Rodzaje i procesy meteorologiczne

The wietrzenie jest to rozkład skał przez mechaniczny rozpad i rozkład chemiczny. Wiele powstaje w wysokich temperaturach i ciśnieniach głęboko w skorupie ziemskiej; narażone na niższe temperatury i ciśnienia na powierzchni i napotykające powietrze, wodę i organizmy, rozkładają się i pękają.

Istoty żywe mają również wpływ na wietrzenie, ponieważ wpływają na skały i minerały poprzez różne procesy biofizyczne i biochemiczne, z których większość nie jest znana szczegółowo..

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

Indeks

• 1 Fizyczne lub mechaniczne wietrzenie
  • 1.1 Pobierz
  • 1.2 Złamanie przez zamrożenie lub żelowanie
  • 1.3 Cykle grzania-chłodzenia (termoklast)
  • 1.4 Zwilżanie i suszenie
  • 1.5 Meteorizacja przez wzrost kryształów soli lub haloklastii
• 2 Meteoryzacja chemiczna
  • 2.1 Rozwiązanie
  • 2.2 Nawodnienie
  • 2.3 Utlenianie i redukcja
  • 2.4 Karbonizacja
  • 2.5 Hydroliza
• 3 Meteorizacja biologiczna
  • 3.1 Rośliny
  • 3.2 Porosty
  • 3.3 Organizmy morskie
  • 3.4 Chelatacja
• 4 odniesienia

Fizyczne wietrzenie lub mechaniczne

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

- Pobierz.

- Działanie mrozu.

- Stres termiczny spowodowany ogrzewaniem i chłodzeniem.

- Rozszerzenie.

- Skurcz z powodu zwilżania z późniejszym suszeniem.

- Ciśnienia wywierane przez wzrost kryształów soli.

Ważnym czynnikiem w mechanicznym wietrzeniu jest zmęczenie lub powtarzające się generowanie naprężeń, które zmniejszają tolerancję na uszkodzenia. Rezultatem zmęczenia jest to, że skała pęknie przy niższym poziomie naprężenia niż próbka bez zmęczenia.

Pobierz

Gdy erozja usuwa materiał z powierzchni, zmniejsza się ciśnienie ograniczające leżące pod nim skały. Niższe ciśnienie pozwala na większe oddzielenie ziaren mineralnych i tworzenie pustych przestrzeni; skała rozszerza się lub rozszerza i może pękać.

Na przykład w kopalniach granitu lub innych gęstych skałach uwolnienie ciśnienia z powodu cięć w celu wydobycia może być gwałtowne, a nawet spowodować wybuchy.

Złamanie przez zamrożenie lub żelowanie

Woda, która zajmuje pory wewnątrz skały, rozszerza się o 9% podczas zamrażania. To rozszerzenie wytwarza wewnętrzne ciśnienie, które może spowodować fizyczny rozpad lub pęknięcie skały.

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

Cykle ogrzewania-chłodzenia (termoklast)

Skały mają niską przewodność cieplną, co oznacza, że ​​nie są dobre w odprowadzaniu ciepła z powierzchni. Gdy skały są ogrzewane, zewnętrzna powierzchnia zwiększa swoją temperaturę znacznie bardziej niż wewnętrzna część skały. Z tego powodu część zewnętrzna jest bardziej rozszerzona niż część wewnętrzna.

Ponadto skały złożone z różnych kryształów charakteryzują się zróżnicowanym ogrzewaniem: ciemniejsze kryształy nagrzewają się szybciej i chłodzą wolniej niż lżejsze kryształy.

Zmęczenie

Te naprężenia termiczne mogą powodować rozpad skały i powstawanie ogromnych łusek, skorup i arkuszy. Powtarzające się ogrzewanie i chłodzenie powodują efekt zwany zmęczeniem, który sprzyja wietrzeniu termicznemu, zwanemu również termoklastią.

Ogólnie rzecz biorąc, zmęczenie można zdefiniować jako efekt kilku procesów, które zmniejszają tolerancję materiału na uszkodzenie.

Łuski skalne

Złuszczanie lub wytwarzanie arkuszy przez naprężenia termiczne obejmuje również generowanie łusek skalnych. Podobnie intensywne ciepło wytwarzane przez pożary lasów i eksplozje jądrowe mogą spowodować rozpad skały i jej pęknięcie.

Na przykład w Indiach i Egipcie przez wiele lat stosowano ogień jako narzędzie wydobywcze w kamieniołomach. Jednak codzienne wahania temperatury, nawet występujące na pustyniach, są znacznie poniżej skrajności osiąganych przez lokalne pożary.

Nawilżanie i suszenie

Materiały zawierające gliny - takie jak muł i łupek - znacznie się rozszerzają po zwilżeniu, co może wywołać powstawanie mikrowłókien lub mikrozłamań (mikropęknięcia w języku angielskim) lub rozszerzenie istniejących pęknięć.

Oprócz efektu zmęczenia, cykle rozszerzania i kurczenia - związane z zwilżaniem i suszeniem - prowadzą do wietrzenia skały.

Meteorizacja przez wzrost kryształów soli lub haloclastii

W regionach przybrzeżnych i suchych kryształy soli mogą rosnąć w roztworach soli, które są zatężane przez odparowanie wody.

Krystalizacja soli w szczelinach lub porach skał powoduje napięcia, które je poszerzają, a to prowadzi do ziarnistego rozpadu skały. Proces ten znany jest jako wietrzenie solne lub haloklastia.

Kiedy kryształy soli utworzone w porach skały są ogrzewane lub nasycane wodą, rozszerzają się i wywierają nacisk na ściany pobliskich porów; powoduje to stres termiczny lub stres hydratacji (odpowiednio), które przyczyniają się do wietrzenia skały.

Meteoryzacja chemiczna

Ten rodzaj wietrzenia obejmuje wiele różnych reakcji chemicznych, które działają razem na wiele różnych rodzajów skał w pełnym zakresie warunków pogodowych.

Ta wielka różnorodność może być zgrupowana w sześć typów głównych reakcji chemicznych (wszystkie zaangażowane w rozkład skały), a mianowicie:

- Rozwiązanie.

- Nawodnienie.

- Utlenianie i redukcja.

- Karbonatyzacja.

- Hydroliza.

Rozwiązanie

Sole mineralne można rozpuścić w wodzie. Proces ten obejmuje dysocjację cząsteczek w ich anionach i kationach oraz uwodnienie każdego jonu; to znaczy jony są otoczone cząsteczkami wody.

Zasadniczo rozpuszczanie jest uważane za proces chemiczny, chociaż nie wymaga odpowiednich przemian chemicznych. Ponieważ rozpuszczanie występuje jako pierwszy etap dla innych chemicznych procesów wietrzenia, jest ono zaliczane do tej kategorii.

Rozwiązanie łatwo się odwraca: gdy roztwór jest przesycony, część rozpuszczonego materiału wytrąca się jako ciało stałe. Nasycony roztwór nie ma zdolności rozpuszczania się w stanie stałym.

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

Plaster (CaSO₄.2H₂O) jest również całkiem rozpuszczalny, podczas gdy kwarc ma bardzo niską rozpuszczalność.

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

Nawodnienie

Wietrzenie uwadniające jest procesem, który zachodzi, gdy minerały adsorbują cząsteczki wody na swojej powierzchni lub pochłaniają ją, w tym także w sieci krystalicznej. Ta dodatkowa woda powoduje wzrost objętości, który może spowodować pęknięcie skały.

W wilgotnych klimatach o średnich szerokościach geograficznych występują kolory ziemi / notoryczne wariacje: można ją zaobserwować od brązowawego koloru do żółtawego. Zabarwienia te są spowodowane hydratacją hematytu czerwonego tlenku żelaza, który przechodzi w getyt w kolorze tlenku (oksywodorotlenek żelaza).

Pobieranie wody przez cząstki gliny jest również formą hydratacji, która prowadzi do jej rozszerzenia. Potem, gdy glina wysycha, pęka kora.

Utlenianie i redukcja

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

Jedna z istniejących reakcji utleniania obejmuje połączenie tlenu z substancją. Tlen rozpuszczony w wodzie jest powszechnym czynnikiem utleniającym w środowisku.

Zużycie na skutek utleniania wpływa głównie na minerały zawierające żelazo, chociaż elementy takie jak mangan, siarka i tytan mogą być również utleniane.

Reakcja na żelazo, która występuje, gdy rozpuszczony tlen w wodzie wchodzi w kontakt z minerałami zawierającymi żelazo, jest następująca:

4Fe²⁺ +  3O₂ → 2Fe₂O₃ + 2e^-

W tym wyrażeniu e^-  reprezentuje elektrony.

Żelazo żelaza (Fe²⁺) znalezione w większości minerałów tworzących skały można przekształcić w ich żelazną formę (Fe³⁺) zmiana neutralnego ładunku sieci krystalicznej. Ta zmiana czasami powoduje jej zapadnięcie się i sprawia, że ​​minerał jest bardziej podatny na atak chemiczny.

Karbonizacja

Karbonizacja to tworzenie węglanów, które są solami kwasu węglowego (H₂CO₃). Dwutlenek węgla rozpuszcza się w naturalnych wodach, tworząc kwas węglowy:

CO₂  + H₂O → H₂CO₃

Następnie kwas węglowy dysocjuje na uwodniony jon wodorowy (H₃O⁺) i jon wodorowęglanowy, zgodnie z następującą reakcją:

H₂CO₃ + H₂O → HCO₃^-  +  H₃O⁺

Kwas węglowy atakuje minerały tworzące węglany. Karbonizacja dominuje w wietrzeniu skał wapiennych (które są wapieniami i dolomitami); w nich głównym minerałem jest kalcyt lub węglan wapnia (CaCO₃).

Kalcyt reaguje z kwasem węglowym, tworząc węglan kwasu wapniowego, 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:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ACa₂+ + 2HCO₃^-

Hydroliza

Ogólnie, hydroliza - rozkład chemiczny przez działanie wody - jest głównym procesem wietrzenia chemicznego. Woda może się rozpadać, rozpuszczać lub modyfikować pierwotne minerały wrażliwe na skały.

W tym procesie woda dysocjuje w kationach wodorowych (H⁺) i aniony hydroksylowe (OH^-) reaguje bezpośrednio z minerałami krzemianowymi w skałach i glebach.

Jon wodorowy jest wymieniany z kationem metalicznym minerałów krzemianowych, zwykle potasu (K⁺), sodu (Na⁺), wapń (Ca^{2 +)} lub magnez (Mg^{2 +}). Następnie uwolniony kation łączy się z anionem hydroksylowym.

Na przykład reakcja hydrolizy minerału zwanego ortoklazem o wzorze chemicznym KAlSi₃O₈, Oto co następuje:

2KAl₃O₈ + 2H⁺ + 2OH^- → 2HAlSi₃O₈ + 2KOH

Tak więc ortoklaz przekształca się w kwas glinokrzemowy, HAlSi₃O₈ i wodorotlenek potasu (KOH).

Ten typ reakcji odgrywa zasadniczą rolę w tworzeniu pewnych charakterystycznych reliefów; na przykład są zaangażowani w tworzenie reliefu krasowego.

Meteorizacja biologiczna

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

Rośliny

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

Ten efekt biomechaniczny występuje, gdy korzeń rośnie, ponieważ zwiększa on nacisk wywierany przez niego w otaczającym go środowisku. Może to prowadzić do złamania skał macierzystych.

Porosty

Porosty to organizmy złożone z dwóch symbiontów: grzyba (mycobiont) i glonów, które zwykle są cyjanobakteriami (fikobiont). Organizmy te zostały zgłoszone jako kolonizatory, które zwiększają wietrzenie skał.

Na przykład stwierdzono, że Stereocaulon vesuvianum jest instalowany na wypływach lawy, zwiększając do 16 razy tempo jego wietrzenia w porównaniu do powierzchni nieskolonizowanych. Stawki te mogą się podwoić w wilgotnych miejscach, jak na Hawajach.

Zauważono również, że kiedy porosty giną, pozostawiają ciemną plamę na powierzchni skały. Plamy te pochłaniają więcej promieniowania niż otaczające czyste obszary skały, co sprzyja wietrzeniu termicznemu lub termoplastyce.

Organizmy morskie

Niektóre organizmy morskie szorują powierzchnię skał i perforują je, promując wzrost glonów. Do tych organizmów przekłuwających należą mięczaki i gąbki.

Przykładami tego typu organizmów są niebieskie małże (Mytilus edulis) i ślimak roślinożerny Cittarium pica.

Chelatacja

Chelatacja to kolejny mechanizm wietrzenia polegający na usuwaniu jonów metali, a zwłaszcza jonów glinu, żelaza i manganu ze skał.

Osiąga się to poprzez połączenie i sekwestrację przez kwasy organiczne (takie jak kwas fulwowy i kwas humusowy), tworząc rozpuszczalne kompleksy materii organiczno-metalowej.

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

Referencje

1. Pedro, G. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93-105.
2. Selby, M. J. (1993). Hillslope Materials and Processes, 2nd edn. Z udziałem A. P. W. Hoddera. Oxford: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Charakter i tempo wietrzenia przez porosty na lawie wypływają na Lanzarote. Geomorfologia, 47 (1), 87-94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas M. F. (1994). Geomorfologia w tropikach: studium wietrzenia i denudacji na niskich szerokościach geograficznych. Chichester: John Wiley & Sons.
5. White, W. D., Jefferson, G. L. i Hama, J. F. (1966) Kras kwarcytowy w południowo-wschodniej Wenezueli. International Journal of Speleology 2, 309-14.
6. Yatsu, E. (1988). Natura wietrzenia: wprowadzenie. Tokio: Sozosha.