Meteorisering: typer och processer
Vädring är sönderdelning av stenar genom mekanisk förfall och kemisk sönderdelning. Många är bildade vid höga temperaturer och tryck djupt i jordskorpan; När de utsätts för lägre temperaturer och tryck på ytan och stöter på luft, vatten och organismer, sönderdelas de och bryts.
Levande varelser har också en inflytelserik roll i förväxling, eftersom de påverkar stenar och mineraler genom olika biofysiska och biokemiska processer, varav de flesta inte är kända i detalj.
I grund och botten finns tre huvudtyper genom vilka förväxling sker. Detta kan vara fysiskt, kemiskt eller biologiskt. Var och en av dessa varianter har specifika egenskaper som påverkar bergarterna på olika sätt. även i vissa fall kan det finnas en kombination av flera fenomen.
Fysisk eller mekanisk vädring
De mekaniska processerna reducerar klipporna till progressivt mindre fragment, vilket i sin tur ökar ytan utsatt för kemisk attack. De viktigaste mekaniska väderprocesserna är följande:
- Hämtningen.
- Frostverkan.
- Termisk stress orsakad av uppvärmning och kylning.
- Expansionen.
- Krympningen på grund av vätning med efterföljande torkning.
- Trycket utövas av tillväxten av saltkristaller.
En viktig faktor vid mekanisk vädring är trötthet eller upprepad belastning, vilket minskar toleransen för skador. Resultatet av utmattning är att vaggan kommer att brista vid en lägre stressnivå än en icke-utmattad prov.
urladdning
När erosion avlägsnar materialet från ytan minskar det begränsande trycket på de underliggande stenarna. Det lägre trycket gör att mineralkornen kan separera mer och skapa tomrum; klippan expanderar eller expanderar och kan spricka.
Till exempel i granitgruvor eller andra täta bergarter kan trycket av tryck på grund av nedskärningar för extraktion vara våldsamt och även orsaka explosioner.
Frakt genom frysning eller gelifraktion
Vattnet som upptar porerna i en sten expanderar med 9% vid frysning. Denna expansion genererar ett internt tryck som kan orsaka den fysiska sönderdelningen eller sprickan i berget.
Gelering är en viktig process i kalla miljöer, där cykler av frysning och upptining sker ständigt.
Värmekylningscykler (termoklast)
Klippor har låg värmeledningsförmåga, vilket innebär att de inte är bra på att driva värme bort från sina ytor. När stenarna upphettas ökar den yttre ytan sin temperatur mycket mer än den inre delen av berget. På grund av detta lider den yttre delen mer dilatation än den inre delen.
Dessutom presenterar bergarter som består av olika kristaller en differentiell uppvärmning: de mörkare färgade kristallerna värmer snabbare och svalnar långsammare än de ljusare kristallerna.
trötthet
Dessa termiska påkänningar kan orsaka sönderdelning av berget och bildandet av stora skalor, skal och lakan. Upprepad uppvärmning och kylning ger en effekt som kallas utmattning som främjar termisk väderbehandling, även kallad termoklasti.
I allmänhet kan trötthet definieras som effekten av flera processer som minskar toleransen för ett material att skada.
Rock vågar
Spjälkning eller produktion av plåtar med termisk spänning innefattar också generering av bergskalor. På samma sätt kan den intensiva värmen som alstras av skogsbränder och genom nukleära explosioner få bergen att falla ihop och så småningom bryta.
Till exempel i Indien och Egypten användes eld i många år som ett extraktionsverktyg i stenbrott. De dagliga fluktuationerna i temperaturen, som hittades även i öknar, ligger dock långt under de ytterligheter som nås av lokala bränder.
Fukt och torkning
Lerainnehållande material, såsom mudstone och skiffer, expanderar avsevärt vid vätning, vilket kan inducera bildandet av mikroskador eller mikrofrakturer ( mikroskickor på engelska) eller utvidgningen av existerande sprickor.
Utöver effekten av trötthet leder expansions- och krympningscyklerna - i samband med vätning och torkning - till väderförvrängning av berget.
Meteorisering genom tillväxt av saltkristaller eller haloklasti
I de kust- och torra regionerna kan saltkristaller växa i saltlösningar som koncentreras genom indunstning av vatten.
Kristalliseringen av saltet i bergets mellanrum eller porer ger upphov till spänningar som breddar dem, vilket leder till den granulära sönderdelningen av berget. Denna process kallas saltlösning eller haloklasti.
När saltkristallerna bildade inuti bergets porer värms eller mättas med vatten, expanderar de och utövar tryck mot väggarna i närliggande porer; Detta ger upphov till termisk stress eller hydratiseringsspänning, vilket bidrar till bergförväxling.
Kemisk meteorisering
Denna typ av förväxling involverar en mängd olika kemiska reaktioner, som samverkar på många olika bergarter över hela väderförhållandet.
Denna stora variation kan grupperas i sex typer av huvudsakliga kemiska reaktioner (alla involverade i bergets sönderdelning), nämligen:
- Upplösningen.
- Hydrering.
- Oxidering och reduktion.
- Karbonering.
- Hydrolys.
upplösning
Mineralsalterna kan lösas i vatten. Denna process involverar dissociationen av molekylerna i deras anjoner och katjoner och hydrering av varje jon; det vill säga jonerna är omgivna av vattenmolekyler.
Generellt anses upplösningen som en kemisk process, även om den inte involverar korrekta kemiska omvandlingar. Eftersom upplösningen sker som ett första steg för andra kemiska processer av förväxling ingår den i denna kategori.
Lösningen reverseras lätt: när lösningen övermättas, utfälles en del av det upplösta materialet som en fast substans. En mättad lösning har ingen förmåga att lösa upp mer fast.
Mineralerna varierar i deras löslighet och bland de mest lösliga i vatten är kloriderna av alkalimetallerna, såsom bergsalt eller halit (NaCl) och kaliumsalt (KCl). Dessa mineraler finns endast i mycket torra klimat.
Gips (CaSO 4 .2H 2 O) är också ganska löslig, medan kvarts har en mycket låg löslighet.
Lösligheten hos många mineraler beror på koncentrationen av fria vätejoner (H +) i vattnet. H + -jonerna mäts som pH-värdet, vilket indikerar graden av surhet eller alkalitet hos en vattenhaltig lösning.
hydratisering
Hydratiseringsväder är en process som uppstår när mineraler adsorberar vattenmolekyler på ytan eller absorberar det, inklusive dem i sina kristallgitter. Detta extra vatten genererar en ökning i volymen som kan orsaka sprickan i berget.
I fuktiga klimat med medelhöga breddgrader presenterar jordens färger / uppmärksammade variationer: det kan observeras från den brunaktiga färgen till den gulaktiga. Dessa färgämnen orsakas av hydrering av röd järnoxidhematit, som passerar till oxidfärgad goetit (järnoxihydroxid).
Vattenupptagningen av lerpartiklarna är också en form av hydratisering som leder till utvidgningen av den. Då, som leran torkar, spricker barken.
Oxidering och reduktion
Oxidering sker när en atom eller jon förlorar elektroner, ökar deras positiva laddning eller minskar deras negativa laddning.
En av de befintliga oxidationsreaktionerna innefattar kombinationen av syre med en substans. Syre upplöst i vatten är ett vanligt oxidationsmedel i miljön.
Slitaget vid oxidation påverkar främst de mineraler som innehåller järn, även om ämnen som mangan, svavel och titan också kan oxideras.
Reaktionen för järn - som uppstår när löst syre i vattnet kommer i kontakt med järnbärande mineraler - är som följer:
4Fe2 + + 3O2 → 2Fe2O3 + 2e-
I detta uttryck representerar e-elektronerna.
Järnjärnet (Fe2 +) som finns i de flesta bergformande mineralerna kan omvandlas till järnformen (Fe3 +) genom att ändra kristallgitterets neutrala laddning. Denna förändring orsakar ibland sin kollaps och gör mineralet mer benägen för kemiska attacker.
karbonatisering
Kolbonering är bildandet av karbonater, vilka är salterna av kolsyra (H2CO3). Koldioxid löses i naturligt vatten för att bilda kolsyra:
CO2 + H20 → H2C03
Därefter dissocieras kolsyra i en hydratiserad vätejon (H3O +) och en bikarbonatjon, som följer följande reaktion:
H2CO3 + H20 → HCO3 - + H3O +
Kolsyra attackerar de mineraler som bildar karbonater. Kolbonering dominerar förväxling av kalkstenar (som är kalkstenar och dolomiter); i dessa är huvudmineralet kalcit eller kalciumkarbonat (CaCO 3 ).
Kalcit reagerar med kolsyra för att bilda kalciumsyrakarbonat, Ca (HCO3) 2, som, till skillnad från kalcit, löser sig lätt i vatten. Det är därför som vissa limestones är så benägna att upplösas.
De reversibla reaktionerna mellan koldioxid, vatten och kalciumkarbonat är komplexa. I huvudsak kan processen sammanfattas enligt följande:
CaCO3 + H20 + CO2 ⇔ Ca2 + + 2HCO3 -
hydrolys
I allmänhet är hydrolys - kemisk nedbrytning genom vattenverk - den huvudsakliga processen med kemisk väderbehandling. Vatten kan sönderdela, upplösa eller modifiera de primära mineraler som är mottagliga för stenar.
I detta förfarande reagerar det dissocierade vattnet i vätekatjoner (H +) och hydroxylanjoner (OH-) direkt med silikatmineraler i stenar och markar.
Vätejonen utbyts med en metallkation av silikatmineralerna, vanligen kalium (K +), natrium (Na +), kalcium (Ca2 +) eller magnesium (Mg2 +). Därefter kombineras den frigjorda katjonen med hydroxylanjonen.
Exempelvis är reaktionen för hydrolysen av det mineral som kallas ortoklas, som har den kemiska formeln KAlSi308, som följer:
2KAlSi3O8 + 2H + + 2OH- ^ 2HAlSi308 + 2KOH
Så omvandlas ortoklasen till aluminosilinsyra, HAlSi3O8 och kaliumhydroxid (KOH).
Denna typ av reaktioner spelar en grundläggande roll vid bildandet av vissa karakteristiska reliefer; till exempel är de involverade i bildandet av karstisk lättnad.
Biologisk meteorisering
Vissa levande organismer attackerar stenar mekaniskt, kemiskt eller genom en kombination av mekaniska och kemiska processer.
växter
Växtens rötter - speciellt de av träd som växer på platta steniga sängar - kan utöva en biomekanisk effekt.
Denna biomekaniska effekt inträffar när roten växer, eftersom den ökar trycket som utövas av den i omgivande miljö. Detta kan leda till sprickor i rotbädden.
lavar
Lichens är organismer som består av två symbionter: en svamp (mycobiont) och en alger som vanligtvis är cyanobakterier (phycobiont). Dessa organismer har rapporterats som kolonisatorer som ökar förvirringen av stenar.
Till exempel har det visat sig att Stereocaulon vesuvianum är installerat på lavaflöden, som klarar av att öka upp till 16 gånger dess förväxlingshastighet jämfört med okoloniserade ytor. Dessa priser kan dubbla på fuktiga platser, som i Hawaii.
Det har också noterats att när lakorna dör, lämnar de en mörk fläck på rockens ytor. Dessa fläckar absorberar mer strålning än de omgivande klara områdena av berget, vilket främjar termisk väder eller termoklasti.
Marina organismer
Vissa marina organismer skrapar ytan av klipporna och perforerar dem och främjar algernas tillväxt. Dessa perforerande organismer innefattar blötdjur och svampar.
Exempel på denna typ av organismer är blåmusslan ( Mytilus edulis ) och den växtätande gastropoden Cittarium pica .
kelering
Chelation är en annan förväxlingsmekanism som innefattar avlägsnande av metalljoner och i synnerhet av aluminium, järn och manganjoner från stenar.
Detta uppnås genom fackförening och sekvestrering genom organiska syror (såsom fulvinsyra och huminsyra), för att bilda lösliga komplex av organiska metallmaterial.
I detta fall kommer kelateringsmedlen från nedbrytningsprodukterna från växterna och från rötternas utsöndringar. Chelation främjar kemiskt väder och överföring av metaller till marken eller vaggan.
