ИЗВЕТРЯВАНЕ: ВИДОВЕ И ПРОЦЕСИ - GEOGRAFÍA - 2025

В изветряне е разграждането на скали чрез механично разпадане и химическо разграждане. Много от тях се образуват при високи температури и налягане дълбоко в земната кора; когато са изложени на по-ниски температури и налягания на повърхността и срещнат въздух, вода и организми, те се разлагат и се разрушават.

Живите същества също имат влиятелна роля при атмосферните влияния, тъй като влияят на скалите и минералите чрез различни биофизични и биохимични процеси, повечето от които не са известни подробно.

Дяволските мрамори, скалирана от времето скала, Австралия. Източник:

Основно има три основни типа, чрез които се извършва изветрянето; това може да бъде физическо, химическо или биологично. Всеки от тези варианти има специфични характеристики, които влияят на скалите по различни начини; дори в някои случаи може да има комбинация от няколко явления.

Физическо изветряне или

Механичните процеси намаляват скалите в прогресивно по-малки фрагменти, което от своя страна увеличава площта, изложена на химическа атака. Основните механични процеси на изветряне са следните:

- Изтеглянето.

- Действието на замръзване.

- Термичен стрес, причинен от нагряване и охлаждане.

- Разширяването.

- Свиване поради намокряне с последващо изсушаване.

- Налягането, упражнявано от нарастването на кристалите на солта.

Важен фактор за механичните атмосферни влияния е умората или многократното генериране на стрес, което намалява поносимостта към повреди. Резултатът от умората е, че скалата ще се счупи при по-ниско ниво на напрежение от образец без умора.

Изтегли

Когато ерозията отстранява материал от повърхността, ограничаващият натиск върху подлежащите скали намалява. По-ниското налягане позволява на минералните зърна да се отделят допълнително и да създават празнини; скалата се разширява или разширява и може да се счупи.

Например, в гранит или други плътни скални мини, освобождаването на налягането от рудници може да бъде насилствено и дори да причини експлозии.

Ексфолиационен купол в Национален парк Йосемити, САЩ. Източник: Дилиф, от Wikimedia Commons

Замразяване на фрактура или желиране

Водата, която заема порите в скалата, при замръзване се разширява с 9%. Това разширение генерира вътрешно налягане, което може да причини физическо разпадане или разрушаване на скалата.

Желирането е важен процес в студена среда, където цикли на замръзване-размразяване се случват постоянно.

Физическо изветряне на бетонен "керн". Източник: LepoRello, от Wikimedia Commons

Цикли на отопление и охлаждане (термокластика)

Скалите имат ниска топлопроводимост, което означава, че те не са добри в провеждането на топлина далеч от повърхностите си. Когато скалите се нагряват, външната повърхност се повишава температурата много повече от вътрешната част на скалата. Поради тази причина външната част търпи по-голяма дилатация от вътрешната.

Освен това скалите, съставени от различни кристали, показват различно нагряване: кристалите с по-тъмно оцветяване се нагряват по-бързо и се охлаждат по-бавно от по-леките кристали.

умора

Тези термични напрежения могат да причинят разпадане на скалите и образуването на огромни люспи, черупки и листове. Многократното нагряване и охлаждане произвежда ефект, наречен умора, който насърчава топлинното изветряне, наричано още термокластика.

Като цяло умората може да се определи като ефект на различни процеси, които намаляват толерантността на материала към повреди.

Скални везни

Ексфолирането или покритието с термично напрежение също включва генерирането на скални люспи. По същия начин, интензивната топлина, генерирана от горски пожари и ядрени експлозии, може да доведе до разпадане на скалата и в крайна сметка да се разпадне.

Например в Индия и Египет огънят се използва от много години като инструмент за добив в кариери. Ежедневните колебания на температурата, които се срещат дори в пустините, са много под крайностите, достигнати от местните пожари.

Намокряне и изсушаване

Съдържащите глина материали - като кал и шисти - се разширяват значително при намокряне, което може да предизвика образуването на микро разломи или микрофрактури (микропукнатини) или разширяването на съществуващите пукнатини.

Освен ефекта на умората, циклите на разширяване и свиване - свързани с намокряне и изсушаване - водят до скални атмосферни влияния.

Изветрянето чрез растеж на солни кристали или халокластия

В крайбрежните и сухите райони солените кристали могат да растат във физиологични разтвори, които се концентрират чрез изпаряване на водата.

Кристализацията на солта в междурелсите или порите на скалите произвежда напрежения, които ги разширяват и това води до гранулирано разпадане на скалата. Този процес е известен като солено изветряне или халокластичност.

Когато кристалите на солта, образувани в порите на скалата, се нагряват или се насищат с вода, те се разширяват и оказват натиск върху близките стени на порите; това предизвиква топлинен стрес или стрес от хидратация (съответно), и двете допринасят за изветрянето на скалата.

Химическо изветряне

Този тип изветряне включва голямо разнообразие от химични реакции, действащи заедно върху много различни видове скали в обхвата на климатичните условия.

Това голямо разнообразие може да бъде групирано в шест основни типа химични реакции (всички участващи в разлагането на скалата), а именно:

- Разтваряне.

- Хидратация.

- Окисляване и редукция.

- Карбонизация.

- Хидролиза.

Разтваряне

Минералните соли могат да бъдат разтворени във вода. Този процес включва дисоциацията на молекулите в техните аниони и катиони и хидратацията на всеки йон; тоест йоните се обграждат с водни молекули.

Разтварянето обикновено се счита за химичен процес, въпреки че не включва действителни химически трансформации. Тъй като разтварянето се случва като начална стъпка за други химически атмосферни процеси, то попада в тази категория.

Разтварянето лесно се обръща: когато разтворът стане пренаситен, част от разтворения материал се утаява като твърдо вещество. Наситеният разтвор няма способността 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 сух климат.

Гипс (CaSO ₄.2H ₂ О) също е доста разтворими, като кварц има много ниска разтворимост.

Разтворимостта на много минерали зависи от концентрацията на свободни водородни йони (H ⁺) във водата. Н ⁺ йони се измерват като рН стойност, която показва степента на киселинност или алкалност на воден разтвор.

Хидратация

Хидратационното изветряне е процес, който се случва, когато минералите адсорбират водни молекули на повърхността им или го абсорбират, включително ги в техните кристални решетки. Тази допълнителна вода създава увеличение на обема, което може да доведе до счупване на скалата.

При влажен климат на средни ширини цветовете на почвата представляват значителни изменения: може да се наблюдава от кафеникаво до жълтеникаво. Тези оцветявания се причиняват от хидратацията на червеникавия железен оксид хематит, който се превръща в окисен цвят гетит (железен оксихидроксид).

Поемането на вода от глинените частици също е форма на хидратация, която води до разширяване на същата. След това, докато глината изсъхва, кора се напуква.

Окисляване и редукция

Окисляването се случва, когато атом или йон губят електрони, увеличавайки положителния си заряд или намалявайки отрицателния си заряд.

Една от съществуващите окислителни реакции включва комбинацията на кислород с вещество. Разтвореният кислород във вода е често окисляващ агент в околната среда.

Окислителното износване засяга главно съдържащи желязо минерали, въпреки че елементи като манган, сяра и титан също могат да ръждясват.

Реакцията на желязо - която се получава, когато разтворен кислород във вода влиза в контакт с минерали, съдържащи желязо - е следната:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e ^-

В този израз e ^- представлява електрони.

Желязото желязо (Fe ²⁺), което се намира в повечето скалнообразуващи минерали, може да бъде превърнато в неговата железна форма (Fe ³⁺) чрез промяна на неутралния заряд на кристалната решетка. Тази промяна понякога го кара да се срине и прави минерала по-податлив на химическа атака.

карбонизация

Карбонирането е образуването на карбонати, които са соли на въглеродна киселина (H ₂ CO ₃). Въглеродният диоксид се разтваря в естествените води и образува въглеродна киселина:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Впоследствие, карбонова киселина дисоциира в хидратирана водородни йони (H ₃ О ⁺) и бикарбонат йон, след следната реакция:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Въглеродната киселина атакува минералите, образуващи карбонати. Карбонирането доминира при изветрянето на варовити скали (които са варовици и доломити); в тях основният минерал е калцит или калциев карбонат (CaCO ₃).

Калцитът реагира с въглеродна киселина до образуване на кисел калциев карбонат, Ca (HCO ₃) _2, който за разлика от калцита се разтваря лесно във вода. Ето защо някои варовици са толкова податливи на разтваряне.

Обратимите реакции между въглероден диоксид, вода и калциев карбонат са сложни. По същество процесът може да се обобщи по следния начин:

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

хидролиза

Като цяло хидролизата - химическият разпад под действието на водата - е основният процес на химическо изветряне. Водата може да разгради, разтвори или модифицира чувствителните първични минерали в скалите.

При този процес водата, дисоциирана във водородни катиони (Н ⁺) и хидроксилни аниони (ОН ^-), реагира директно със силикатни минерали в скали и почви.

Водородният йон се обменя с метален катион на силикатните минерали, обикновено калий (К ⁺), натрий (Na ⁺), калций (Са ^{2 +)} или магнезий (Mg2 ⁺). След това освободеният катион се комбинира с хидроксил аниона.

Например, реакцията на хидролизата на минерала наречен ортоклаз, която има химическата формула Kalsi ₃ O ₈, е както следва:

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

Така ортоклаз се превръща aluminosilicic киселина, HAlSi ₃ O _8, и калиев хидроксид (КОН).

Този тип реакция играе основна роля при формирането на някои характерни релефи; например, те участват във формирането на карстовия релеф.

Биологично изветряне

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 върху плоски скалисти лехи - могат да упражняват биомеханичен ефект.

Този биомеханичен ефект се проявява с растежа на корена, тъй като налягането, упражнявано от него върху заобикалящата го среда, се увеличава. Това може да доведе до счупване на скалите на кореновото дъно.

Биологична метеоризация. Tetrameles nudiflora, растяща върху руина на храма в Ангкор, Камбоджа. Източник: Diego Delso, delso.photo, CC-BY-SA Лиценз чрез

лишеи

Лишеите са организми, изградени от два симбиона: гъбички (микобионт) и водорасли, които обикновено са цианобактерии (фикобионт). Тези организми са докладвани като колонизатори, които увеличават скалното изветряване.

Например, е установено, че Stereocaulon vesuvianum е инсталиран на потоци от лава, като успява да увеличи скоростта си на изветряне до 16 пъти в сравнение с неоколонизирани повърхности. Тези проценти могат да се удвоят на влажни места, като например на Хаваите.

Забелязано е също, че тъй като лишеите умират, те оставят тъмно петно ​​върху скални повърхности. Тези петна поглъщат повече радиация от околните светлинни зони на скалата, като по този начин насърчават термичните атмосферни влияния или термокластиката.

Митилус Едулис е скучно мида. Източник: Andreas Trepte, от Wikimedia Commons

Морски организми

Определени морски организми изстъргват повърхността на скалите и пробиват дупки в тях, насърчавайки растежа на водораслите. Тези пронизващи организми включват мекотели и гъби.

Примери за този тип организми са синята мида (Mytilus edulis) и тревопасните гастроподи Cittarium pica.

Лихенът Stereocaulon vesuvianum е колонизатор, който е инсталиран в потоци от лава, Канарските острови Фуертевентура и Лансароте от Испания. Източник: Lairich Rig чрез

хелацията

Хелацията е друг механизъм за атмосферни влияния, който включва отстраняване на метални йони и по-специално на йони от алуминий, желязо и манган от скали.

Това се постига чрез свързване и секвестриране на органични киселини (като фулвинова киселина и хуминова киселина), за да се образуват разтворими комплекси от органично вещество-метал.

В този случай хелатиращите агенти идват от продуктите на разлагане на растенията и секрети от корените. Хелацията насърчава химическото изветряне и пренасянето на метали в почвата или скалите.

Препратки

1. Педро, Г. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93–105.
2. Селби, MJ (1993). Материали и процеси на Hillslope, 2-ро изд. С принос на APW Hodder. Оксфорд: University of Oxford.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Характерът и скоростта на изветряне от лишеи по течението на лава на Лансароте. Геоморфология, 47 (1), 87–94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Томас, MF (1994). Геоморфология в тропиците: изследване на изветрянето и денудацията в ниските географски ширини. Чичестър: Джон Уайли и синове.
5. White, WD, Jefferson, GL и Hama, JF (1966) Кварцитен карст в югоизточна Венецуела. International Journal of Speleology 2, 309–14.
6. Яцу, Е. (1988). Природата на изветрянето: Въведение. Токио: Созоша.