- Fysisk forvitring eller
- Hent
- Frys brud eller gelering
- Opvarmning / afkøling cyklusser (termoklastik)
- Træthed
- Klippevægte
- Befugtning og tørring
- Vejret ved vækst af saltkrystaller eller haloklastik
- Kemisk forvitring
- Opløsning
- Hydration
- Oxidation og reduktion
- karbonatisering
- Hydrolyse
- Biologisk forvitring
- Planter
- laver
- Marine organismer
- Chelat
- Referencer
Den forvitring er nedbrydning af sten ved mekanisk desintegration og kemisk nedbrydning. Mange dannes ved høje temperaturer og tryk dybt i jordskorpen; når de udsættes for lavere temperaturer og tryk på overfladen og støder på luft, vand og organismer, de nedbrydes og brud.
Levende ting har også en indflydelsesrig rolle i forvitring, da de påvirker klipper og mineraler gennem forskellige biofysiske og biokemiske processer, hvoraf de fleste ikke er kendt i detaljer.
Devil's Marbles, en vejrkrakket klippe, Australien. Kilde:
Der er dybest set tre hovedtyper, hvorigennem forvitring finder sted; dette kan være fysisk, kemisk eller biologisk. Hver af disse varianter har specifikke egenskaber, der påvirker klipper på forskellige måder; selv i nogle tilfælde kan der være en kombination af flere fænomener.
Fysisk forvitring eller
Mekaniske processer reducerer klipperne til gradvist mindre fragmenter, hvilket igen øger det overfladeareal, der udsættes for kemisk angreb. De vigtigste mekaniske vejrprocesser er følgende:
- Overførslen.
- Frostens handling.
- Termisk spænding forårsaget af opvarmning og afkøling.
- Udvidelsen.
- Krympning på grund af befugtning med efterfølgende tørring.
- Trykket, der udøves af væksten af saltkrystaller.
En vigtig faktor i mekanisk forvitring er træthed eller gentagen stressgenerering, hvilket mindsker tolerancen for skader. Resultatet af træthed er, at klippen sprækker ved et lavere stressniveau end et ikke-udmattet prøve.
Hent
Når erosion fjerner materiale fra overfladen, falder det begrænsende tryk på de underliggende klipper. Det lavere tryk gør det muligt for mineralkornene at adskille sig yderligere og skabe hulrum; sten ekspanderer eller udvides og kan brud.
F.eks. I granit eller andre tætte stenminer kan trykfrigørelse fra minedrift være voldelig og endda forårsage eksplosioner.
Exfoliation Dome i Yosemite National Park, USA. Kilde: Diliff, fra Wikimedia Commons
Frys brud eller gelering
Vandet, der optager porerne i en klippe, udvides med 9%, når det er frosset. Denne udvidelse genererer internt tryk, der kan forårsage fysisk nedbrydning eller brud på klippen.
Gelering er en vigtig proces i kolde omgivelser, hvor frysetøningscykler konstant forekommer.
Fysisk forvitring af en konkret "varde". Kilde: LepoRello., fra Wikimedia Commons
Opvarmning / afkøling cyklusser (termoklastik)
Bergarter har lav varmeledningsevne, hvilket betyder, at de ikke er gode til at lede varme væk fra deres overflader. Når klipper opvarmes, stiger den ydre overflade i temperaturen meget mere end den indre del af klippen. Af denne grund lider den ydre del af større udvidelser end den interne.
Derudover udviser klipper bestående af forskellige krystaller forskellig opvarmning: krystaller med en mørkere farve opvarmes hurtigere og afkøles langsommere end lettere krystaller.
Træthed
Disse termiske spændinger kan forårsage opløsning af klipper og dannelse af enorme flager, skaller og lag. Gentagen opvarmning og afkøling giver en effekt kaldet træthed, der fremmer termisk forvitring, også kaldet termoklastik.
Generelt kan træthed defineres som virkningen af forskellige processer, der mindsker et materiales tolerance over for skader.
Klippevægte
Termisk stressaffoliering eller folie inkluderer også generering af klippeflager. På samme måde kan den intense varme, der genereres af skovbrande og atomeksplosioner, forårsage, at sten falder fra hinanden og til sidst går i stykker.
F.eks. Blev Indien i Egypten i mange år brugt som et ekstraktionsværktøj i stenbrud. De daglige temperaturudsving, der findes selv i ørkener, ligger dog langt under de ekstreme områder, som lokal brande når.
Befugtning og tørring
Lerholdige materialer - såsom mudstone og skifer - ekspanderer markant ved befugtning, hvilket kan inducere dannelse af mikrofejl eller mikrofrakturer (mikrokrakker) eller udvidelse af eksisterende revner.
Ud over effekten af træthed fører ekspansion og krympningscyklusser - forbundet med befugtning og tørring - til vejrforvitring.
Vejret ved vækst af saltkrystaller eller haloklastik
I kystområder og tørre områder kan saltkrystaller vokse i saltopløsninger, der koncentreres ved fordampning af vandet.
Krystallisationen af salt i mellemrum eller porer i klipperne producerer spændinger, der udvider dem, og dette fører til den granulære opløsning af klippen. Denne proces kaldes saltforvitring eller haloklastik.
Når saltkrystaller, der er dannet inden i klippens porer, opvarmes eller mættes med vand, ekspanderer de og udøver pres mod nærliggende porevægge; dette frembringer henholdsvis varmestress eller hydratiseringsspænding, som begge bidrager til forvitringen af klippen.
Kemisk forvitring
Denne type forvitring involverer en lang række kemiske reaktioner, der virker sammen på mange forskellige klippetyper på tværs af klimaforholdene.
Denne store sort kan grupperes i seks hovedtyper af kemiske reaktioner (alle involveret i nedbrydning af sten), nemlig:
- Opløsning.
- Hydrering.
- Oxidation og reduktion.
- Carbonation.
- Hydrolyse.
Opløsning
Mineralsalte kan opløses i vand. Denne proces involverer dissociation af molekylerne i deres anioner og kationer og hydrering af hver ion; dvs. ionerne omgiver sig med vandmolekyler.
Opløsning betragtes generelt som en kemisk proces, skønt den ikke involverer faktiske kemiske transformationer. Da opløsning opstår som et første trin til andre kemiske vejrprocesser, falder den i denne kategori.
Opløsning vendes let: når opløsningen bliver overmættet, udfældes noget af det opløste materiale som et fast stof. En mættet opløsning har ikke evnen til at opløse mere fast stof.
Mineraler varierer i deres opløselighed, og blandt de mest opløselige i vand er chloriderne af alkalimetallerne, såsom klippesalt eller halit (NaCl) og kaliumsalt (KCI). Disse mineraler findes kun i meget tørre klimaer.
Gips (CaSO 4.2H 2 O) er også ganske opløseligt, mens kvarts har en meget lav opløselighed.
Opløseligheden af mange mineraler afhænger af koncentrationen af frie brintioner (H +) i vandet. H + -ioner måles som pH-værdien, som angiver graden af surhed eller alkalitet af en vandig opløsning.
Hydration
Forvitringsforvitring er en proces, der opstår, når mineraler adsorberer vandmolekyler på deres overflade eller absorberer den, inklusive dem i deres krystalgitter. Dette ekstra vand skaber en stigning i volumen, der kan forårsage, at klippen sprækkes.
I fugtige klimaer i mellembredderne er jordens farver markante variationer: det kan ses fra brunlig til gullig. Disse farvninger er forårsaget af hydratisering af den rødlige jernoxidhematit, der omdannes til en oxidfarvet goethit (jernoxyhydroxid).
Optagelse af vand af lerpartiklerne er også en form for hydrering, der fører til udvidelsen af det samme. Efterhånden som leret tørrer revner skorpen.
Oxidation og reduktion
Oxidation sker, når et atom eller en ion mister elektroner, øger sin positive ladning eller formindsker dens negative ladning.
En af de eksisterende oxidationsreaktioner involverer kombinationen af ilt med et stof. Opløst ilt i vand er et almindeligt oxidationsmiddel i miljøet.
Oxidativ slid påvirker hovedsageligt jernholdige mineraler, skønt elementer som mangan, svovl og titan også kan ruste.
Reaktionen for jern - der opstår, når opløst ilt i vand kommer i kontakt med jernholdige mineraler - er som følger:
4Fe 2+ + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e -
I dette udtryk repræsenterer e - elektroner.
Jernholdigt jern (Fe 2+), der findes i de fleste stendannende mineraler, kan omdannes til dets ferriske form (Fe 3+) ved at ændre den neutrale ladning af krystalgitteret. Denne ændring får undertiden det til at kollapse og gør mineralet mere tilbøjeligt til kemisk angreb.
karbonatisering
Carboniseringen er dannelsen af carbonater, som er saltene af kulsyre (H 2 CO 3). Kuldioxid opløses i naturlige farvande for at danne kullsyre:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Efterfølgende carbonsyrederivater dissocierer til en hydratiseret hydrogenion (H 3 O +) og en bicarbonation, efter følgende reaktion:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
Kulsyre angriber mineraler, der danner carbonater. Kulstofdannelse dominerer forvitringen af kalkholdige klipper (som er kalksten og dolomitter); i disse er hovedmineralet kalsit eller calciumcarbonat (CaCO 3).
Calcite reagerer med kolsyre til dannelse af surt calciumcarbonat, Ca (HCO 3) 2, som i modsætning til kalsit let opløses i vand. Dette er grunden til, at nogle kalksten er så tilbøjelige til opløsning.
De reversible reaktioner mellem kuldioxid, vand og calciumcarbonat er komplekse. I det væsentlige kan processen sammenfattes som følger:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔Ca 2 + + 2HCO 3 -
Hydrolyse
Generelt er hydrolyse - den kemiske nedbrydning ved virkning af vand - den vigtigste proces med kemisk forvitring. Vand kan nedbrydes, opløses eller ændre modtagelige primære mineraler i klipper.
I denne proces reagerer vandet, der er dissocieret i brintkationer (H +), og hydroxylanioner (OH -) direkte med silikatmineraler i klipper og jord.
Hydrogenionen udveksles med en metalkation af silikatmineraler, sædvanligvis kalium (K +), natrium (Na +), calcium (Ca2 +) eller magnesium (Mg 2 +). Den frigjorte kation kombineres derefter med hydroxylanionen.
For eksempel reaktion til hydrolyse af mineral kaldet orthoclase, som har den kemiske formel Kalsi 3 O 8, er følgende:
2KAlSi 3 O 8 + 2H + + 2OH - → 2HAlSi 3 O 8 + 2KOH
Så orthoclase omdannes til aluminosilicic syre, HAlSi 3 O 8, og kaliumhydroxid (KOH).
Denne type reaktion spiller en grundlæggende rolle i dannelsen af nogle karakteristiske relieffer; for eksempel er de involveret i dannelsen af karst-lettelsen.
Biologisk forvitring
Nogle levende organismer angriber sten mekanisk, kemisk eller ved en kombination af mekaniske og kemiske processer.
Planter
Planterødder - især træer, der vokser på flade stenede senge - kan have en biomekanisk effekt.
Denne biomekaniske virkning forekommer, når roden vokser, når det tryk, den udøver på dets omgivende miljø, øges. Dette kan føre til brud på rodbedbunden.
Biologisk meteorisering. Tetrameles nudiflora vokser på en tempelruin i Angkor, Cambodja. Kilde: Diego Delso, delso.photo, CC-BY-SA-licens via
laver
Lav er organismer, der består af to symbionter: en svamp (mycobiont) og en alge, der generelt er cyanobakterier (phycobiont). Disse organismer er rapporteret som kolonisatorer, der øger stenforvitring.
For eksempel har det vist sig, at Stereocaulon vesuvianum er installeret på lavastrømme, hvilket formår at forbedre dens vejrhastighed op til 16 gange sammenlignet med ikke-koloniserede overflader. Disse priser kan fordobles på fugtige steder, såsom på Hawaii.
Det er også blevet bemærket, at når lav dør, efterlader de en mørk plet på klippeoverflader. Disse pletter absorberer mere stråling end de omgivende lysområder på klippen og fremmer således termisk forvitring eller termoklastik.
Mytilus edulis er en klippekedelig musling. Kilde: Andreas Trepte, fra Wikimedia Commons
Marine organismer
Visse marine organismer skraber overfladen af klipper og borede huller i dem, hvilket fremmer alger. Disse gennemborende organismer inkluderer bløddyr og svampe.
Eksempler på denne type organismer er blåmuslingen (Mytilus edulis) og den planteetende gastropod Cittarium pica.
Laven Stereocaulon vesuvianum er en kolonisator, der er installeret i lavastrømme, De Kanariske Øer Fuerteventura og Lanzarote i Spanien. Kilde: Lairich Rig via
Chelat
Chelation er en anden vejrmekanisme, der involverer fjernelse af metalioner og især aluminium, jern og manganioner fra klipper.
Dette opnås ved binding og sekvestrering af organiske syrer (såsom fulvinsyre og huminsyre) til dannelse af opløselige organiske stoffer-metal-komplekser.
I dette tilfælde kommer chelateringsmidlerne fra nedbrydningsprodukter fra planter og sekretioner fra rødderne. Chelation tilskynder til kemisk forvitring og metaloverførsel i jord eller klippe.
Referencer
- Pedro, G. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93-105.
- Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2. udg. Med et bidrag fra APW Hodder. Oxford: Oxford University Press.
- Stretch, R. & Viles, H. (2002). Arten og hastigheden af forvitring af lav på lavastrømme på Lanzarote. Geomorfologi, 47 (1), 87–94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
- Thomas, MF (1994). Geomorfologi i troperne: En undersøgelse af forvitring og denudation i lave breddegrader. Chichester: John Wiley & Sons.
- White, WD, Jefferson, GL og Hama, JF (1966) kvartsitkarst i det sydøstlige Venezuela. International Journal of Speleology 2, 309–14.
- Yatsu, E. (1988). Forvitringens art: en introduktion. Tokyo: Sozosha.