Zwietrzenie
| Część serii poświęconej |
| geologii |
|---|
|
Wietrzenie to niszczenie skał , gleb i minerałów , a także drewna i materiałów sztucznych w wyniku kontaktu z wodą, gazami atmosferycznymi i organizmami biologicznymi. Wietrzenie zachodzi in situ (na miejscu, z niewielkim ruchem lub bez ruchu), a więc różni się od erozji , która obejmuje transport skał i minerałów przez czynniki takie jak woda , lód , śnieg , wiatr , fale i grawitacja .
Procesy wietrzenia dzielimy na wietrzenie fizyczne i chemiczne . Fizyczne wietrzenie obejmuje rozpad skał i gleb w wyniku mechanicznego działania ciepła, wody, lodu lub innych czynników. Chemiczne wietrzenie obejmuje reakcję chemiczną wody, gazów atmosferycznych i biologicznie produkowanych chemikaliów ze skałami i glebą. Woda jest głównym czynnikiem odpowiedzialnym za wietrzenie zarówno fizyczne, jak i chemiczne, chociaż tlen atmosferyczny i dwutlenek węgla oraz aktywność organizmów biologicznych są również ważne. Wietrzenie chemiczne w wyniku działania biologicznego jest również znane jako wietrzenie biologiczne.
Materiały pozostałe po rozpadzie skały łączą się z materiałem organicznym, tworząc glebę . Wiele form ukształtowania terenu i krajobrazów na Ziemi jest wynikiem procesów wietrzenia połączonych z erozją i ponownym osadzaniem się. Wietrzenie jest kluczową częścią cyklu skalnego , a skały osadowe , utworzone z produktów wietrzenia starszych skał, pokrywają 66% kontynentów Ziemi i znaczną część dna oceanów .
Wietrzenie fizyczne
Wietrzenie fizyczne , zwane także wietrzeniem mechanicznym lub dezagregacją , to klasa procesów, które powodują rozpad skał bez zmian chemicznych. Wietrzenie fizyczne obejmuje rozpad skał na mniejsze fragmenty poprzez procesy takie jak rozszerzanie i kurczenie się, głównie z powodu zmian temperatury. Dwa rodzaje rozpadu fizycznego to wietrzenie w wyniku zamrażania i rozmrażania oraz pękanie termiczne. Uwolnienie ciśnienia może również spowodować starzenie się bez zmiany temperatury. Jest to zwykle znacznie mniej ważne niż wietrzenie chemiczne, ale może mieć znaczenie w środowiskach subarktycznych lub alpejskich. Ponadto wietrzenie chemiczne i fizyczne często idą w parze. Na przykład pęknięcia rozszerzone przez fizyczne wietrzenie zwiększą powierzchnię narażoną na działanie chemiczne, zwiększając w ten sposób szybkość rozpadu.
Wietrzenie mrozowe jest najważniejszą formą wietrzenia fizycznego. Następne w kolejności jest zaklinowanie przez korzenie roślin, które czasami wnikają w szczeliny skał i je rozrywają. Zagrzebywanie się robaków lub innych zwierząt może również pomóc w rozpadzie skały, podobnie jak „skubanie” przez porosty.
Wietrzenie mrozem
Wietrzenie mrozowe to zbiorcza nazwa tych form wietrzenia fizycznego, które są spowodowane tworzeniem się lodu w wychodniach skalnych. Od dawna uważano, że najważniejszym z nich jest klinowanie mrozowe , które wynika z rozszerzania się porów wody podczas jej zamarzania. Jednak coraz więcej prac teoretycznych i eksperymentalnych sugeruje, że segregacja lodu , w której przechłodzona woda migruje do soczewek lodu tworzących się w skale.
Gdy woda zamarza, jej objętość wzrasta o 9,2%. Ta ekspansja może teoretycznie generować ciśnienia większe niż 200 megapaskali (29 000 psi), chociaż bardziej realistyczna górna granica to 14 megapaskali (2000 psi). To wciąż znacznie więcej niż wytrzymałość granitu na rozciąganie, która wynosi około 4 megapaskali (580 psi). To sprawia, że klinowanie mrozu, w którym woda w porach zamarza, a jej rozszerzanie objętościowe pęka otaczającą skałę, wydaje się być prawdopodobnym mechanizmem wietrzenia mrozem. Jednak lód po prostu rozszerzy się z prostego, otwartego pęknięcia, zanim będzie mógł wytworzyć znaczne ciśnienie. Zatem zaklinowanie mrozowe może mieć miejsce tylko w małych, krętych pęknięciach. Skała musi być również prawie całkowicie nasycona wodą, w przeciwnym razie lód po prostu rozszerzy się w przestrzenie powietrzne w nienasyconej skale bez wytwarzania dużego ciśnienia. Warunki te są na tyle niezwykłe, że klinowanie mrozowe raczej nie będzie dominującym procesem wietrzenia mrozowego. Klinowanie mrozowe jest najskuteczniejsze tam, gdzie występują dzienne cykle topnienia i zamrażania skał nasyconych wodą, więc jest mało prawdopodobne, aby miało to znaczenie w tropikach, w regionach polarnych lub w suchym klimacie.
Segregacja lodu jest słabiej scharakteryzowanym mechanizmem fizycznego wietrzenia. Dzieje się tak, ponieważ ziarna lodu zawsze mają warstwę powierzchniową, często o grubości zaledwie kilku cząsteczek, która bardziej przypomina ciekłą wodę niż stały lód, nawet w temperaturach znacznie poniżej punktu zamarzania. Ta wstępnie stopiona warstwa cieczy ma niezwykłe właściwości, w tym silną tendencję do wciągania wody przez działanie kapilarne z cieplejszych części skały. Powoduje to wzrost ziarna lodu, który wywiera znaczny nacisk na otaczającą skałę, nawet dziesięciokrotnie większy niż jest to prawdopodobne w przypadku zaklinowania się mrozu. Ten mechanizm jest najbardziej skuteczny w skale, której średnia temperatura jest tuż poniżej punktu zamarzania, od -4 do -15 ° C (25 do 5 ° F). Segregacja lodu powoduje wzrost igieł lodowych i soczewek lodowych w szczelinach skały i równolegle do powierzchni skały, które stopniowo rozrywają skałę.
Naprężenia termiczne
Wietrzenie spowodowane naprężeniami termicznymi wynika z rozszerzania się i kurczenia skał w wyniku zmian temperatury. Wietrzenie pod wpływem naprężeń termicznych jest najskuteczniejsze, gdy ogrzana część skały jest podparta przez otaczającą skałę, dzięki czemu może się swobodnie rozszerzać tylko w jednym kierunku.
Wietrzenie pod wpływem naprężeń termicznych obejmuje dwa główne typy: szok termiczny i zmęczenie cieplne . Szok termiczny ma miejsce, gdy naprężenia są tak duże, że skała natychmiast pęka, ale zdarza się to rzadko. Bardziej typowe jest zmęczenie termiczne, w którym naprężenia nie są wystarczająco duże, aby spowodować natychmiastowe zniszczenie skały, ale powtarzające się cykle naprężeń i uwalniania stopniowo osłabiają skałę.
Wietrzenie spowodowane stresem termicznym jest ważnym mechanizmem na pustyniach , gdzie występuje duży dzienny zakres temperatur, gorący w dzień i zimny w nocy. W rezultacie wietrzenie spowodowane naprężeniami termicznymi jest czasami nazywane wietrzeniem nasłonecznienia , ale jest to mylące. Wietrzenie spowodowane stresem termicznym może być spowodowane każdą dużą zmianą temperatury, a nie tylko intensywnym ogrzewaniem słonecznym. Jest prawdopodobnie równie ważny w zimnym klimacie, jak w gorącym, suchym klimacie. Pożary mogą być również istotną przyczyną szybkiego wietrzenia spowodowanego stresem termicznym.
Geolodzy od dawna bagatelizują znaczenie wietrzenia spowodowanego stresem termicznym, opierając się na eksperymentach z początku XX wieku, które zdawały się wykazywać, że jego skutki były nieistotne. Od tego czasu eksperymenty te były krytykowane jako nierealne, ponieważ próbki skał były małe, wypolerowane (co zmniejsza zarodkowanie pęknięć) i nie były wzmocnione. Te małe próbki mogły zatem swobodnie rozszerzać się we wszystkich kierunkach po podgrzaniu w eksperymentalnych piecach, które nie wytworzyły rodzajów naprężeń, które są prawdopodobne w warunkach naturalnych. Eksperymenty były również bardziej wrażliwe na szok termiczny niż zmęczenie termiczne, ale zmęczenie termiczne jest prawdopodobnie ważniejszym mechanizmem w przyrodzie. Geomorfolodzy zaczęli ponownie podkreślać znaczenie wietrzenia spowodowanego stresem termicznym, szczególnie w zimnym klimacie.
Zwolnienie ciśnienia
Uwolnienie ciśnienia lub odciążenie jest formą fizycznego wietrzenia obserwowanego podczas ekshumacji głęboko zakopanej skały . Natrętne skały magmowe, takie jak granit , powstają głęboko pod powierzchnią Ziemi. Są pod ogromną presją ze względu na leżący nad nimi materiał skalny. Kiedy erozja usuwa leżący powyżej materiał skalny, te natrętne skały są odsłonięte, a nacisk na nie zostaje zwolniony. Zewnętrzne części skał mają wtedy tendencję do rozszerzania się. Ekspansja tworzy naprężenia, które powodują powstawanie pęknięć równoległych do powierzchni skały. Z biegiem czasu arkusze skał odrywają się od odsłoniętych skał wzdłuż pęknięć w procesie znanym jako złuszczanie . Złuszczanie spowodowane uwolnieniem nacisku jest również znane jako arkusze .
Podobnie jak w przypadku wietrzenia termicznego, uwalnianie ciśnienia jest najskuteczniejsze w skale wzmocnionej przyporami. Tutaj różnicowe naprężenia skierowane na powierzchnię bez podpór mogą sięgać nawet 35 megapaskali (5100 psi), wystarczająco łatwo, aby rozbić skałę. Mechanizm ten odpowiada również za odpryskiwanie w kopalniach i kamieniołomach oraz za powstawanie spoin w wychodniach skalnych.
Cofanie się leżącego powyżej lodowca może również prowadzić do złuszczania z powodu uwolnienia ciśnienia. Można to poprawić za pomocą innych fizycznych mechanizmów noszenia.
Wzrost kryształów soli
Krystalizacja soli (znana również jako wietrzenie solne , zaklinowanie soli lub haloklasty ) powoduje rozpad skał, gdy roztwory soli przedostają się do pęknięć i spoin w skałach i odparowują, pozostawiając za sobą kryształy soli . Podobnie jak w przypadku segregacji lodu, powierzchnie ziaren soli wciągają dodatkowe rozpuszczone sole poprzez działanie kapilarne, powodując wzrost soczewek solnych, które wywierają duży nacisk na otaczającą skałę. Sole sodu i magnezu są najskuteczniejsze w wywoływaniu wietrzenia solnego. Wietrzenie solne może mieć również miejsce, gdy piryt w skale osadowej jest chemicznie wietrzony do siarczanu żelaza (II) i gipsu , które następnie krystalizują jako soczewki solne.
Krystalizacja soli może mieć miejsce wszędzie tam, gdzie sole są zagęszczane przez odparowanie. Jest to zatem najbardziej powszechne w suchym klimacie, gdzie silne ogrzewanie powoduje silne parowanie i wzdłuż wybrzeży. Wietrzenie solne jest prawdopodobnie ważne w tworzeniu tafoni , klasy jamistych skalnych struktur wietrzenia.
Biologiczne skutki wietrzenia mechanicznego
Organizmy żywe mogą przyczyniać się do wietrzenia mechanicznego, a także wietrzenia chemicznego (patrz § Wietrzenie biologiczne poniżej). Porosty i mchy rosną na zasadniczo nagich powierzchniach skalnych i tworzą bardziej wilgotne mikrośrodowisko chemiczne. Przyczepienie się tych organizmów do powierzchni skały wzmaga fizyczny i chemiczny rozkład powierzchniowej mikrowarstwy skały. Zaobserwowano, że porosty podważają ziarna minerałów z nagich łupków za pomocą strzępek (przyczepnych struktur przypominających korzenie), proces ten określa się jako wyrywanie i wciągnąć fragmenty do ich ciała, gdzie następnie fragmenty przechodzą proces chemicznego wietrzenia, podobny do trawienia. Na większą skalę sadzonki kiełkujące w szczelinie i korzenie roślin wywierają nacisk fizyczny, a także zapewniają drogę do infiltracji wody i chemikaliów.
Wietrzenie chemiczne
Większość skał tworzy się w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu, a minerały tworzące skałę są często niestabilne chemicznie w stosunkowo chłodnych, mokrych i utleniających warunkach typowych dla powierzchni Ziemi. Wietrzenie chemiczne ma miejsce, gdy woda, tlen, dwutlenek węgla i inne substancje chemiczne reagują ze skałą, zmieniając jej skład. Reakcje te przekształcają niektóre pierwotne pierwotne w skale w minerały wtórne , usuwają inne substancje jako substancje rozpuszczone i pozostawiają najbardziej stabilne minerały jako chemicznie niezmieniony opór . W efekcie wietrzenie chemiczne zmienia pierwotny zestaw minerałów w skale w nowy zestaw minerałów, który jest w bliższej równowadze z warunkami powierzchniowymi. Jednak prawdziwa równowaga jest rzadko osiągana, ponieważ wietrzenie jest procesem powolnym, a wypłukiwanie usuwa substancje rozpuszczone wytwarzane w reakcjach wietrzenia, zanim zdążą się zgromadzić do poziomów równowagi. Jest to szczególnie prawdziwe w środowiskach tropikalnych.
Woda jest głównym czynnikiem wietrzenia chemicznego, przekształcającym wiele podstawowych minerałów w minerały ilaste lub uwodnione tlenki w reakcjach zbiorczo określanych jako hydroliza . Ważny jest również tlen, który utlenia wiele minerałów, podobnie jak dwutlenek węgla, którego reakcje wietrzenia określa się jako nasycanie dwutlenkiem węgla .
Proces wypiętrzenia bloków górskich jest ważny w wystawianiu nowych warstw skalnych na działanie atmosfery i wilgoci, umożliwiając wystąpienie ważnego wietrzenia chemicznego; następuje znaczne uwalnianie Ca 2+ i innych jonów do wód powierzchniowych.
Rozpuszczenie
Rozpuszczanie (zwane również roztworem prostym lub rozpuszczaniem kongruentnym ) to proces, w którym minerał rozpuszcza się całkowicie, nie wytwarzając żadnej nowej substancji stałej. Woda deszczowa łatwo rozpuszcza rozpuszczalne minerały, takie jak halit lub gips , ale może również rozpuszczać wysoce odporne minerały, takie jak kwarc , jeśli ma wystarczająco dużo czasu. Woda rozrywa wiązania między atomami w krysztale:
Ogólna reakcja na rozpuszczanie kwarcu to
- SiO 2 + 2H 2 O → H 4 SiO 4
Rozpuszczony kwarc ma postać kwasu krzemowego .
Szczególnie ważną formą rozpuszczania jest rozpuszczanie węglanów, w którym atmosferyczny dwutlenek węgla wzmaga wietrzenie roztworu. Rozpuszczanie węglanów wpływa na skały zawierające węglan wapnia , takie jak wapień i kreda . Ma to miejsce, gdy woda deszczowa łączy się z dwutlenkiem węgla , tworząc kwas węglowy , słaby kwas , który rozpuszcza węglan wapnia (wapień) i tworzy rozpuszczalny wodorowęglan wapnia . Pomimo wolniejszej kinetyki reakcji , proces ten jest preferowany termodynamicznie w niskiej temperaturze, ponieważ zimniejsza woda zatrzymuje więcej rozpuszczonego dwutlenku węgla (ze względu na wsteczną rozpuszczalność gazów). Rozpuszczanie węglanów jest zatem ważną cechą wietrzenia lodowców.
Rozpuszczanie węglanów obejmuje następujące kroki:
- CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
- dwutlenek węgla + woda → kwas węglowy
- H 2 CO 3 + CaCO 3 → Ca(HCO 3 ) 2
- kwas węglowy + węglan wapnia → wodorowęglan wapnia
Rozpuszczanie węglanów na powierzchni dobrze związanego kamienia wapiennego powoduje powstanie rozciętej nawierzchni wapiennej . Proces ten najskuteczniej działa wzdłuż stawów, poszerzając je i pogłębiając.
W niezanieczyszczonym środowisku pH wody deszczowej z powodu rozpuszczonego dwutlenku węgla wynosi około 5,6. Kwaśne deszcze występują, gdy w atmosferze występują gazy, takie jak dwutlenek siarki i tlenki azotu. Tlenki te reagują w wodzie deszczowej, tworząc silniejsze kwasy i mogą obniżyć pH do 4,5 lub nawet 3,0. Dwutlenek siarki , SO 2 , pochodzi z erupcji wulkanów lub z paliw kopalnych, może stać się kwasem siarkowym w wodzie deszczowej, co może powodować wietrzenie roztworów skał, na które spada.
Hydroliza i karbonizacja
Hydroliza (zwana także niespójnym rozpuszczaniem ) jest formą wietrzenia chemicznego, w której tylko część minerału jest wprowadzana do roztworu. Reszta minerału jest przekształcana w nowy stały materiał, taki jak minerał ilasty . Na przykład forsteryt ( oliwin magnezowy ) jest hydrolizowany do stałego brucytu i rozpuszczonego kwasu krzemowego:
- Mg 2 SiO 4 + 4 H 2 O ⇌ 2 Mg(OH) 2 + H 4 SiO 4
- forsteryt + woda ⇌ brucyt + kwas krzemowy
Większość hydrolizy podczas wietrzenia minerałów to hydroliza kwasowa , w której protony (jony wodoru) obecne w kwaśnej wodzie atakują wiązania chemiczne w kryształach mineralnych. Wiązania między różnymi kationami i jonami tlenu w minerałach różnią się siłą, a najsłabsze zostaną zaatakowane w pierwszej kolejności. W rezultacie minerały w skałach magmowych ulegają wietrzeniu mniej więcej w tej samej kolejności, w jakiej powstały ( seria reakcji Bowena ). Względna siła wiązania jest przedstawiona w poniższej tabeli:
| Obligacja | Siła względna |
|---|---|
| Si-O | 2.4 |
| Ti-O | 1.8 |
| Al – O | 1,65 |
| Fe +3 –O | 1.4 |
| Mg-O | 0,9 |
| Fe +2 –O | 0,85 |
| Mn-O | 0,8 |
| Ca-O | 0,7 |
| Na-O | 0,35 |
| K – O | 0,25 |
Ta tabela jest tylko przybliżonym przewodnikiem po kolejności wietrzenia. Niektóre minerały, takie jak illit , są niezwykle stabilne, podczas gdy krzemionka jest niezwykle niestabilna, biorąc pod uwagę siłę wiązania krzem-tlen .
Dwutlenek węgla, który rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas węglowy, jest najważniejszym źródłem protonów, ale kwasy organiczne są również ważnymi naturalnymi źródłami kwasowości. Hydroliza kwasowa z rozpuszczonego dwutlenku węgla jest czasami opisywana jako nasycanie dwutlenkiem węgla i może powodować wietrzenie pierwotnych minerałów do wtórnych minerałów węglanowych. Na przykład wietrzenie forsterytu może wytworzyć magnezyt zamiast brucytu w reakcji:
- Mg 2 SiO 4 + 2 CO 2 + 2 H 2 O ⇌ 2 MgCO 3 + H 4 SiO 4
- forsteryt + dwutlenek węgla + woda ⇌ magnezyt + kwas krzemowy w roztworze
Kwas węglowy jest zużywany przez wietrzenie krzemianów , w wyniku czego powstają bardziej zasadowe roztwory z powodu wodorowęglanu . Jest to ważna reakcja w kontrolowaniu ilości CO 2 w atmosferze i może wpływać na klimat.
Glinokrzemiany zawierające dobrze rozpuszczalne kationy, takie jak jony sodu lub potasu, będą uwalniać kationy w postaci rozpuszczonych wodorowęglanów podczas hydrolizy kwasowej:
- 2 KAlSi 3 O 8 + 2 H 2 CO 3 + 9 H 2 O ⇌ Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4 H 4 SiO 4 + 2 K + + 2 HCO 3 −
- ortoklaz (skalenie glinokrzemianowe) + kwas węglowy + woda ⇌ kaolinit (minerał ilasty) + kwas krzemowy w roztworze + jony potasu i wodorowęglanów w roztworze
Utlenianie
W środowisku wietrzenia zachodzi chemiczne utlenianie różnych metali. Najczęściej obserwowanym jest utlenianie Fe 2+ ( żelazo ) przez tlen i wodę, z wytworzeniem tlenków i wodorotlenków Fe 3+ , takich jak getyt , limonit i hematyt . Daje to dotkniętym skałom czerwonawo-brązowe zabarwienie na powierzchni, które łatwo się kruszy i osłabia skałę. Wiele innych rud metali i minerałów utlenia się i hydratuje, tworząc kolorowe osady, podobnie jak siarka podczas wietrzenia minerałów siarczkowych takie jak chalkopiryty lub CuFeS 2 utleniające do wodorotlenku miedzi i tlenków żelaza .
Uwodnienie
Uwodnienie minerałów jest formą wietrzenia chemicznego, która obejmuje sztywne łączenie cząsteczek wody lub jonów H+ i OH- z atomami i cząsteczkami minerału. Nie następuje znaczące rozwiązanie. Na przykład tlenki żelaza są przekształcane w wodorotlenki żelaza , a uwodnienie anhydrytu tworzy gips .
Masowe uwodnienie minerałów ma drugorzędne znaczenie w stosunku do rozpuszczania, hydrolizy i utleniania, ale uwodnienie powierzchni kryształu jest kluczowym pierwszym krokiem w hydrolizie. Świeża powierzchnia kryształu mineralnego odsłania jony, których ładunek elektryczny przyciąga cząsteczki wody. Niektóre z tych cząsteczek rozpadają się na H+, który wiąże się z odsłoniętymi anionami (zwykle tlenem) i OH-, który wiąże się z odsłoniętymi kationami. To dodatkowo zakłóca powierzchnię, czyniąc ją podatną na różne reakcje hydrolizy. Dodatkowe protony zastępują kationy odsłonięte na powierzchni, uwalniając kationy jako substancje rozpuszczone. Gdy kationy są usuwane, wiązania krzem-tlen i krzem-glin stają się bardziej podatne na hydrolizę, uwalniając kwas krzemowy i wodorotlenki glinu do wypłukiwania lub tworzenia minerałów ilastych. Eksperymenty laboratoryjne pokazują, że wietrzenie kryształów skalenia rozpoczyna się od dyslokacji lub innych defektów na powierzchni kryształu, a warstwa wietrzenia ma grubość zaledwie kilku atomów. Dyfuzja w obrębie ziarna mineralnego nie wydaje się być znacząca.
Wietrzenie biologiczne
Wietrzenie minerałów może być również inicjowane lub przyspieszane przez mikroorganizmy glebowe. Organizmy glebowe stanowią około 10 mg/cm 3 typowych gleb, a eksperymenty laboratoryjne wykazały, że albit i muskowit wietrzą dwa razy szybciej w glebie żywej niż w glebie sterylnej. Porosty na skałach należą do najskuteczniejszych biologicznych czynników wietrzenia chemicznego. Na przykład eksperymentalne badanie granitu hornblendowego w New Jersey w USA wykazało 3-4-krotny wzrost tempa wietrzenia pod powierzchniami porośniętymi porostami w porównaniu z niedawno odsłoniętymi powierzchniami nagich skał.
Najczęstsze formy wietrzenia biologicznego wynikają z uwalniania przez rośliny związków chelatujących (takich jak niektóre kwasy organiczne i siderofory ) oraz dwutlenku węgla i kwasów organicznych. Korzenie mogą zwiększyć poziom dwutlenku węgla do 30% wszystkich gazów glebowych, wspomagany przez adsorpcję CO 2 na minerałach ilastych i bardzo powolną dyfuzję CO 2 z gleby. CO 2 i kwasy organiczne pomagają rozkładać aluminium - i żelazo -zawierające związki w glebie pod nimi. Korzenie mają ujemny ładunek elektryczny zrównoważony przez protony w glebie obok korzeni, które można wymienić na niezbędne kationy składników odżywczych, takie jak potas. Rozkładający się pozostałości martwych roślin w glebie mogą tworzyć kwasy organiczne, które po rozpuszczeniu w wodzie powodują wietrzenie chemiczne. Związki chelatujące, głównie kwasy organiczne o małej masie cząsteczkowej, są zdolne do usuwania jonów metali z nagiej powierzchni skał, przy czym aluminium i krzem są szczególnie wrażliwe. Zdolność do rozbijania nagiej skały sprawia, że porosty są jednymi z pierwszych kolonizatorów suchego lądu. Nagromadzenie związków chelatujących może łatwo oddziaływać na otaczające skały i gleby i może prowadzić do bielicowania gleb.
Symbiotyczne grzyby mikoryzowe związane z systemami korzeni drzew mogą uwalniać nieorganiczne składniki odżywcze z minerałów, takich jak apatyt lub biotyt, i przenosić te składniki odżywcze do drzew, przyczyniając się w ten sposób do odżywiania drzew. Niedawno wykazano również, że zbiorowiska bakteryjne mogą wpływać na stabilność mineralną, prowadząc do uwalniania nieorganicznych składników odżywczych. Stwierdzono, że duża liczba szczepów lub zbiorowisk bakterii z różnych rodzajów jest w stanie kolonizować powierzchnie mineralne lub wietrzyć minerały, a dla niektórych z nich wykazano działanie promujące wzrost roślin. Zademonstrowane lub hipotetyczne mechanizmy wykorzystywane przez bakterie do wietrzenia minerałów obejmują kilka reakcji utleniania i rozpuszczania, a także wytwarzanie czynników atmosferycznych, takich jak protony, kwasy organiczne i cząsteczki chelatujące.
Wietrzenie na dnie oceanu
Wietrzenie bazaltowej skorupy oceanicznej różni się pod istotnymi względami od wietrzenia w atmosferze. Wietrzenie jest stosunkowo powolne, a bazalt staje się mniej gęsty, w tempie około 15% na 100 milionów lat. Bazalt ulega uwodnieniu i jest wzbogacony w żelazo całkowite i żelazowe, magnez i sód kosztem krzemionki, tytanu, glinu, żelaza i wapnia.
Wietrzenie budynków
Budynki wykonane z dowolnego kamienia, cegły lub betonu są podatne na takie same czynniki atmosferyczne, jak każda odsłonięta powierzchnia skalna. Również posągi , pomniki i kamieniarstwo ozdobne mogą zostać poważnie uszkodzone przez naturalne procesy wietrzenia. Jest to przyspieszone na obszarach silnie dotkniętych kwaśnymi deszczami .
Przyspieszone wietrzenie budynków może stanowić zagrożenie dla środowiska i bezpieczeństwa użytkowników. Strategie projektowe mogą złagodzić wpływ efektów środowiskowych, takich jak stosowanie osłon przeciwdeszczowych z moderacją ciśnieniową, zapewnienie, że system HVAC jest w stanie skutecznie kontrolować gromadzenie się wilgoci i wybór mieszanek betonowych o obniżonej zawartości wody w celu zminimalizowania wpływu cykli zamrażania i rozmrażania.
Właściwości gleb dobrze zwietrzałych
Skała granitowa, która jest najliczniejszą skałą krystaliczną odsłoniętą na powierzchni Ziemi, zaczyna wietrzyć od zniszczenia hornblendy . Biotyt następnie wietrzeje do wermikulitu , a na końcu oligoklazy i mikrokliny są zniszczone. Wszystkie są przekształcane w mieszaninę minerałów ilastych i tlenków żelaza. Powstała gleba jest zubożona w wapń, sód i żelazo w porównaniu z podłożem skalnym, a magnez jest zmniejszony o 40%, a krzem o 15%. Jednocześnie gleba zostaje wzbogacona w glin i potas o co najmniej 50%; przez tytan, którego obfitość potraja; oraz żelazo żelazowe, którego obfitość wzrasta o rząd wielkości w porównaniu z podłożem skalnym.
Skała bazaltowa łatwiej ulega zwietrzaniu niż skała granitowa, ze względu na jej powstawanie w wyższych temperaturach i suchszych warunkach. Drobny rozmiar ziarna i obecność szkła wulkanicznego również przyspieszają wietrzenie. W warunkach tropikalnych szybko wietrzeje do minerałów ilastych, wodorotlenków glinu i tlenków żelaza wzbogaconych w tytan. Ponieważ większość bazaltu jest stosunkowo uboga w potas, bazalt ulega wietrzeniu bezpośrednio do ubogiego w potas montmorylonitu , a następnie do kaolinitu . Tam, gdzie wypłukiwanie jest ciągłe i intensywne, jak w lasach deszczowych, końcowym produktem wietrzenia jest boksyt , główna ruda aluminium. Tam, gdzie opady są intensywne, ale sezonowe, jak w klimacie monsunowym, końcowym produktem wietrzenia jest lateryt bogaty w żelazo i tytan . Konwersja kaolinitu w boksyt zachodzi tylko przy intensywnym ługowaniu, ponieważ zwykła woda rzeczna jest w równowadze z kaolinitem.
Tworzenie gleby wymaga od 100 do 1000 lat, bardzo krótkiego przedziału czasu geologicznego. W rezultacie w niektórych formacjach występują liczne złoża paleosolowe (gleby kopalne). Na przykład formacja Willwood w Wyoming zawiera ponad 1000 warstw paleozolu na odcinku o długości 770 metrów (2530 stóp), co odpowiada 3,5 miliona lat czasu geologicznego. Paleosole zostały zidentyfikowane w formacjach tak starych jak Archean (wiek ponad 2,5 miliarda lat). Jednak paleosole są trudne do rozpoznania w zapisie geologicznym. Oznaki, że złoże osadowe jest paleozolem, obejmują stopniową dolną granicę i ostrą górną granicę, obecność dużej ilości gliny, słabe sortowanie z kilkoma strukturami osadowymi, klasty rozerwania w leżących nad nimi warstwach oraz pęknięcia wysychające zawierające materiał z wyższych warstw.
Stopień zwietrzenia gleby można wyrazić chemicznym wskaźnikiem przemian , zdefiniowanym jako 100 Al 2 O 3 /(Al 2 O 3 + CaO + Na 2 O + K 2 O) . Waha się to od 47 dla niezwietrzałych skał górnej skorupy do 100 dla całkowicie zwietrzałych materiałów.
Wietrzenie materiałów niegeologicznych
Drewno może ulec fizycznemu i chemicznemu starzeniu w wyniku hydrolizy i innych procesów związanych z minerałami, ale ponadto drewno jest bardzo podatne na warunki atmosferyczne wywołane promieniowaniem ultrafioletowym ze światła słonecznego. Powoduje to reakcje fotochemiczne, które degradują powierzchnię drewna. Reakcje fotochemiczne są również istotne w starzeniu się farby i tworzyw sztucznych.
Galeria
Wietrzenie solne piaskowca w pobliżu Qobustan w Azerbejdżanie
Ściana z permskiego piaskowca w pobliżu Sedony w Arizonie w Stanach Zjednoczonych zwietrzała do małej wnęki
Wietrzenie na filarze z piaskowca w Bayreuth
Efekt wietrzenia kwaśnych deszczy na posągi
Efekt wietrzenia na posągu z piaskowca w Dreźnie w Niemczech
Zobacz też
- Procesy eolskie – Procesy związane z działalnością wiatru
- Bioheksystazja – Teoria wyjaśniająca powstawanie gleb i transportowanych osadów pod wpływem zmian warunków klimatycznych
- Utwardzanie powierzchniowe skał
- Rozkład – proces, w którym substancje organiczne rozkładają się na prostszą materię organiczną
- Komora środowiskowa
- Eluvium – produkt końcowy wietrzenia skał
- Granit złuszczający – Skóra granitu łuszczy się jak cebula (złuszczanie) z powodu warunków atmosferycznych
- Czynniki wietrzenia polimerów - Fotoutlenianie polimerów
- Metasomatyzm - Chemiczna zmiana skały przez płyny hydrotermalne i inne
- Wietrzenie meteorytu - Ziemska zmiana meteorytu
- Pedogeneza – Proces powstawania gleby
- Odwrotne wietrzenie
- Funkcja produkcji gleby
- Wietrzenie kosmiczne - Rodzaj wietrzenia
- Wietrzenie sferoidalne - Forma wietrzenia chemicznego, która wpływa na połączone podłoże skalne
- Testy pogodowe polimerów – Kontrolowana degradacja polimerów i powłok polimerowych
- Stal odporna na warunki atmosferyczne - grupa stopów stali zaprojektowanych tak, aby tworzyły rdzawe wykończenie pod wpływem warunków atmosferycznych
Inne linki
|
Zasady i procesy geologiczne
| ||
|---|---|---|
| Zasady stratygraficzne |  |
|
| Zasady petrologii | ||
| Procesy geomorfologiczne | ||
| Transport osadów | ||
