Meteorisering: typer og prosesser

Forvitring er nedbrytning av bergarter ved mekanisk forfall og kjemisk nedbrytning. Mange dannes ved høye temperaturer og trykk dypt i jordskorpen; Når de blir utsatt for lavere temperaturer og trykk på overflaten og støter på luft, vann og organismer, dekomponeres og brytes de.

Levende vesener har også en innflytelsesrik rolle i forvitring, siden de påvirker bergarter og mineraler gjennom ulike biofysiske og biokjemiske prosesser, de fleste er ikke kjent i detalj.

I utgangspunktet er det tre hovedtyper gjennom hvilke forvitring finner sted; Dette kan være fysisk, kjemisk eller biologisk. Hver av disse varianter har spesifikke egenskaper som påvirker bergarter på forskjellige måter; selv i noen tilfeller kan det være en kombinasjon av flere fenomener.

Fysisk eller mekanisk forvitring

De mekaniske prosessene reduserer bergarter til gradvis mindre fragmenter, noe som igjen øker overflaten utsatt for kjemisk angrep. De viktigste mekaniske forvitringsprosessene er følgende:

- Nedlastingen.

- Virkningen av frost.

- Termisk stress forårsaket av oppvarming og kjøling.

- Utvidelsen.

- Krymping på grunn av fuktighet med etterfølgende tørking.

- Trykket utøves av veksten av saltkrystaller.

En viktig faktor ved mekanisk forvitring er tretthet eller gjentatt spenning, noe som reduserer toleransen for skade. Resultatet av tretthet er at steinen vil brudd på et lavere stressnivå enn en ikke-utmattet prøve.

utladning

Når erosjon fjerner materialet fra overflaten, reduseres inneslutningstrykket på de underliggende steinene. Det lavere trykket gjør at mineralkornene kan skille mer og lage hulrom; fjellet utvides eller ekspanderer og kan sprekke.

For eksempel, i granittgruver eller andre tette bergarter, kan trykkutløsningen på grunn av kutt for utvinning være voldelig og til og med forårsake eksplosjoner.

Frakt ved frysing eller gelifraksjon

Vannet som opptar porene i en stein, utvides med 9% ved frysing. Denne utvidelsen genererer et internt trykk som kan forårsake den fysiske oppløsningen eller brudd på fjellet.

Gelering er en viktig prosess i kalde miljøer, der det skjer konstant sykluser av frysing og tining.

Varme-kjøling sykluser (termoklast)

Stener har lav termisk ledningsevne, noe som betyr at de ikke er gode til å kjøre varme bort fra overflatene. Når fjellene er oppvarmet, øker den ytre overflaten sin temperatur mye mer enn den indre delen av fjellet. På grunn av dette har den eksterne delen større dilatasjon enn den indre delen.

I tillegg presenterer bergarter som består av forskjellige krystaller en differensiell oppvarming: de mørkere fargede krystallene varmes hurtigere og avkjøler langsommere enn de lettere krystallene.

trøtthet

Disse termiske spenningene kan føre til at fjellet løsner seg og dannelsen av store skalaer, skall og ark. Gjentatt oppvarming og kjøling gir en effekt som kalles tretthet som fremmer termisk forvitring, også kalt termoklasti.

Generelt kan tretthet defineres som effekten av flere prosesser som reduserer toleransen til et materiale som skal skades.

Rock skalaer

Eksfolieringen eller produksjonen av ark ved termisk spenning inkluderer også generering av bergskalaer. På samme måte kan den intense varmen som genereres av skogbranner og ved atomeksploderinger føre til at steinen faller fra hverandre og til slutt bryter.

For eksempel i India og Egypt ble brann brukt i mange år som et utvinningsverktøy i steinbrudd. Imidlertid er de daglige svingninger i temperatur, funnet selv i ørkener, godt under ekstremer som nås av lokale branner.

Fuktighet og tørking

Leireholdige materialer, som mudstone og skifer, utvides betraktelig ved fukting, noe som kan indusere dannelsen av mikroskraper eller mikrofrakturer ( mikroskår på engelsk) eller utvidelse av eksisterende sprekker.

I tillegg til effekten av tretthet, vil ekspansjons- og krympesyklusene - knyttet til fukting og tørking - føre til forvitring av fjellet.

Meteorisering ved vekst av saltkrystaller eller haloklasti

I kystområder og tørre områder kan saltkrystaller vokse i saltløsninger som er konsentrert ved fordampning av vann.

Krystallisasjonen av saltet i interstices eller porene på bergarter gir spenninger som utvider dem, og dette fører til den granulære disintegrasjon av fjellet. Denne prosessen er kjent som saltvannsforurensning eller haloklasti.

Når saltkrystaller dannet inne i steinens porer blir oppvarmet eller mettet med vann, ekspanderer de og utøver trykk mot veggene i nærliggende porene; Dette gir termisk spenning eller hydratiseringsspenning (henholdsvis), noe som bidrar til fjellvann.

Kjemisk meteorisering

Denne typen forvitring innebærer et bredt spekter av kjemiske reaksjoner, som virker sammen på mange forskjellige typer bergarter over hele værforholdene.

Denne store variasjonen kan grupperes i seks typer av hoved kjemiske reaksjoner (alle involvert i nedbrytning av fjellet), nemlig:

- Oppløsningen.

- Hydrering.

- Oksidasjon og reduksjon.

- Karbonering.

- Hydrolyse.

oppløsnings

Mineralsalter kan oppløses i vann. Denne prosessen involverer dissosiasjonen av molekylene i deres anioner og kationer, og hydreringen av hver ion; det vil si at ioner er omgitt av vannmolekyler.

Generelt er oppløsningen betraktet som en kjemisk prosess, selv om den ikke involverer egnede kjemiske transformasjoner. Ettersom oppløsningen oppstår som et innledende trinn for andre kjemiske prosesser av forvitring, er det inkludert i denne kategorien.

Løsningen reverserer enkelt: Når løsningen er overmettet, utfeller en del av det oppløste materialet som et fast stoff. En mettet løsning har ingen evne til å oppløse mer solid.

Mineralene varierer i deres løselighet og blant de mest oppløselige i vann er kloridene av alkalimetaller, som steinsalt eller halit (NaCl) og kaliumsalt (KCl). Disse mineralene finnes bare i svært tørre klima.

Gips (CaSO 4 .2H 2 O) er også ganske løselig, mens kvarts har en meget lav oppløselighet.

Løseligheten av mange mineraler avhenger av konsentrasjonen av frie hydrogenioner (H +) i vannet. H + -ioner blir målt som pH-verdien, som indikerer graden av surhet eller alkalitet i en vandig løsning.

hydrering

Hydrering forvitring er en prosess som oppstår når mineraler adsorberer vannmolekyler på overflaten eller absorberer det, inkludert dem i deres krystallgitter. Denne ekstra vann genererer en økning i volum som kan forårsake brudd på fjellet.

I fuktige klima med middels breddegrad presenterer jordens farger seg / viser beryktede variasjoner: det kan observeres fra den brune fargen til den gulaktige. Disse fargestoffene er forårsaket av hydrering av rødt jernoksidhematitt, som går over til oksid-farget goetitt (jernoksyhydroksid).

Opptaket av vann av leirepartiklene er også en form for hydrering som fører til utvidelsen av den. Da, som leiret tørker, sprekker barken.

Oksidasjon og reduksjon

Oksidasjon oppstår når et atom eller ion taper elektroner, øker sin positive ladning eller reduserer negativ ladning.

En av de eksisterende oksidasjonsreaksjonene innebærer kombinasjonen av oksygen med et stoff. Oksygen oppløst i vann er et vanlig oksidasjonsmiddel i miljøet.

Slitasje ved oksidasjon påvirker hovedsakelig mineralene som inneholder jern, selv om elementer som mangan, svovel og titan også kan oksyderes.

Reaksjonen for jern - som oppstår når oppløst oksygen i vannet kommer i kontakt med jernholdige mineraler - er som følger:

4Fe2 + + 3O2 → 2Fe2O3 + 2e-

I dette uttrykket representerer e-elektronene.

Det jernholdige jernet (Fe2 +) som finnes i de fleste bergdannende mineraler, kan omdannes til sin ferriform (Fe3 +) ved å endre den nøytrale ladningen på krystallgitteret. Denne forandringen forårsaker noen ganger sin sammenbrudd og gjør mineralet mer utsatt for kjemisk angrep.

karbonatisering

Karbonering er dannelsen av karbonater, som er saltene av karbonsyre (H 2 CO 3 ). Kullsyre oppløses i naturlig vann for å danne karbonsyre:

CO 2 + H20 → H2C03

Derefter dissocieres karbonsyren i en hydratisert hydrogenjon (H3O +) og en bikarbonation, etter følgende reaksjon:

H2CO3 + H20 → HCO3 - + H30 +

Karbonsyre angriper mineralene som danner karbonater. Karbonering dominerer forvitringen av kalkholdige bergarter (som er kalkstein og dolomitter); i disse er hovedmineralet kalsitt eller kalsiumkarbonat (CaCO 3 ).

Kalsitt reagerer med karbonsyre for å danne kalsiumsyrekarbonat, Ca (HCO3) 2, som, i motsetning til kalsitt, oppløses lett i vann. Dette er grunnen til at noen limestones er så utsatt for oppløsning.

De reversible reaksjonene mellom karbondioksid, vann og kalsiumkarbonat er komplekse. I hovedsak kan prosessen oppsummeres som følger:

CaCO3 + H20 + CO2 ⇔ Ca2 + + 2HCO3 -

hydrolyse

Generelt er hydrolyse - kjemisk sammenbrudd ved vannbevegelse - den viktigste prosessen med kjemisk forvitring. Vann kan dekomponere, oppløse eller modifisere de primære mineralene som er utsatt for bergarter.

I denne prosessen reagerer det dissosierte vannet i hydrogenkationer (H +) og hydroksylanioner (OH-) direkte med silikatmineraler i bergarter og jord.

Hydrogenionen utveksles med en metallisk kation av silikatmineraler, vanligvis kalium (K +), natrium (Na +), kalsium (Ca2 +) eller magnesium (Mg2 +). Deretter blir den frigjorte kation kombinert med hydroksylanionen.

For eksempel er reaksjonen for hydrolysen av mineralet kalt ortoklas, som har den kjemiske formel KAISi308, som følger:

2KAlSi3O8 + 2H + + 2OH- → 2HAlSi308 + 2KOH

Så blir ortoklasen omdannet til aluminosilinsyre, HAlSi3O8 og kaliumhydroksyd (KOH).

Denne typen reaksjoner spiller en grunnleggende rolle i dannelsen av noen karakteristiske relieffer; for eksempel er de involvert i dannelsen av karstisk lettelse.

Biologisk meteorisering

Noen levende organismer angriper bergarter mekanisk, kjemisk eller ved en kombinasjon av mekaniske og kjemiske prosesser.

planter

Plantens røtter - spesielt de som trer på flat steinete senger - kan utøve en biomekanisk effekt.

Denne biomekaniske effekten skjer når roten vokser, fordi den øker trykket som utøves av det i omgivelsene. Dette kan føre til brudd på rotesengen steinene.

laver

Lichens er organismer som består av to symbionter: en sopp (mycobiont) og en alger som vanligvis er cyanobakterier (phycobiont). Disse organismene er rapportert som kolonisatorer som øker forvitringen av bergarter.

For eksempel har det blitt funnet at Stereocaulon vesuvianum er installert på lavastrømmer, som klarer å øke opptil 16 ganger sin værprosess i forhold til ukoloniserte overflater. Disse prisene kan doble på fuktige steder, som i Hawaii.

Det har også blitt bemerket at når de dør, legger de et mørkt sted på fjellets overflater. Disse stedene absorberer mer stråling enn de omkringliggende klare områdene av fjellet, og fremmer dermed termisk forvitring eller termoklastier.

Marine organismer

Visse marine organismer skraver overflaten av bergarter og perforerer dem, og fremmer veksten av alger. Disse perforerende organismer inkluderer bløtdyr og svamper.

Eksempler på denne typen organismer er den blå blåskjellet ( Mytilus edulis ) og den herbivorøse gastropoden Cittarium pica .

chelation

Chelation er en annen forvitringsmekanisme som innebærer fjerning av metallioner og spesielt av aluminium, jern og manganioner fra bergarter.

Dette oppnås gjennom forening og sekvestrering av organiske syrer (slik som fulvinsyre og huminsyre), for å danne oppløselige komplekser av organisk metall-materiale.

I dette tilfellet kommer chelateringsmidlene fra nedbrytningsproduktene til plantene og fra rotenes sekresjoner. Chelation fremmer kjemisk forvitring og overføring av metaller til jord eller stein.