Utwardzanie powierzchniowe skał

Utwardzanie powierzchniowe jest zjawiskiem wietrzenia polegającym na stwardnieniu powierzchni skały . Powszechnie obserwuje się go w: felsowych skałach alkalicznych, takich jak sjenit nefelinowy , fonolit i trachit ; skały piroklastyczne , jako piroklastyczne osady przepływowe, drobne osady powietrzno-opadowe i wypełniające otwory wentylacyjne osady piroklastyczne; skały osadowe , takie jak piaskowiec i mułowiec .

Zasada utwardzania powierzchniowego

Proces wietrzenia

Wietrzenie chemiczne zmienia skład mineralny powierzchni skały. Rozkład minerałów maficznych i nieprzezroczystych uwalnia jony i koloidy żelaza, magnezu, wapnia i siarki. Zmiana skaleni i skaleni uwalnia koloid krzemionkowy. Materiały te docierają i są transportowane przez wody powierzchniowe. Pozostałości materiałów są wysoce gliniastych i krzemionkowych. Mogły one mieć pewną wytrzymałość mechaniczną minerałów własnych, ale brak spójności. Dlatego fizyczny rozpad skały ma miejsce w celu uformowania powierzchni.

W niektórych przypadkach zwietrzała powierzchnia uzyskuje wytrzymałość mechaniczną wyższą niż podłoże. Otrzymane materiały rozpuszczone w powierzchni infiltrują w zwietrzałą powierzchnię i cementują szczątkowe materiały krzemionkowo-glinowe. Utwardzanie powierzchni za pomocą tego procesu nazywa się utwardzaniem dyfuzyjnym . Fizyczna słabość podłoża w porównaniu z powierzchnią nazywana jest zmiękczaniem rdzenia , czego przykładem jest tonalit w Catavina w Baja California.

Utwardzanie powierzchniowe na alkalicznych skałach felsowych, Nova Iguaçu, stan Rio de Janeiro, Brazylia

Występowanie naturalne

Utwardzanie powierzchniowe zachodzi w różnych typach skał, szczególnie w skałach porowatych, na przykład w piaskowcu, kwarcycie i popiołach wulkanicznych. Efekt cementowania przez krzemionkę obserwowany w piaskowcu i kwarcycie jest wyraźny. Piaskowiec z Doliny Ognia w Nevadzie jest zwykle cementowany kalcytem , ale w niektórych przypadkach stwierdzono również, że minerał boranu wapnia, kolemanit , działa jako cement. Podobne zjawisko obserwuje się w felsowych skałach alkalicznych, takich jak sjenit nefelinowy, sjenit alkaliczny, fonolit i trachit, ze względu na podatność na wietrzenie skalenia nefelinowego i alkalicznego. Utwardzenie powierzchniowe na trachitowych klastach brekcji wulkanicznej wykazuje osobliwe tkaniny.

Marsjański naukowiec Spirit zaobserwował twardnienie powierzchni skały w kraterze meteorytu Gusev. Zjawisko to przypisuje się wietrzeniu za pomocą wód powierzchniowych, co uważa się za dowód istnienia wody w stanie ciekłym w odległej przeszłości na tej planecie.

Dysocjacja minerałów

Na powierzchni skały, w przypadku twardnienia powierzchniowego alkalicznych skał felsowych, wietrzenie selektywnie oddziałuje na niektóre minerały. Nefelin jest bardzo wrażliwy na wietrzenie i zmienia się w natrolit i kankrynit. Na wychodniach powierzchni sjenitu nefelinowego, fonolitu lub gnejsu sjenitowego nefelinowego minerały powstałe w wyniku przekształcenia nefelinowego mają biały kolor na ciemnym, zwietrzałym tle. Po wypłukaniu produktów przemiany nefelinowej na skale tworzą się małe dziury.

Podobne zjawisko zachodzi również przy selektywnej przemianie skalenia alkalicznego. Ten minerał jest bardziej odporny niż nefelin. Jednak woda infiltruje wzdłuż płaszczyzn rozszczepienia, a wietrzenie łatwo postępuje aż do rdzenia mineralnego. Zjawisko to powoduje fizyczny rozpad skalenia alkalicznego. Selektywna eliminacja skalenia nefelinowego i alkalicznego nosi nazwę dysocjacji minerałów . Gdy zjawisko to jest bardzo zaawansowane, zmieniona powierzchnia skały wykazuje strukturę zbliżoną do pęcherzykowej, zwaną strukturą pseudopęcherzykową .

Struktura pseudopęcherzykowa na alkalicznych skałach felsowych, Nova Iguaçu, stan Rio de Janeiro, Brazylia, za Motoki et al. (2007)

^ Dorn, RL 2004. Utwardzanie powierzchniowe. W: Goudie AS Ed. Encyklopedia Geomorfologii, Loutledge, Londyn, 118-119
^ Conca, JL i Rossman, GR 1985. Zmiękczenie rdzenia w Cavernously Weathered Tonalite. Journal of Geology, 93, 59-73
^ Campbell, SW 1999. Wietrzenie chemiczne związane z tafoni w Papago Park, Środkowa Arizona. Proces powierzchni Ziemi i formy terenu, 24, 271-278
^ Conca, JL i Rossman, GR 1982. Utwardzanie powierzchniowe piaskowca. Geologia, 10, 520-523
^ ^a ^b Motoki, A., Soares, R., Lobato, M., Sichel, SE, Aires, JR 2007. Feições intempéricas em rochas alcalinas félsicas de Nova Iguaçu, RJ. Revista Escola de Minas, 60-3, 451-548
^ Farmer, JD 2005. Utwardzanie powierzchniowe skał na Marsie: dowody na procesy wietrzenia za pośrednictwem wody. Streszczenia dorocznego spotkania Geological Society of America, Salt Lake City, artykuł 223-5, CD.

[1] Dorn, RL 2004. Utwardzanie powierzchniowe. W: Goudie AS Ed. Encyklopedia Geomorfologii, Loutledge, Londyn, 118-119

[2] Conca, JL i Rossman, GR 1985. Zmiękczenie rdzenia w Cavernously Weathered Tonalite. Journal of Geology, 93, 59-73

[3] Campbell, SW 1999. Wietrzenie chemiczne związane z tafoni w Papago Park, Środkowa Arizona. Proces powierzchni Ziemi i formy terenu, 24, 271-278

[4] Conca, JL i Rossman, GR 1982. Utwardzanie powierzchniowe piaskowca. Geologia, 10, 520-523

[Motoki2007-5] Motoki, A., Soares, R., Lobato, M., Sichel, SE, Aires, JR 2007. Feições intempéricas em rochas alcalinas félsicas de Nova Iguaçu, RJ. Revista Escola de Minas, 60-3, 451-548

[6] Farmer, JD 2005. Utwardzanie powierzchniowe skał na Marsie: dowody na procesy wietrzenia za pośrednictwem wody. Streszczenia dorocznego spotkania Geological Society of America, Salt Lake City, artykuł 223-5, CD.