Метеоризация: видове и процеси
Изветряването е разлагане на скалите чрез механично разпадане и химическо разлагане. Много от тях се образуват при високи температури и налягания дълбоко в земната кора; Когато са изложени на по-ниски температури и налягания на повърхността и се натъкват на въздух, вода и организми, те се разлагат и разрушават.
Живите същества също имат влиятелна роля в изветрянето, тъй като те засягат скали и минерали чрез различни биофизични и биохимични процеси, повечето от които не са известни в детайли.
По принцип съществуват три основни вида, през които се извършва изветряването; Това може да бъде физическо, химическо или биологично. Всеки от тези варианти има специфични характеристики, които засягат скалите по различни начини; дори в някои случаи може да има комбинация от няколко явления.
Физически или механични атмосферни влияния
Механичните процеси намаляват скалите в постепенно по-малки фрагменти, което от своя страна увеличава повърхността, изложена на химическа атака. Основните механични процеси на атмосферни влияния са следните:
- Изтеглянето.
- Действието на замръзване.
- Термично напрежение, причинено от нагряване и охлаждане.
- Разширяването.
- свиването, дължащо се на овлажняване с последващо сушене.
- Натискът, упражняван от растежа на солевите кристали.
Важен фактор при механичните атмосферни влияния е умората или повторното генериране на напрежение, което намалява толеранса към повреди. Резултатът от умората е, че скалата ще се разруши при по-ниско ниво на напрежение от образеца без умора.
изпразване
Когато ерозията премахне материала от повърхността, ограничителният натиск върху подлежащите скали намалява. По-ниското налягане позволява на минералните зърна да разделят повече и да създават кухини; скалата се разширява или разширява и може да се счупи.
Например, в гранитни мини или други гъсти скали, освобождаването на налягане, дължащо се на съкращения за екстракция, може да бъде силно и дори да предизвика експлозии.
Разрушаване чрез замразяване или гелифракция
Водата, която заема порите вътре в скалата се разширява с 9% при замръзване. Това разширяване генерира вътрешно налягане, което може да причини физическо разпадане или счупване на скалата.
Желирането е важен процес в студена среда, където цикли на замръзване и размразяване се появяват постоянно.
Цикли на отопление-охлаждане (термопласт)
Скалите имат ниска топлопроводимост, което означава, че те не са добри при отвеждане на топлината от техните повърхности. При нагряване на скалите външната повърхност увеличава температурата си много повече от вътрешната част на скалата. Поради това, външната част страда повече от дилатация от вътрешната част.
Освен това, скалите, съставени от различни кристали, представляват диференциално нагряване: по-тъмните оцветени кристали се нагряват по-бързо и се охлаждат по-бавно от по-светлите кристали.
умора
Тези термични напрежения могат да причинят разпадането на скалата и образуването на огромни люспи, черупки и листове. Повтарящото се загряване и охлаждане предизвикват ефект, наречен умора, която насърчава термичните атмосферни влияния, наричани още термокастия.
Като цяло умората може да се определи като ефект на няколко процеса, които намаляват толеранса на материала към увреждане.
Скални везни
Ексфолирането или производството на листове чрез термичен стрес включва и генерирането на скални скали. По същия начин интензивната топлина, генерирана от горски пожари и от ядрени експлозии, може да доведе до разпадане на скалите и евентуално до счупване.
Например, в Индия и Египет огънят е бил използван в продължение на много години като инструмент за добив в кариери. Въпреки това, дневните колебания в температурата, открити дори в пустините, са доста под крайностите, достигнати от местните пожари.
Овлажняване и сушене
Материалите, съдържащи глина, като кал и шисти, се разширяват значително при овлажняване, което може да предизвика образуването на микропукнатини или микроразрушения ( микротрещини на английски) или разширяване на съществуващите пукнатини.
В допълнение към ефекта на умора, циклите на разширяване и свиване - свързани с омокрянето и сушенето - водят до изветряне на скалата.
Метеоризация чрез растеж на кристали на сол или халокластия
В крайбрежните и сухите райони солевите кристали могат да растат в солни разтвори, които са концентрирани чрез изпаряване на вода.
Кристализацията на солта в пролуките или порите на скалите създава напрежения, които ги разширяват и това води до гранулирано разпадане на скалата. Този процес е известен като солеви атмосферни условия или халокластии.
Когато кристалите на солта, образувани вътре в порите на скалата, се загряват или наситени с вода, те се разширяват и оказват натиск върху стените на близките пори; това води до термичен стрес или хидратационен стрес (съответно), които допринасят за изветряването на скалите.
Химична метеоризация
Този вид атмосферни влияния включва голямо разнообразие от химични реакции, които действат заедно на много различни видове скали по цялата гама от климатични условия.
Това голямо разнообразие може да бъде групирано в шест вида основни химични реакции (всички участващи в разлагането на скалата), а именно:
- Разтварянето.
- Хидратация.
- Окисляване и редукция.
- Карбонизация.
- Хидролиза.
разтваряне
Минералните соли могат да бъдат разтворени във вода. Този процес включва дисоциация на молекулите в техните аниони и катиони и хидратация на всеки йон; това е, че йоните са заобиколени от водни молекули.
Обикновено разтварянето се счита за химичен процес, въпреки че не включва подходящи химически трансформации. Тъй като разтварянето се случва като начална стъпка за други химически процеси на изветряне, то е включено в тази категория.
Разтворът се обръща лесно: когато разтворът е пренаситен, част от разтворения материал се утаява като твърдо вещество. Наситеният разтвор няма способност да се разтваря по-твърдо.
Минералите се различават по своята разтворимост и сред най-разтворимите във вода са хлоридите на алкалните метали, като каменна сол или халит (NaCl) и калиева сол (KCl). Тези минерали се срещат само в много сухи климати.
Гипсът (CaSO4.2H2O) също е доста разтворим, докато кварцът има много ниска разтворимост.
Разтворимостта на много минерали зависи от концентрацията на свободни водородни йони (Н +) във водата. Йоните H + се измерват като стойността на рН, което показва степента на киселинност или алкалност на водния разтвор.
хидратация
Хидратирането е процес, който се случва, когато минералите абсорбират водни молекули на повърхността си или я абсорбират, включително и в кристалните им решетки. Тази допълнителна вода води до увеличаване на обема, което може да причини разрушаването на скалата.
При влажен климат със средни ширини цветовете на почвата присъстват / показват известни вариации: може да се наблюдава от кафяв цвят до жълтеникав. Тези оцветявания се причиняват от хидратирането на червения железен оксид хематит, който преминава в окисно оцветения гетит (железен оксихидроксид).
Поглъщането на вода от глинестите частици е също така и форма на хидратация, която води до нейното разширяване. След това, докато глината изсъхва, кората се напуква.
Окисляване и редукция
Окисляването настъпва, когато атом или йон загуби електрони, увеличавайки своя положителен заряд или намалявайки отрицателния им заряд.
Една от съществуващите окислителни реакции включва комбинирането на кислород с веществото. Кислородът, разтворен във вода, е обичаен окислител в околната среда.
Износването чрез окисление засяга предимно минералите, които съдържат желязо, въпреки че могат да се окисляват и елементи като манган, сяра и титан.
Реакцията за желязо, която се появява, когато разтворен кислород във водата влезе в контакт с минерали, съдържащи желязо, е както следва:
4Fe2 + + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e-
В този израз e- представлява електроните.
Желязото (Fe2 +), намиращо се в повечето от скално-образуващите минерали, може да се преобразува в фериформа (Fe3 +), като се променя неутралния заряд на кристалната решетка. Тази промяна понякога причинява нейния колапс и прави минерала по-предразположен към химическа атака.
карбонизация
Карбонизацията е образуването на карбонати, които са соли на въглена киселина (Н2СО3). Въглеродният диоксид се разтваря в естествени води до образуване на въглена киселина:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
След това карбоновата киселина се дисоциира в хидратиран водороден йон (Н3О +) и бикарбонатен йон, следвайки следната реакция:
Н2СО3 + Н20 → НСОз + НзО +
Въглеродната киселина атакува минералите, образуващи карбонати. Карбонизацията доминира изветряването на варовикови скали (които са варовици и доломити); в тях основният минерал е калцит или калциев карбонат (CaCO 3 ).
Калцитът реагира с въглена киселина, за да образува калциев карбонат, Ca (HCO 3 ) 2, който, за разлика от калцита, лесно се разтваря във вода. Ето защо някои варовици са толкова склонни към разтваряне.
Обратимите реакции между въглероден диоксид, вода и калциев карбонат са сложни. По същество процесът може да бъде обобщен, както следва:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔ Ca 2 + + 2HCO 3 -
хидролиза
Като цяло, хидролизата - химическото разграждане чрез действие на водата - е основният процес на химическото изветряване. Водата може да се разложи, разтвори или модифицира първичните минерали, податливи на скалите.
В този процес дисоциираната вода в водородните катиони (H +) и хидроксилните аниони (OH-) реагира директно със силикатни минерали в скали и почви.
Водородният йон се заменя с метален катион от силикатни минерали, обикновено калий (К +), натрий (Na +), калций (Са2 +) или магнезий (Mg2 +). След това освободеният катион се комбинира с хидроксилния анион.
Например, реакцията за хидролизата на минерала, наречена ортоклаз, която има химичната формула KAlSi3O8, е както следва:
2KAlSi3O8 + 2H + + 2OH- → 2HAlSi3O8 + 2KOH
Така ортоклазът се превръща в алуминиева киселина, НА1Si3O8 и калиев хидроксид (КОН).
Този тип реакции играят основна роля при формирането на някои характерни релефи; например, те участват във формирането на карстовия релеф.
Биологична метеоризация
Някои живи организми атакуват скалите механично, химически или чрез комбинация от механични и химични процеси.
растения
Корените на растенията - особено тези на дърветата, които растат на плоски скални легла - могат да окажат биомеханичен ефект.
Този биомеханичен ефект се случва, когато коренът расте, защото увеличава натиска, упражняван от него в заобикалящата го среда. Това може да доведе до счупване на скалните скални блокове.
лишеи
Лишайниците са организми, съставени от два симбиона: гъбички (микобионти) и водорасли, които обикновено са цианобактерии (phycobiont). Тези организми са докладвани като колонизатори, които увеличават изветрянето на скалите.
Например, установено е, че Stereocaulon vesuvianum е инсталиран на потоци от лава, като успява да увеличи до 16 пъти скоростта на изветряне в сравнение с неколонизираните повърхности. Тези ставки могат да се удвоят в влажните места, както в Хавайските острови.
Също така е отбелязано, че когато лишайниците умират, те оставят тъмно петно по повърхността на скалата. Тези петна поглъщат повече радиация, отколкото околните ясни зони на скалата, като по този начин насърчават термичните атмосферни влияния или термопласти.
Морски организми
Някои морски организми стърчат повърхността на скалите и ги перфорират, насърчавайки растежа на водораслите. Тези перфориращи организми включват мекотели и гъби.
Примери за такъв тип организми са синята мида ( Mytilus edulis ) и тревопасният гастропод Cittarium pica .
хелатотерапия
Хелатирането е друг механизъм на изветряне, който включва отстраняването на метални йони и по-специално на алуминиеви, желязо и манганови йони от скалите.
Това се постига чрез съединяване и секвестиране от органични киселини (като фулква киселина и хуминова киселина), за да се образуват разтворими комплекси от органични метални вещества.
В този случай хелатообразуващите агенти идват от продуктите на разлагане на растенията и от секретите на корените. Хелацията насърчава химическото изветряване и прехвърлянето на метали в почвата или скалата.
