośrednio rozpuszczają w wodzie.

Wapń jest istotną częścią muszli, egzoszkieletów, kości i zębów, więc kiedy umiera, jest ponownie integrowany ze środowiskiem. W przypadku oceanów i jezior osadza się na dnie, a procesy litifikacji tworzą nowe skały wapienne.

- Cykl osadowy potasu

Potas jest podstawowym pierwiastkiem metabolizmu komórkowego, ponieważ odgrywa istotną rolę w regulacji osmotycznej i fotosyntezie. Potas jest składnikiem minerałów w glebie i skałach, będących glebami gliniastymi bogatymi w ten minerał.

Procesy wietrzenia uwalniają rozpuszczalne w wodzie jony potasu, które mogą być wchłaniane przez korzenie roślin. Ludzie również dodają potas do gleby w ramach praktyk nawożenia upraw.

Poprzez warzywa potas jest rozprowadzany w sieciach troficznych, a następnie przy działaniu rozkładających powraca do gleby.

- Cykl osadowy fosforu

Główne rezerwy fosforu znajdują się w osadach morskich, glebach, skałach fosforanowych i guano (odchodach ptaków morskich). Jego cykl osadowy zaczyna się od skał fosforanowych, które podczas wietrzenia i erozji uwalniają fosforany.

Podobnie, ludzie wprowadzają dodatkowe ilości fosforu do gleby, stosując nawozy lub nawozy. Związki fosforu są przenoszone wraz z resztą osadów przez deszcz do prądów wodnych, a stamtąd do oceanu.

Związki te częściowo osiadają, a inna część jest włączona do morskich sieci pokarmowych. Jedna z pętli cyklu występuje, gdy fosfor rozpuszczony w wodzie morskiej jest konsumowany przez fitoplankton, a to z kolei przez ryby.

Ryby są następnie zjadane przez ptaki morskie, których odchody zawierają duże ilości fosforu (guano). Guano jest używane przez ludzi jako nawóz organiczny do dostarczania fosforu uprawom.

Fosfor pozostający w osadzie morskim podlega procesom litifikacji, tworząc nowe skały fosforanowe.

- Cykl sedymentacyjny metali ciężkich

Metale ciężkie obejmują niektóre, które pełnią podstawowe funkcje dla życia, takie jak żelazo, i inne, które mogą stać się toksyczne, takie jak rtęć. Wśród metali ciężkich znajduje się ponad 50 pierwiastków, takich jak arsen, molibden, nikiel, cynk, miedź i chrom.

Niektóre, na przykład żelazo, występują w dużych ilościach, ale większość tych pierwiastków występuje w stosunkowo niewielkich ilościach. Z drugiej strony w fazie biologicznej cyklu osadowego mogą gromadzić się w żywych tkankach (bioakumulacja).

W tym przypadku, ponieważ nie są one łatwe w utylizacji, ich kumulacja zwiększa się w łańcuchach pokarmowych, powodując poważne problemy zdrowotne.

Źródła

Metale ciężkie pochodzą ze źródeł naturalnych w wyniku wietrzenia skał i erozji gleby. Istnieją również ważne czynniki antropiczne poprzez emisje przemysłowe, spalanie paliw kopalnych i odpadów elektronicznych.

Ogólny cykl osadowy

Ogólnie rzecz biorąc, metale ciężkie podlegają cyklowi sedymentacyjnemu, który rozpoczyna się od ich głównego źródła, którym jest litosfera, i przechodzą przez atmosferę, hydrosferę i biosferę. Procesy wietrzenia uwalniają metale ciężkie do ziemi, a stamtąd mogą zanieczyszczać wodę lub wnikać do atmosfery poprzez niesiony wiatrem pył.

Aktywność wulkaniczna przyczynia się również do emisji metali ciężkich do atmosfery, a deszcz przenosi je z powietrza na ziemię, a stamtąd do zbiorników wodnych. Źródła pośrednie tworzą pętle w cyklu z powodu wspomnianej działalności człowieka i przedostawania się metali ciężkich do sieci pokarmowej.

Bibliografia

1. Calow, P. (red.) (1998). Encyklopedia ekologii i zarządzania środowiskowego.
2. Christopher R. i Fielding, CR (1993). Przegląd najnowszych badań z zakresu sedymentologii rzecznej. Geologia osadowa.
3. Margalef, R. (1974). Ekologia. Wydania Omega.
4. Márquez, A., García, O., Senior, W., Martínez, G., González, A. and Fermín. I. (2012). Metale ciężkie w osadach powierzchniowych rzeki Orinoko, Wenezuela. Biuletyn Instytutu Oceanograficznego Wenezueli.
5. Miller, G. i TYLER, JR (1992). Ekologia i środowisko. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Rovira-Sanroque, JV (2016). Zanieczyszczenie metalami ciężkimi w osadach rzeki Jarama i jej bioasymilacja przez Tubificidae (Annelida: Oligochaeta, Tubificidae). Praca doktorska. Wydział Nauk Biologicznych Uniwersytetu Complutense w Madrycie.
7. Odum, EP i Warrett, GW (2006). Podstawy ekologii. Piąta edycja. Thomson.