Forvitring av bergarter: Fysisk og kjemisk

Etter å ha lest denne artikkelen vil du lære om fysisk og kjemisk forvitring av bergarter.

Mekanisk forvitring eller fysisk værstasjon:

Mekanisk eller fysisk forvitring refererer til endringer som bare gjelder form. På grunn av denne typen værforhold kan store faste masser bryte seg inn i løse fragmenter som varierer i størrelse og form, men opprettholder sin opprinnelige sammensetning. Slike prosesser som bryter ned bergarter uten å endre deres kjemiske sammensetning kalles fysisk eller mekanisk forvitring.

Mekanisk forvitring kan være av to typer, nemlig. blokk desintegrasjon og granulær disintegrasjon. Blokkoppløsning skjer på grunn av utvikling av ledd som brer fjellmassen inn i en rekke mindre individuelle blokker eller fragmenter. Granulær desintegrasjon finner sted på grunn av tap av kohesjon mellom individuelle partikler som gjør fjellet til usammenhengende granulære stykker.

Granulær desintegrasjon er begrenset til grovkornede bergarter og påvirker bestemte bergarter som grovstrukturert granitt. Blokkoppløsning påvirker bergarter av alle teksturer og er spesielt iøynefallende i de finere teksturerte varianter. I tillegg til blokkering og granulatoppløsning kan slag og slitasje også føre til oppløsning av bergarter.

Fysisk forvitring kan skyldes følgende:

(i) Differensiell termisk ekspansjon

(ii) Temperaturvariasjoner

(iii) Underminere

(iv) Slitasje, sliping og innvirkning

(v) eksfoliering

(vi) Frostvirkning

(vii) Plante og dyr handling

(viii) Trykkavlasting

1. Differensiell termisk utvidelse:

Mineraler i en stein har varierende termiske ekspansjonskoeffisienter. På grunn av temperaturstigning vil differensialspenninger bli satt opp. Dette vil føre til granulær oppløsning av mineraler og bergarter. Det mørkfargede mineral har en høyere grad av varmeabsorpsjon enn lyse mineraler. Dette kan også bidra til stressdannelse som kan føre til sprekker.

2. Temperaturvariasjoner:

Sten utsettes for gjentatt oppvarming og kjøling på grunn av daglige og sesongmessige temperaturendringer. I løpet av intensivvarmen ekspanderer de ytre lagene av bergmassene strekkspenninger. Dette kan forårsake separasjon parallelt med steinflaten. Når det er et betydelig fall i temperaturen, samles materialet nær overflaten mer, og dette resulterer i radiale sprekker.

3. Underminere:

Erosjon ved elver og sjø kan føre til bergfall og jordskred som kan forårsake steinbrudd. Dette er vanlig langs sjøkyst hvor fjerning av leire fra underliggende kalkstein forekommer. Storskala bryte ned kan også skyldes vindosjon av myke senger på lavere nivåer, noe som resulterer i at det er vanskeligere bergarter som faller ved foten av klippene.

4. Slitasje, sliping og innvirkning:

Disse tre operasjonene reduserer størrelsen på partiklene. Slitasje er typisk for gnidningsvirkning av ruskbelastede ismasser som passerer over et steinbunn. Sliping er effekten som produseres av små fragmenter som blir fanget opp mellom større og blir jordet ned til nesten steinmel. Slike handlinger er sannsynligvis langs elvkanaler og langs kysten. Påvirkningen refererer til plutselig kollisjon av berglegemer som fører til flak- og kippedannende fragmenter.

5. Eksfoliering:

Dette refererer til å avskalere eller avskalere etterfølgende skall fra bergoverflaten. Eksfoliering observeres i grovkornede bergarter som inneholder feldspar. Når fjelloverflaten blir våt, penetrerer fuktigheten porene og spjeldene mellom mineralskornene og reagerer med feldspar. Som følge av den kjemiske reaksjonen dannes et nytt stoff, nemlig kaolin, som er en form for leire.

Denne leire har et større volum enn det opprinnelig presenterte feldsparet. Denne utvidelsen puster løs de omkringliggende mineralske kornene. Som et resultat av denne tiltaket flager et tynt skall av overflatemateriale bort (Merk at dette er en fysisk prosess ved en kjemisk forandring). Denne prosessen gjentas på grunn av påfølgende fuktinger av fjelloverflaten.

6. Frost Action:

Frostvirkning skyldes en kontrasterende egenskap av vann. Vi vet at de fleste materialer ekspanderer når de blir oppvarmet og kontrakt når de avkjøles. Dette gjelder for vann bortsett fra at når vannet avkjøles fra 4 ° C til 0 ° C, utvides det.

Omfanget av ekspansjonen er mest ved 0 ° C da det størkner i is, volumet øker med 9 prosent. Slik utvidelse av vann som det avkjøler og størkner kan utøve enorme krefter som frembringer spenninger av tusenvis av Newtons per kvadrat millimeter. Når regnvann, smeltende snø eller kondensering siver inn i porer eller sprekker i bergarter, da temperaturen faller under frysepunktet, blir vannet som siver inn i sprekker og porer, forandret til is.

Den ekspanderende isen utøver enormt press mot den begrensende steinen, som virker som en kil og bredder og strekker åpningen. Deretter når isen tiner, siver vannet dypere inn i åpningen. Som vannet refreezes, blir prosessen gjentatt. Slike gjentatte tining og frysing av vann, dvs. frostvirkning bryter fjellet fra hverandre.

Frostvirkning er fremtredende hvor sengen er direkte utsatt for atmosfæren og hvor fuktighet eksisterer og temperaturen svinger ofte over og under frysepunktet for vann.

Slike tilstander eksisterer om vinteren i tempererte klimaer, og de kan også forekomme på fjellet og i høyhøye områder på vår eller høst. Dagtemperaturer stiger over frysepunktet og forårsaker snø og is å smelte og da temperaturen faller under frysepunktet igjen om natten, produserer frostvirkning.

På grunn av frostvirkning på klippene, faller de ødelagte løse fragmentene til bunnen av klippen. Da denne prosessen fortsetter, akkumulerer en bunke fragmenter kalt Tallus-hellingen ved bunnen av klippen. Pothull på veier i kalde områder skyldes frostvirkning på eksponerte vegflater.

7. Plante- og dyrtiltak:

Rocks kan bryte ned i mindre stykker av samspillet på dem av planter og dyr. Når en stein utvikler sprekker, blir små steinpartikler og jord vasket inn i en slik sprekk av regn eller vind. Hvis et frø skulle falle inn i en slik sprekk, kan den spire og kan vokse til å bli en plante.

En slik plante kan sende sine rotter dypere inn i bergarter på jakt etter vann. Som de voksende rotleter tykkere, presser de mot sidene av sprekket og over en periode kan de knuse fjellet. Rødder av små planter som lavene og mosene produserer en steinoppløsende syre når de vokser og ødelegger ytterligere akselererende nedbrytning av bergarter.

Dyr (med unntak av mennesker) bidrar også til forvitring av bergarter. Jordmaskene kan bringe partikler til overflaten. Disse partiklene er utsatt for atmosfæren og utsatt for ytterligere nedbrytning. Myrer, termitter, mol og slike gravende dyr kan forårsake forvitring. Burrows skapt av dem tillater luft og vann å trenge inn for å forårsake forvitring av den underliggende steinen.

Mennesker har også bidratt til fysisk forvitring. Rock steinbrudd, strip mining er eksempler på menneskelige aktiviteter der stein er ødelagt. I tillegg eksponerer slike aktiviteter store mengder frisk stein til andre forvitringsprosesser.

8. Trykkavlastning (trykkfrigjøring):

Stener som dannes ved store dybder er under høyt trykk. Meget høye kompressive spenninger utvikles i dem som ikke kan frigjøres på grunn av trykk.

Visse krefter i jorden bringer disse steinene til overflaten, og i slike situasjoner blir trykket frigjort som fører til ekspansjon og frigjøring av stress. I denne prosessen utvikler bergarter store sprekker eller ledd hvor de er svake. Lossing kan også skje når svært tunge isbreer smelter bort og trykket slippes ut.

Merk: Fysisk forvitring utsetter store overflatearealer som er nødvendige for at kjemisk aktivitet skal skje.

Kjemisk Weathering of Rocks:

Kjemisk forvitring er en prosess der stein brytes ned og forandrer kjemiske sammensetninger. De fleste bergarter er dannet i et miljø som er veldig forskjellig fra det omgivende miljøet på jordens overflate. Mange av stoffene tilstede i atmosfæren er ikke tilstede i miljøet der steinene dannes.

Derfor, når bergstens mineraler er utsatt for stoffets substans, skjer kjemiske reaksjoner som resulterer i dannelse av nye forbindelser, hvis egenskaper skiller seg fra de av de opprinnelige mineralene. Disse forandringene svekker stentens struktur og som følge av at steinen blir ødelagt av fysisk forvitring.

Det er verdig å merke seg følgende generelle kjennetegn ved kjemiske reaksjoner i sammenheng med forskjellige forvitringsmiljøer.

(i) Kjemiske reaksjoner har en tendens til å gå raskere ved høyere temperaturer.

(ii) For effektiv reaksjon må reaktantene raskt og enkelt bringes sammen og produktene må fjernes. I naturen leverer vann generelt reaktantene til mineralflatene og spyler reaksjonsproduktene bort.

(iii) Jo mindre reagerende korn, jo raskere går de kjemiske reaksjonene videre til ferdigstillelse. Alle ovennevnte faktorer spiller en rolle i kjemisk værprosess. Lokalt klima styrer reaksjonens gjennomsnittstemperatur og tilførsel av vann til reaksjon.

Kornstørrelsen av mineralreaktantene avhenger i stor grad av prosessen med mekanisk forvitring (nedbrytning) av bergarter, samt slitasje og brudd under transport. Lengden av tid som er tilgjengelig for værende reaksjoner, avhenger av erosjonsraten og dermed hastigheten for oppløfting eller nedbøyning.

Hvis erosjon eller avsetning skjer raskt, vil forvitringsreaksjoner bli avbrutt fordi sedimenter vil bli begravet og fjernet fra værforholdene. Hvis erosjon eller avsetning oppstår sakte, kan værende reaksjoner fortsette i lengre tid.

Kjemisk forvitring kommer hovedsakelig av oksygen, karbondioksid og vann.

1. Oksidasjon:

Oksidasjon betyr kombinasjonen av oksygen med andre stoffer. Dette er en viktig kjemisk forvitringsprosess. De fleste mineralene inneholder jern som magnetitt, pyritt amfibol. Biotitter påvirkes lett av oksygen, hvorav hematitt (Fe ₂ O ₃ ) og magnetitt (Fe ₃ O ₄ ) er svært vanlige.

Tilstedeværelse av vann under oksidasjon kan resultere i en annen reaksjon. En forbindelse av jern, oksygen og vann som kalles goetitt, kan dannes. Goetitt er gulaktig brun i fargen. Når goetitt er dehydrert, dannes hematitt. Tilstedeværelse av hematitt eller goetitt i jord gir en rødaktig eller gul brun farge.

Oksidasjon av jernoksid i nærvær av vann:

Dehydrering av goetitt:

Oksidasjon fører til nedbryting av fjellet på grunn av følgende effekt. Når oksygen kombinerer med jern, blir de kjemiske bindingene mellom jern og andre elementer ødelagt, noe som svekker strukturen. Selv aluminium og silisium når de blir utsatt for oksidasjonsdannende oksider, kan bli svekket i struktur.

2. Hydrering, hydrolyse, løsning:

Vann til stede på jordoverflaten er et viktig middel for kjemisk forvitring. En reaksjon av vann med et annet stoff kalles hydrering.

Eks: Hydrering av anhydrit for å danne gips

Vann kan også brytes inn i hydrogenioner (H +) og hydroksidioner (OH-). Hvis disse ionene erstatter mineralens ioner, kalles reaksjonen hydrolyse. Vanlige mineraler som gjennomgår hydrolyse er felspar, amfibol og biotitt. Denne prosessen resulterer i hevelse og smuldring i pulver.

Vannet kan oppløse rockemateriale og forårsake forvitring. Denne prosessen kalles forvitring etter løsning. Halitt (Rock salt) og gips er eksempler på mineraler som er oppløselige i vann. Som vann sakte oppløses noen mineraler ut av fjellet, blir de omkringliggende steinmineralene utsatt for ytterligere værforhold.

I noen tilfeller kan strukturen av fjellet bli svekket på grunn av ledige hulrom som er opprettet, noe som fører til krumningen av fjellet. Mineraler oppløst i oppløsning kan kjemisk reagere med hverandre for å danne nye forbindelser. Hvis de resulterende forbindelser er uoppløselige i vann, kan de utfelle ut.

3. Karbonering:

Kjemisk kombinasjon av karbondioksid med et annet stoff kalles karbonering. Kullsyre i gasstilstand kan ikke ha noen effekt på bergarter. Men når karbondioksid kommer i kontakt med vann, dannes karbonsyre som kan virke på vanlige steinmineraler. Mineraler som inneholder natrium, kalium, magnesium og kalsium påvirkes av karbonsyre for å danne karbonater.

Mineralkalsitten er sterkt påvirket av karbonsyre til nesten ødeleggelse. Kalkstein er helt oppløst av karbonsyre som finnes i grunnvann eller regnvann. Som grunnvann inneholdende karbonsyre siver gjennom senger som består av kalsitt, dannes spektakulære huler på grunn av dannelsen av meget store hull.

4. annen kjemisk faktor:

Det er også andre syrer i tillegg til karbonsyre som angriper bergarter og mineraler. Noen av disse syrer er produsert under forfall av organisk materiale. Noen syrer er produsert i form av avfall fra bestemte planter og dyr. Disse syrene blir oppløst i regnvann og siver gjennom jorden som når berggrunnet og kjemisk virker med fjellet.

Noen primitive planter som lager kan vokse på barber når stein er våt og ligge dormant når steinen er tørr, sekresjon fra lavene korroderer steinflaten som løser ut mineralske næringsstoffer som løsner mineralpartiklene. De løsne mineralpartiklene sammen med støv samler seg i bergsprettene. Noen frø kan komme inn i disse jordpartiklene og vokse som fører til ytterligere fysisk forvitring.

Menneskelige aktiviteter blir også kilder til syrer som kan forårsake fjellvær. Hjem, biler, busser, lastebiler osv. Slipper store mengder avgasser og andre forurensende stoffer inn i atmosfæren. Mange av disse, som nitrogen- og svoveloksyder, reagerer kjemisk med vann for å danne reaktive syrer.

Bakterier kan også utøve en viktig innflytelse i å fremme bergesvikt og nedbrytning. Noen av dem er kjent for å gi ut salpetersyre som kan kjemisk virke på bergarter. De mikroskopiske bakteriene trer inn i hver liten spalte produsert av atmosfæriske organer og gjennom de lange perioder medfører oppløsning av overflatebergarter, deres aktivitetstid er begrenset til sommermånedene.

De har blitt lagt merke til på bergarter av stor forskjellig karakter som granitt, skifer, kalkstein, sandstein, vulkansk bergarter og høye fjelltopper samt lavere nivåer. Det er også rapportert at visse forskjellige myrer kontinuerlig heller ut karbonsyre i bakken som fører til forvitring.

Visse andre arter av maur, kjent som saubas eller sauvas, lever i store kolonier, som grener i jorden, hvor de utgraver kamre med gallerier som utstråler i alle retninger som de bærer store mengder blad på.

I regioner av industrielle komplekser er syrer i alarmerende mengde. Vann i nedbør i disse områdene inneholder betydelig mengde syre og regnet kalles ofte surt regn. Sten kan bli forvitret og ødelagt av virkningen av surt regn. Surt regn kan også bryte ned menneskeskapte strukturer og kan skade planter og dyr liv.

Former for kjemisk værstasjon:

1. Løsning:

Dette er en annen form for kjemisk forvitring. Dette skjer når mineraler oppløses i vann (gå i løsning). Dette skjer fordi noen typer stein lett oppløses i regnvann. Forvitring ved oppløsning produserer vanligvis ganske glatte skulpterte overflater. For eksempel viser myk kalsitt og gips ofte tegn på løsningstrykk.

2. Sfærisk forvitring:

Sfærisk forvitring refererer til endring av felles blokker av stein gradvis innover fra deres felger. Kanten regionen av bergbrudd er delvis eller helt omgjort til leire eller andre produkter.

Mens de indre områdene av fjellet forblir relativt friske og faste, blir utsiden utsatt for differensial utvidelser og materialet i denne regionen blir løsnet langs konsentriske ledd. Kjernene dannet rekkevidde i størrelse fra boulder til småstein. De blir avrundet av forvitring. Denne typen forvitring er på grunn av fjellet utsatt for både mekanisk og kjemisk forvitring.

Først er bergarterne splittet og utvikler leddene. De adskilte blokkene av fjellet gjennomgår kjemisk forvitring som følge av at kantene og overflatene på de enkelte adskilte blokkene gjennomgår korrosjon. Som en konsekvens blir de adskilte blokkene omgjort til avrundede steinblokker.

3. Differensiell Weathering:

Vi observerer ofte i mange veiskutt / utvekstslag av stein som alle forvitrer seg med forskjellige hastigheter, og gjør utgrøten til en ujevn stabel flate bergarter. Dette kalles differensiell forvitring.

Dette skjer når lagene i en utkikke inneholder mer enn en type stein, for eksempel kan visse gamle marine miljøer deponere separate lag sand og silt og skape en utvekst av sandstein og skifer. Når disse to typer steinvann er, er resultatet ofte differensial forvitring, der sandsteinene er mer motstandsdyktige mot forvitring enn skifrene.