ВЫВЕТРИВАНИЕ: ВИДЫ И ПРОЦЕССЫ - ГЕОГРАФИЯ - 2025

Выветривание пробоя горных пород путем механического разрушения и химического разложения. Многие образуются при высоких температурах и давлениях глубоко в земной коре; при воздействии более низких температур и давлений на поверхности и при контакте с воздухом, водой и организмами они разлагаются и разрушаются.

Живые существа также играют важную роль в выветривании, поскольку они воздействуют на горные породы и минералы посредством различных биофизических и биохимических процессов, большинство из которых подробно не изучено.

Мрамор Дьявола, скала, потрескавшаяся от непогоды, Австралия. Источник: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg

Существует три основных типа выветривания; это может быть физическое, химическое или биологическое. Каждый из этих вариантов имеет определенные характеристики, которые по-разному влияют на камни; даже в некоторых случаях может быть сочетание нескольких явлений.

Физическое выветривание или

Механические процессы измельчают горные породы на все более мелкие фрагменты, что, в свою очередь, увеличивает площадь поверхности, подверженную химическому воздействию. Основные процессы механического выветривания:

- Загрузка.

- Действие мороза.

- Термическое напряжение, вызванное нагревом и охлаждением.

- Расширение.

- Усадка из-за намокания с последующим высыханием.

- Давление, оказываемое ростом кристаллов соли.

Важным фактором механического выветривания является усталость или повторяющееся напряжение, снижающее устойчивость к повреждениям. Результатом усталости является то, что порода будет разрушаться при более низком уровне напряжения, чем неуталенный образец.

Скачать

Когда эрозия удаляет материал с поверхности, ограничивающее давление на подстилающие породы уменьшается. Более низкое давление позволяет минеральным зернам разделяться дальше и создавать пустоты; горная порода расширяется или расширяется и может расколоться.

Например, в гранитных или других рудниках с плотной породой сброс давления в горных выработках может быть сильным и даже вызвать взрывы.

Купол отшелушивания в национальном парке Йосемити, США. Источник: Diliff, из Wikimedia Commons.

Замороженный перелом или гелеобразование

Вода, занимающая поры в породе, при замерзании расширяется на 9%. Это расширение создает внутреннее давление, которое может вызвать физический распад или разрушение породы.

Гелеобразование - важный процесс в холодной среде, где циклы замораживания-оттаивания происходят постоянно.

Физическое выветривание бетонной «пирамиды». Источник: LepoRello. , из Wikimedia Commons

Циклы нагрев-охлаждение (термокластика)

Камни обладают низкой теплопроводностью, а это означает, что они плохо отводят тепло от своей поверхности. Когда горные породы нагреваются, внешняя поверхность нагревается намного больше, чем внутренняя часть породы. По этой причине внешняя часть расширяется сильнее, чем внутренняя.

Кроме того, горные породы, состоящие из разных кристаллов, демонстрируют дифференциальный нагрев: кристаллы с более темной окраской нагреваются быстрее и охлаждаются медленнее, чем более светлые кристаллы.

Усталость

Эти термические напряжения могут вызвать разрушение породы и образование огромных хлопьев, раковин и пластин. Повторное нагревание и охлаждение вызывает эффект, называемый усталостью, который способствует термическому выветриванию, также называемому термокластикой.

В общем, усталость можно определить как эффект различных процессов, снижающих устойчивость материала к повреждениям.

Скальные весы

Отслоение или расслоение под действием теплового напряжения также включает образование каменных хлопьев. Точно так же сильное тепло, выделяемое лесными пожарами и ядерными взрывами, может привести к распаду породы и, в конечном итоге, ее разрушению.

Например, в Индии и Египте огонь долгие годы использовался как инструмент добычи в карьерах. Однако суточные колебания температуры, наблюдаемые даже в пустынях, намного ниже экстремальных значений, достигаемых местными пожарами.

Смачивание и сушка

Материалы, содержащие глину, такие как аргиллиты и сланцы, значительно расширяются при смачивании, что может вызвать образование микродефектов или микротрещин (микротрещин) или увеличение существующих трещин.

Помимо эффекта усталости, циклы расширения и усадки, связанные с смачиванием и высыханием, приводят к выветриванию породы.

Выветривание за счет роста кристаллов соли или галокластики

В прибрежных и засушливых регионах кристаллы соли могут расти в солевых растворах, которые концентрируются за счет испарения воды.

Кристаллизация соли в пустотах или порах горных пород вызывает напряжения, которые их расширяют, что приводит к гранулированному разрушению породы. Этот процесс известен как солевое выветривание или галокластика.

Когда кристаллы соли, образовавшиеся в порах породы, нагреваются или насыщаются водой, они расширяются и оказывают давление на близлежащие стенки пор; это приводит к тепловому стрессу или гидратационному стрессу (соответственно), которые способствуют выветриванию породы.

Химическое выветривание

Этот тип выветривания включает в себя широкий спектр химических реакций, которые вместе действуют на множество различных типов горных пород в различных климатических условиях.

Это огромное разнообразие можно сгруппировать в шесть основных типов химических реакций (все участвуют в разложении горных пород), а именно:

- Роспуск.

- Увлажнение.

- Окисление и восстановление.

- Карбонизация.

- Гидролиз.

роспуск

Минеральные соли можно растворить в воде. Этот процесс включает диссоциацию молекул на их анионы и катионы и гидратацию каждого иона; то есть ионы окружают себя молекулами воды.

Растворение обычно считается химическим процессом, хотя в нем нет реальных химических превращений. Поскольку растворение происходит на начальном этапе для других процессов химического выветривания, оно попадает в эту категорию.

Растворение легко обратить: когда раствор становится перенасыщенным, часть растворенного вещества выпадает в осадок в виде твердого вещества. Насыщенный раствор не может растворять более твердое вещество.

Минералы различаются по своей растворимости, и среди наиболее растворимых в воде хлоридов щелочных металлов, таких как каменная соль или галит (NaCl) и калийная соль (KCl). Эти минералы встречаются только в очень засушливом климате.

Гипс ( CaSO ₄ · 2H ₂ O) также хорошо растворим, тогда как кварц имеет очень низкую растворимость.

Растворимость многих минералов зависит от концентрации свободных ионов водорода (H ⁺ ) в воде. Ионы H ⁺ измеряются как значение pH, которое указывает на степень кислотности или щелочности водного раствора.

гидратация

Гидратационное выветривание - это процесс, который происходит, когда минералы адсорбируют молекулы воды на своей поверхности или поглощают ее, включая их в свои кристаллические решетки. Эта дополнительная вода приводит к увеличению объема, что может вызвать разрушение породы.

Во влажном климате средних широт цвета почвы заметно варьируются: от коричневатого до желтоватого. Эти окрашивания вызваны гидратацией красноватого оксида железа гематита, который превращается в гетит оксидного цвета (оксигидроксид железа).

Поглощение воды частицами глины также является формой гидратации, которая приводит к их расширению. Затем по мере высыхания глины корочка трескается.

Окисление и восстановление

Окисление происходит, когда атом или ион теряют электроны, увеличивая свой положительный заряд или уменьшая отрицательный.

Одна из существующих реакций окисления включает соединение кислорода с веществом. Растворенный в воде кислород является обычным окислителем в окружающей среде.

Окислительный износ в основном влияет на железосодержащие минералы, хотя такие элементы, как марганец, сера и титан, также могут ржаветь.

Реакция на железо, которая происходит при контакте растворенного в воде кислорода с железосодержащими минералами, выглядит следующим образом:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e ^-

В этом выражении e ^- представляет электроны.

Двухвалентное железо (Fe ²⁺ ), содержащееся в большинстве породообразующих минералов, может быть преобразовано в его трехвалентную форму (Fe ³⁺ ) путем изменения нейтрального заряда кристаллической решетки. Это изменение иногда приводит к его разрушению и делает минерал более подверженным химическому воздействию.

углекислота

Карбонизация - это образование карбонатов, которые представляют собой соли угольной кислоты (H ₂ CO ₃ ). Двуокись углерода растворяется в природных водах с образованием угольной кислоты:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Впоследствии угольная кислота диссоциирует на гидратированный ион водорода (H ₃ O ⁺ ) и ион бикарбоната, следуя следующей реакции:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Угольная кислота разрушает минералы, образуя карбонаты. Карбонизация доминирует над выветриванием известняковых пород (известняков и доломитов); в них основным минералом является кальцит или карбонат кальция (CaCO ₃ ).

Кальцит реагирует с угольной кислотой с образованием кислого карбоната кальция Ca (HCO ₃ ) _2, который, в отличие от кальцита, легко растворяется в воде. Вот почему некоторые известняки так склонны к растворению.

Обратимые реакции между диоксидом углерода, водой и карбонатом кальция сложны. По сути, процесс можно резюмировать следующим образом:

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

Гидролиз

В общем, гидролиз - химическое разложение под действием воды - это основной процесс химического выветривания. Вода может расщеплять, растворять или изменять чувствительные первичные минералы в горных породах.

В этом процессе вода, диссоциированная на катионы водорода (H ⁺ ) и гидроксильные анионы (OH ^- ), напрямую вступает в реакцию с силикатными минералами в горных породах и почвах.

Ион водорода обменивается с катионом металла силикатных минералов, обычно калием (K ⁺ ), натрием (Na ⁺ ), кальцием (Ca ^{2 +)} или магнием (Mg ²⁺ ). Освободившийся катион затем соединяется с гидроксильным анионом.

Например, реакция гидролиза минерала под названием ортоклаз, имеющего химическую формулу KAlSi ₃ O ₈ , выглядит следующим образом:

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

Таким образом, ортоклаз превращается в алюмосиликоновую кислоту, HAlSi ₃ O ₈ и гидроксид калия (КОН).

Этот тип реакции играет фундаментальную роль в формировании некоторых характерных рельефов; например, они участвуют в формировании карстового рельефа.

Биологическое выветривание

Некоторые живые организмы атакуют горные породы механически, химически или путем сочетания механических и химических процессов.

растения

Корни растений, особенно тех деревьев, которые растут на плоских каменистых грядках, могут оказывать биомеханический эффект.

Этот биомеханический эффект проявляется по мере роста корня, когда давление, оказываемое им на окружающую среду, увеличивается. Это может привести к разрушению пород корневого ложа.

Биологическая метеоризация. Tetrameles nudiflora растет на руинах храма в Ангкоре, Камбоджа. Источник: Диего Делсо, delso.photo, лицензия CC-BY-SA через https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG

Лишайники

Лишайники - это организмы, состоящие из двух симбионтов: гриба (микобионт) и водоросли, которая обычно является цианобактериями (фикобионт). Сообщается, что эти организмы являются колонизаторами, усиливающими выветривание горных пород.

Например, было обнаружено, что Stereocaulon vesuvianum устанавливается на потоках лавы, способствуя увеличению скорости его выветривания до 16 раз по сравнению с неколонизированными поверхностями. Эти показатели могут удвоиться во влажных местах, например на Гавайях.

Также было отмечено, что по мере отмирания лишайников они оставляют темные пятна на поверхности скал. Эти пятна поглощают больше излучения, чем окружающие светлые участки скалы, что способствует термическому выветриванию или термокласту.

Mytilus edulis - каменная мидия. Источник: Андреас Трепте, Wikimedia Commons.

Морские организмы

Некоторые морские организмы очищают поверхность скал и продыряют в них отверстия, способствуя росту водорослей. К этим проникающим организмам относятся моллюски и губки.

Примерами организмов этого типа являются голубая мидия (Mytilus edulis) и травоядное брюхоногое моллюска Cittarium pica.

Лишайник Stereocaulon vesuvianum - колонизатор, который установлен в потоках лавы на Канарских островах Фуэртевентура и Лансароте в Испании. Источник: Lairich Rig через https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg

Хелаты

Хелатирование - еще один механизм выветривания, который включает удаление из горных пород ионов металлов и, в частности, ионов алюминия, железа и марганца.

Это достигается путем связывания и связывания органическими кислотами (такими как фульвокислота и гуминовая кислота) с образованием комплексов растворимых органических веществ и металлов.

В этом случае хелатирующие агенты поступают из продуктов разложения растений и выделений корней. Хелатирование способствует химическому выветриванию и переносу металла в почву или горную породу.

Ссылки

1. Педро, Г. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93–105.
2. Селби, MJ (1993). Материалы и процессы холмов, 2-е изд. При участии APW Hodder. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.
3. Стретч Р. и Вайлс Х. (2002). Характер и скорость выветривания лишайниками лавовых потоков на Лансароте. Геоморфология, 47 (1), 87–94. DOI: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Томас, MF (1994). Геоморфология в тропиках: исследование выветривания и денудации в низких широтах. Чичестер: Джон Уайли и сыновья.
5. Уайт В. Д., Джефферсон Г. Л. и Хама Дж. Ф. (1966) Кварцитовый карст на юго-востоке Венесуэлы. Международный журнал спелеологии 2, 309–14.
6. Яцу, Э. (1988). Природа выветривания: введение. Токио: Созоша.