WIETRZENIE: RODZAJE I PROCESY - GEOGRAFÍA - 2024

Wietrzenia jest rozkład skałach dezintegracji mechanicznej i rozkładu chemicznego. Wiele formuje się w wysokich temperaturach i ciśnieniach głęboko w skorupie ziemskiej; po wystawieniu na działanie niższych temperatur i ciśnień na powierzchni oraz napotkaniu powietrza, wody i organizmów rozkładają się i pękają.

Istoty żywe odgrywają również znaczącą rolę w wietrzeniu, ponieważ wpływają na skały i minerały poprzez różne procesy biofizyczne i biochemiczne, z których większość nie jest szczegółowo znana.

Devil's Marbles, popękana pogoda w Australii. Źródło: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg

Zasadniczo istnieją trzy główne typy, przez które zachodzi wietrzenie; może to być fizyczne, chemiczne lub biologiczne. Każdy z tych wariantów ma określone cechy, które wpływają na skały w różny sposób; nawet w niektórych przypadkach może wystąpić połączenie kilku zjawisk.

Fizyczne warunki atmosferyczne lub

Procesy mechaniczne redukują skały na coraz mniejsze fragmenty, co z kolei zwiększa powierzchnię narażoną na atak chemiczny. Główne procesy starzenia mechanicznego są następujące:

- Pobieranie.

- działanie mrozu.

- Stres termiczny wywołany ogrzewaniem i chłodzeniem

- Ekspansja.

- Skurcz spowodowany zwilżeniem i późniejszym suszeniem.

- Presje wywierane przez wzrost kryształów soli.

Ważnym czynnikiem wpływającym na starzenie mechaniczne jest zmęczenie lub powtarzające się naprężenia, które zmniejszają tolerancję na uszkodzenia. W wyniku zmęczenia skała pęknie przy niższym poziomie naprężenia niż próbka bez zmęczenia.

Pobieranie

Kiedy erozja usuwa materiał z powierzchni, ciśnienie ograniczające działające na skały znajdujące się pod spodem maleje. Niższe ciśnienie umożliwia dalsze oddzielanie ziaren mineralnych i tworzenie pustek; skała rozszerza się lub rozszerza i może pękać.

Na przykład w kopalniach granitu lub innych gęstych skał spadek ciśnienia z wykopów może być gwałtowny, a nawet spowodować wybuchy.

Exfoliation Dome w Parku Narodowym Yosemite, USA. Źródło: Diliff, źródło Wikimedia Commons

Zamrozić pęknięcie lub żelowanie

Woda, która zajmuje pory w skale, rozszerza się o 9% po zamarznięciu. Ta ekspansja generuje ciśnienie wewnętrzne, które może powodować fizyczny rozpad lub pękanie skały.

Żelowanie jest ważnym procesem w zimnych środowiskach, w których stale występują cykle zamrażania i rozmrażania.

Fizyczne wietrzenie betonowego „kopca”. Źródło: LepoRello. , źródło Wikimedia Commons

Cykle grzanie-chłodzenie (termoklastyka)

Skały mają niską przewodność cieplną, co oznacza, że ​​nie radzą sobie dobrze z odprowadzaniem ciepła z ich powierzchni. Gdy skały są podgrzewane, temperatura na powierzchni zewnętrznej wzrasta znacznie bardziej niż wewnętrzna część skały. Z tego powodu zewnętrzna część ulega większemu rozszerzeniu niż wewnętrzna.

Ponadto skały złożone z różnych kryształów wykazują zróżnicowane ogrzewanie: kryształy o ciemniejszym zabarwieniu nagrzewają się szybciej i chłodzą wolniej niż jaśniejsze.

Zmęczenie

Te naprężenia termiczne mogą powodować rozpad skały i tworzenie się ogromnych płatków, skorup i arkuszy. Wielokrotne ogrzewanie i chłodzenie wywołuje efekt zwany zmęczeniem, który sprzyja wietrzeniu termicznemu, zwanemu również termoklastyką.

Ogólnie zmęczenie można zdefiniować jako efekt różnych procesów, które zmniejszają tolerancję materiału na uszkodzenia.

Wagi skalne

Eksfoliacja termiczna lub okładzina obejmuje również tworzenie odłamków skalnych. Podobnie, intensywne ciepło generowane przez pożary lasów i wybuchy nuklearne może spowodować rozpadnięcie się skały i ostatecznie jej pęknięcie.

Na przykład w Indiach i Egipcie ogień był używany przez wiele lat jako narzędzie wydobywcze w kamieniołomach. Jednak dzienne wahania temperatury, występujące nawet na pustyniach, są znacznie poniżej ekstremalnych wartości osiąganych przez lokalne pożary.

Zwilżanie i suszenie

Materiały zawierające glinę - takie jak mułowiec i łupek łupkowy - znacznie rozszerzają się podczas zwilżania, co może powodować powstawanie mikropęknięć lub mikropęknięć (mikropęknięć) lub powiększanie istniejących pęknięć.

Oprócz efektu zmęczenia, cykle rozszerzania i skurczu - związane ze zwilżaniem i suszeniem - prowadzą do wietrzenia skał.

Wietrzenie przez wzrost kryształów soli lub haloklastykę

W regionach przybrzeżnych i suchych kryształy soli mogą rosnąć w roztworach soli, które są skoncentrowane w wyniku parowania wody.

Krystalizacja soli w szczelinach lub porach skał wytwarza naprężenia, które je rozszerzają, co prowadzi do ziarnistego rozpadu skały. Ten proces jest znany jako wietrzenie solankowe lub haloklastyka.

Kiedy kryształy soli utworzone w porach skały są podgrzewane lub nasycane wodą, rozszerzają się i wywierają nacisk na pobliskie ściany porów; powoduje to (odpowiednio) stres cieplny lub naprężenie hydratacyjne, z których oba przyczyniają się do wietrzenia skały.

Wietrzenie chemiczne

Ten rodzaj wietrzenia obejmuje wiele różnych reakcji chemicznych, działających razem na wielu różnych typach skał w różnych warunkach klimatycznych.

Tę wielką różnorodność można podzielić na sześć głównych typów reakcji chemicznych (wszystkie biorą udział w rozkładzie skały), a mianowicie:

- Rozwiązanie.

- Nawilżenie.

- Utlenianie i redukcja.

- Karbonizacja.

- Hydroliza.

Rozpuszczenie

Sole mineralne można rozpuszczać w wodzie. Proces ten obejmuje dysocjację cząsteczek na ich aniony i kationy oraz hydratację każdego jonu; to znaczy jony otaczają się cząsteczkami wody.

Rozpuszczanie jest ogólnie uważane za proces chemiczny, chociaż nie obejmuje faktycznych przemian chemicznych. Ponieważ rozpuszczanie jest początkowym etapem innych chemicznych procesów wietrzenia, należy do tej kategorii.

Rozpuszczanie można łatwo odwrócić: gdy roztwór staje się przesycony, część rozpuszczonego materiału wytrąca się w postaci ciała stałego. Roztwór nasycony nie ma zdolności rozpuszczania większej ilości ciał stałych.

Minerały różnią się rozpuszczalnością, a do najlepiej rozpuszczalnych w wodzie należą chlorki metali alkalicznych, takie jak sól kamienna lub halit (NaCl) i sól potasowa (KCl). Te minerały występują tylko w bardzo suchym klimacie.

Gips ( CaSO ₄ .2H ₂ O) jest również dobrze rozpuszczalny, podczas gdy kwarc ma bardzo niską rozpuszczalność.

Rozpuszczalność wielu minerałów zależy od stężenia wolnych jonów wodoru (H ⁺ ) w wodzie. Jony H ⁺ są mierzone jako wartość pH, która wskazuje stopień kwasowości lub zasadowości roztworu wodnego.

Uwodnienie

Wietrzenie hydracyjne to proces, który zachodzi, gdy minerały adsorbują cząsteczki wody na swojej powierzchni lub ją absorbują, włączając je w swoje sieci krystaliczne. Ta dodatkowa woda powoduje wzrost objętości, który może powodować pękanie skały.

W wilgotnym klimacie na średnich szerokościach geograficznych kolory gleby wykazują znaczne różnice: można je zaobserwować od brązowawego do żółtawego. Te zabarwienia są spowodowane uwodnieniem czerwonawego hematytu tlenku żelaza, który przekształca się w getyt o barwie tlenkowej (tlenowodorotlenek żelaza).

Pobór wody przez cząsteczki gliny jest również formą hydratacji, która prowadzi do jej ekspansji. Następnie, gdy glina wysycha, skorupa pęka.

Utlenianie i redukcja

Utlenianie występuje, gdy atom lub jon traci elektrony, zwiększając swój ładunek dodatni lub zmniejszając ładunek ujemny.

Jedna z istniejących reakcji utleniania polega na połączeniu tlenu z substancją. Tlen rozpuszczony w wodzie jest powszechnym utleniaczem w środowisku.

Zużycie oksydacyjne wpływa głównie na minerały zawierające żelazo, chociaż pierwiastki takie jak mangan, siarka i tytan również mogą rdzewieć.

Reakcja żelaza - która zachodzi, gdy rozpuszczony w wodzie tlen wchodzi w kontakt z minerałami zawierającymi żelazo - jest następująca:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e ^-

W tym wyrażeniu e ^- reprezentuje elektrony.

Żelazo żelazne (Fe ²⁺ ) występujące w większości minerałów tworzących skały można przekształcić w jego formę żelazową (Fe ³⁺ ) poprzez zmianę neutralnego ładunku sieci krystalicznej. Ta zmiana czasami powoduje jego rozpad i sprawia, że ​​minerał jest bardziej podatny na atak chemiczny.

Karbonizacja

Karbonizacja to tworzenie węglanów, które są solami kwasu węglowego (H ₂ CO ₃ ). Dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodach naturalnych, tworząc kwas węglowy:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Następnie kwas węglowy dysocjuje na uwodniony jon wodorowy (H ₃ O ⁺ ) i jon wodorowęglanowy, po następującej reakcji:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Kwas węglowy atakuje minerały tworząc węglany. Karbonizacja dominuje w wietrzeniu skał wapiennych (czyli wapieni i dolomitów); w nich głównym minerałem jest kalcyt lub węglan wapnia (CaCO ₃ ).

Kalcyt reaguje z kwasem węglowym, tworząc kwaśny węglan wapnia, Ca (HCO ₃ ) _2, który w przeciwieństwie do kalcytu łatwo rozpuszcza się w wodzie. Dlatego niektóre wapienie są tak podatne na rozpuszczanie.

Odwracalne reakcje między dwutlenkiem węgla, wodą i węglanem wapnia są złożone. Zasadniczo proces można podsumować w następujący sposób:

CaCO ₃ + H ₂ O + CO ₂ ⇔Ca ₂ + + 2HCO ₃ ^-

Hydroliza

Ogólnie hydroliza - rozkład chemiczny pod wpływem wody - jest głównym procesem wietrzenia chemicznego. Woda może rozkładać, rozpuszczać lub modyfikować wrażliwe pierwotne minerały w skałach.

W tym procesie woda dysocjowana na kationy wodoru (H ⁺ ) i aniony hydroksylowe (OH ^- ) reaguje bezpośrednio z minerałami krzemianowymi w skałach i glebach.

Jon wodorowy jest wymieniany na kation metalu minerałów krzemianowych, zwykle potasu (K ⁺ ), sodu (Na ⁺ ), wapnia (Ca ²⁺⁾ lub magnezu (Mg ²⁺ ). Uwolniony kation łączy się następnie z anionem hydroksylowym.

Na przykład reakcja hydrolizy minerału zwanego ortoklazą, która ma wzór chemiczny KAlSi ₃ O ₈ , jest następująca:

2KAlSi ₃ O ₈ + 2H ⁺ + 2OH ^- → 2HAlSi ₃ O ₈ + 2KOH

Tak więc ortoklaz jest przekształcany w kwas glinokrzemowy, HAlSi ₃ O ₈ i wodorotlenek potasu (KOH).

Ten typ reakcji odgrywa fundamentalną rolę w tworzeniu pewnych charakterystycznych reliefów; na przykład biorą udział w tworzeniu rzeźby krasowej.

Wietrzenie biologiczne

Niektóre organizmy żywe atakują skały mechanicznie, chemicznie lub poprzez połączenie procesów mechanicznych i chemicznych.

Rośliny

Korzenie roślin - zwłaszcza drzew rosnących na płaskich skalistych podłożach - mogą wywierać efekt biomechaniczny.

Ten efekt biomechaniczny pojawia się wraz z rozwojem korzenia, gdy wzrasta nacisk wywierany przez niego na otaczające go środowisko. Może to prowadzić do pękania skał podłoża korzeniowego.

Meteorizacja biologiczna. Tetrameles nudiflora rośnie na ruinach świątyni w Angkor w Kambodży. Źródło: Diego Delso, delso.photo, Licencja CC-BY-SA za pośrednictwem https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG

Porosty

Porosty to organizmy zbudowane z dwóch symbiontów: grzyba (mycobiont) i glonu, który jest ogólnie cyjanobakterią (phycobiont). Organizmy te zostały opisane jako kolonizatory, które zwiększają wietrzenie skał.

Na przykład stwierdzono, że Stereocaulon vesuvianum jest instalowany na strumieniach lawy, dzięki czemu jego tempo wietrzenia wzrasta nawet 16 razy w porównaniu do powierzchni nieskolonizowanych. Stawki te mogą się podwoić w wilgotnych miejscach, takich jak Hawaje.

Zauważono również, że gdy obumierają porosty, pozostawiają ciemną plamę na powierzchniach skał. Plamy te pochłaniają więcej promieniowania niż otaczające jasne obszary skały, co sprzyja wietrzeniu termicznemu lub termoklastyce.

Mytilus edul to nudny omułek. Źródło: Andreas Trepte, źródło Wikimedia Commons

organizmów morskich

Niektóre organizmy morskie drapią powierzchnię skał i wiercą w nich dziury, sprzyjając rozwojowi glonów. Te organizmy przebijające obejmują mięczaki i gąbki.

Przykładami tego typu organizmów są omułek jadalny (Mytilus edulis) i roślinożerny ślimak Cittarium pica.

Liszaj Stereocaulon vesuvianum to kolonizator, który jest instalowany w strumieniach lawy, na Wyspach Kanaryjskich Fuerteventura i Lanzarote w Hiszpanii. Źródło: Lairich Rig via https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg

Chelatacja

Chelatowanie to kolejny mechanizm wietrzenia, który polega na usuwaniu jonów metali, aw szczególności jonów glinu, żelaza i manganu ze skał.

Osiąga się to poprzez wiązanie i sekwestrację kwasów organicznych (takich jak kwas fulwowy i kwas humusowy) w celu utworzenia rozpuszczalnych kompleksów materii organicznej z metalem.

W tym przypadku czynniki chelatujące pochodzą z produktów rozkładu roślin i wydzielin z korzeni. Chelatacja sprzyja chemicznemu wietrzeniu i przenoszeniu metalu w glebie lub skale.

Bibliografia

1. Pedro, G. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93–105.
2. Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2nd edn. Z udziałem APW Hodder. Oxford: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Charakter i tempo wietrzenia porostów na lawy na Lanzarote. Geomorphology, 47 (1), 87–94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas, MF (1994). Geomorphology in the Tropics: A Study of Weathering and Denudation in Low Latitude. Chichester: John Wiley & Sons.
5. White, WD, Jefferson, GL i Hama, JF (1966) Kwarcytowy kras w południowo-wschodniej Wenezueli. International Journal of Speleology 2, 309–14.
6. Yatsu, E. (1988). Natura wietrzenia: wprowadzenie. Tokio: Sozosha.