ВИВІТРЮВАННЯ: ТИПИ ТА ПРОЦЕСИ - GEOGRAFÍA - 2025

Вивітрювання пробою гірських порід шляхом механічного руйнування і хімічного розкладання. Багато хто утворюється при високих температурах і тиску глибоко в земній корі; Піддаючись низьким температурам і тиску на поверхні та стикаючись з повітрям, водою та організмами, вони розкладаються та руйнуються.

Живі істоти також мають важливу роль у вивітрюванні, оскільки вони впливають на гірські породи та мінерали за допомогою різних біофізичних та біохімічних процесів, більшість з яких детально не відомі.

Чортовий мармур, потріскана погодою скеля, Австралія. Джерело: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg

В основному є три основні типи, через які відбувається вивітрювання; це може бути фізичне, хімічне або біологічне. Кожен з цих варіантів має специфічні характеристики, які по-різному впливають на гірські породи; навіть у деяких випадках може бути поєднання декількох явищ.

Фізичне вивітрювання або

Механічні процеси зводять гірські породи до прогресивно менших фрагментів, що, в свою чергу, збільшує площу поверхні, що піддається хімічній атаці. Основні механічні процеси вивітрювання такі:

- Завантаження.

- Дія морозу.

- Термічне напруження, викликане нагріванням та охолодженням.

- Розширення.

- усадка за рахунок змочування з подальшим висиханням.

- тиск, що виникає при зростанні кристалів солі.

Важливим фактором механічного вивітрювання є втома або повторне генерація напруги, що знижує толерантність до пошкоджень. Результатом втоми є те, що скеля буде руйнуватися при більш низькому рівні напруги, ніж зразок, що не втомлюється.

Завантажити

Коли ерозія видаляє матеріал з поверхні, обмежуючий тиск на підстилаючі породи зменшується. Нижчий тиск дозволяє мінеральним зернам відокремитись далі і створити порожнечі; гірська порода розширюється або розширюється і може розриватися

Наприклад, у гранітних або інших щільних гірських копальнях вивільнення тиску від рудничних розрізів може бути сильним і навіть викликати вибухи.

Купол для ексфоліації в національному парку Йосеміті, США. Джерело: Діліф, від Wikimedia Commons

Заморожування перелому або гелеутворення

Вода, яка займає пори в скелі, при замерзанні розширюється на 9%. Це розширення створює внутрішній тиск, який може спричинити фізичний розпад або руйнування гірської породи.

Гелеутворення - важливий процес у холодних умовах, коли цикли заморожування-відтавання відбуваються постійно.

Фізичне вивітрювання бетонної «керни». Джерело: LepoRello. , із Вікісховища

Цикли нагріву-охолодження (термокластика)

Скелі мають низьку теплопровідність, а це означає, що вони не дуже добре проводять тепло від своїх поверхонь. При нагріванні гірських порід зовнішня поверхня збільшується в температурі набагато більше, ніж внутрішня частина гірської породи. З цієї причини зовнішня частина зазнає більшої дилатації, ніж внутрішня.

Крім того, гірські породи, що складаються з різних кристалів, мають різний нагрівання: кристали з більш темним забарвленням нагріваються швидше і охолоджуються повільніше, ніж легші кристали.

Втома

Ці теплові напруги можуть спричинити розпад гірських порід та утворення величезних пластівців, оболонок та листів. Повторне нагрівання та охолодження створює ефект, який називається втомою, що сприяє тепловому вивітрюванню, який також називається термокластикою.

Взагалі втому можна визначити як вплив різних процесів, що знижують толерантність матеріалу до пошкоджень.

Скальні ваги

Термічне напруження відшаровування або покриття також включає генерацію пластівців. Так само сильна спека, що виникає внаслідок лісових пожеж та ядерних вибухів, може призвести до розпаду гірської породи та врешті-решт розриву.

Наприклад, в Індії та Єгипті вогонь багато років використовувався як інструмент видобутку в кар’єрах. Однак щоденні коливання температури, які зустрічаються навіть у пустелях, значно нижче тих крайнощів, яких досягають місцеві пожежі.

Змочування та висушування

Глинесодержащіе матеріали - такі як грязь і сланці - значно розширюються при намоканні, що може спричинити утворення мікропорушень або мікротріщин або збільшення існуючих тріщин.

Окрім ефекту втоми, цикли розширення та усадки - пов'язані із змочуванням та сушінням - призводять до вивітрювання гірських порід.

Вивітрювання за рахунок росту кристалів солі або галактики

У прибережних та посушливих регіонах кристали солі можуть рости в сольових розчинах, які концентруються випаровуванням води.

Кристалізація солі в проміжках або порах гірських порід створює напруження, які їх розширюють, і це призводить до зернистого розпаду гірської породи. Цей процес відомий як сольове вивітрювання або галактика.

Коли кристали солі, що утворюються в порах породи, нагріваються або насичуються водою, вони розширюються і чинять тиск на довколишні стінки пор; це спричиняє тепловий стрес або гідратаційний стрес (відповідно), що сприяє вивітрюванню скелі.

Хімічне вивітрювання

Цей тип вивітрювання передбачає найрізноманітніші хімічні реакції, які діють разом на безліч різних порід у різних кліматичних умовах.

Це велике різноманіття можна об'єднати в шість основних типів хімічних реакцій (усі вони беруть участь у розкладанні гірської породи), а саме:

- Розчинення.

- Гідратація.

- Окислення та відновлення.

- Карбонація.

- гідроліз.

Розчинення

Мінеральні солі можна розчиняти у воді. Цей процес передбачає дисоціацію молекул на їхні аніони та катіони та гідратацію кожного іона; тобто іони оточують себе молекулами води.

Розчинення зазвичай вважається хімічним процесом, хоча воно не передбачає фактичних хімічних перетворень. Оскільки розчинення є початковим етапом для інших процесів хімічного вивітрювання, воно підпадає під цю категорію.

Розчинення легко повертається назад: коли розчин стає перенасиченим, частина розчиненого матеріалу осаджується у вигляді твердої речовини. Насичений розчин не має здатності розчинятися більш твердим.

Мінерали відрізняються своєю розчинністю і одними з найбільш розчинних у воді є хлориди лужних металів, такі як кам'яна сіль або галіт (NaCl) та калійна сіль (KCl). Ці корисні копалини є лише у дуже посушливому кліматі.

Гіпс ( CaSO ₄ .2H ₂ O) також досить розчинний, в той час як кварц має дуже низьку розчинність.

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

Гідратація

Гідратаційне вивітрювання - це процес, який відбувається, коли мінерали адсорбують молекули води на їх поверхні або поглинають її, включаючи їх у межах своїх кристалічних решіток. Ця додаткова вода створює збільшення об’єму, що може спричинити руйнування гірської породи.

У вологому кліматі середніх широт кольори ґрунту мають помітні зміни: його можна спостерігати від коричневого до жовтуватого. Ці забарвлення викликані гідратацією гематиту червоного оксиду заліза, який перетворюється на оксидний гетит (оксигідроксид заліза).

Поглинання води частинками глини також є формою гідратації, що призводить до розширення її. Потім по мірі висихання глини кірка тріскається.

Окислення та відновлення

Окислення відбувається, коли атом або іон втрачають електрони, збільшуючи свій позитивний заряд або зменшуючи його негативний заряд.

Одна з існуючих реакцій окислення включає поєднання кисню з речовиною. Розчинений кисень у воді є поширеним окислювачем у навколишньому середовищі.

Окислювальний знос в основному впливає на мінерали, що містять залізо, хоча такі елементи, як марганець, сірка та титан, також можуть іржавити.

Реакція на залізо - яка виникає, коли розчинений кисень у воді контактує з мінералами, що містять залізо - така:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e ^-

У цьому виразі e ^- являє собою електрони.

Чорне залізо (Fe ²⁺ ), яке знаходиться в більшості гірсько-мінеральних мінералів, може бути перетворене у його форму заліза (Fe ³⁺ ) шляхом зміни нейтрального заряду кристалічної решітки. Ця зміна іноді змушує її руйнуватися і робить мінерал більш схильним до хімічної атаки.

Карбонація

Карбонація - це утворення карбонатів, які є солями вуглекислоти (H ₂ CO ₃ ). Вуглекислий газ розчиняється в природних водах з утворенням вуглекислоти:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Згодом вуглекисла кислота дисоціює на гідратований іон водню (H ₃ O ⁺ ) та бікарбонатний іон за наступною реакцією:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Вуглекислота атакує мінерали, утворюючи карбонати. Карбонація домінує при вивітрюванні вапняних порід (це вапняки та доломіти); в них головним мінералом є кальцит або карбонат кальцію (CaCO ₃ ).

Кальцит реагує з вуглекислотою, утворюючи кислий карбонат кальцію, Са (HCO ₃ ) _2, який, на відміну від кальциту, легко розчиняється у воді. Ось чому деякі вапняки настільки схильні до розчинення.

Оборотні реакції між вуглекислим газом, водою та карбонатом кальцію є складними. По суті, процес можна узагальнити так:

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

Гідроліз

Взагалі гідроліз - хімічний розпад дії води - є основним процесом хімічного вивітрювання. Вода може руйнуватися, розчинятися або змінювати чутливі первинні мінерали в гірських породах.

У цьому процесі вода, дисоційована на катіони водню (Н ⁺ ) та гідроксильні аніони (ОН ^- ), безпосередньо реагує з силікатними мінералами у гірських породах та ґрунтах.

Іон водню обмінюється з катіоном металу силікатних мінералів, зазвичай калію (K ⁺ ), натрію (Na ⁺ ), кальцію (Ca ^{2 +)} або магнію (Mg ^{2 +} ). Потім вивільнений катіон поєднується з гідроксильним аніоном.

Наприклад, реакція на гідроліз мінералу під назвою ортоклаза, який має хімічну формулу KAlSi ₃ O ₈ , полягає в наступному:

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

Так ортоклаза перетворюється на алюмосилікатну кислоту, HAlSi ₃ O ₈ та гідроксид калію (КОН).

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

Біологічне вивітрювання

Деякі живі організми атакують гірські породи механічно, хімічно або поєднанням механічних та хімічних процесів.

Рослини

Коріння рослин - особливо дерева, які ростуть на плоских скельних грядках - можуть виявити біомеханічний ефект.

Цей біомеханічний ефект виникає у міру зростання кореня, оскільки тиск, який він чинить на навколишнє його середовище, зростає. Це може призвести до руйнування порід кореневого русла.

Біологічна метеоризація. Tetrameles nudiflora росте на руїнах храму в Ангкорі, Камбоджа. Джерело: Дієго Дельсо, delso.photo, ліцензія CC-BY-SA через https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG

Лишайники

Лишайники - це організми, що складаються з двох симбіонтів: гриба (мікобіонт) та водорості, яка, як правило, ціанобактерій (фікобіонт). Про ці організми зафіксовано як колонізатори, які збільшують вивітрювання гірських порід.

Наприклад, було встановлено, що Stereocaulon vesuvianum встановлюється на потоках лави, встигаючи підвищити свою швидкість вивітрювання до 16 разів порівняно з неоколонізованими поверхнями. Ці показники можуть подвоюватися у вологих місцях, наприклад, на Гаваях.

Також було відмічено, що як гинуть лишайники, вони залишають темні плями на скельних поверхнях. Ці плями поглинають більше випромінювання, ніж навколишні світлі ділянки скелі, тим самим сприяючи тепловому вивітрюванню або термокластиці.

Мітілус Едуліс набридлий мідій. Джерело: Andreas Trepte, з Wikimedia Commons

Морські організми

Деякі морські організми вискоблюють поверхню гірських порід і пробивають у них діри, сприяючи зростанню водоростей. До цих пронизливих організмів належать молюски та губки.

Прикладами цього типу організмів є блакитна мідія (Mytilus edulis) і травоїдна черевоногі Cittarium pica.

Лишайник Stereocaulon vesuvianum - це колонізатор, який встановлюється в потоках лави, Канарських островах Фуертевентура та Лансароте Іспанії. Джерело: Lairich Rig через https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg

Хеляція

Хелація - це ще один механізм вивітрювання, який передбачає видалення з гірських порід іонів металів і, зокрема, іонів алюмінію, заліза та марганцю.

Це досягається шляхом зв'язування та секвестрування органічними кислотами (такими як фульвова кислота та гумінова кислота), щоб утворити комплекси розчинних органічних речовин-металів.

При цьому хелативні агенти надходять від продуктів розпаду рослин і виділень з коренів. Хеляція заохочує хімічне вивітрювання та перенесення металів у ґрунт чи гірські породи.

Список літератури

1. Педро, Г. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93–105.
2. Selby, MJ (1993). Матеріали та процеси гірки, 2 вип. Завдяки внеску APW Hodder. Oxford: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Характер і швидкість вивітрювання лишайниками на течії лави на Лансароте. Геоморфологія, 47 (1), 87–94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Томас, MF (1994). Геоморфологія в тропіках: дослідження вивітрювання та денудації в низьких широтах. Чичестер: Джон Вілі та сини.
5. White, WD, Jefferson, GL та Hama, JF (1966) Карст кварциту в південно-східній Венесуелі. Міжнародний журнал спелеології 2, 309–14.
6. Яцу, Е. (1988). Природа вивітрювання: вступ. Токіо: Созоша.