FORVITRING: TYPER OG PROSESSER - GEOGRAFÍA - 2025

Den forvitring er fordelingen av bergarter ved mekanisk desintegrering og kjemisk nedbrytning. Mange dannes ved høye temperaturer og trykk dypt i jordskorpen; når de utsettes for lavere temperaturer og trykk på overflaten og møter luft, vann og organismer, brytes de ned og brudd.

Levende ting har også en innflytelsesrik rolle i forvitring, siden de påvirker bergarter og mineraler gjennom forskjellige biofysiske og biokjemiske prosesser, hvorav de fleste ikke er kjent i detalj.

Devil's Marbles, en værknust bergart, Australia. Kilde: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg

Det er i utgangspunktet tre hovedtyper som forvitring foregår gjennom; dette kan være fysisk, kjemisk eller biologisk. Hver av disse variantene har spesifikke egenskaper som påvirker bergarter på forskjellige måter; selv i noen tilfeller kan det være en kombinasjon av flere fenomener.

Fysisk forvitring eller

Mekaniske prosesser reduserer bergartene til gradvis mindre fragmenter, som igjen øker overflatearealet som er utsatt for kjemisk angrep. De viktigste mekaniske forvitringsprosessene er følgende:

- Nedlastingen.

- Handlingen av frost.

- Termisk spenning forårsaket av oppvarming og kjøling.

- Utvidelsen.

- Krymping på grunn av fukting med påfølgende tørking.

- Trykket utøvet av vekst av saltkrystaller.

En viktig faktor i mekanisk forvitring er tretthet eller gjentatt stressgenerering, noe som reduserer toleransen for skader. Resultatet av utmattelse er at berget vil sprekke ved et lavere stressnivå enn et ikke-utmattet prøve.

nedlasting

Når erosjon fjerner materiale fra overflaten, avtar det begrensende trykket på de underliggende bergartene. Det lavere trykket gjør at mineralkornene kan skille seg ytterligere og skape hulrom; berg utvides eller utvider seg og kan sprekke.

I granitt eller andre tette berggruver kan for eksempel trykkfrigjøring fra gruvedrift være voldelig og til og med forårsake eksplosjoner.

Exfoliation Dome i Yosemite nasjonalpark, USA. Kilde: Diliff, fra Wikimedia Commons

Frys brudd eller gelering

Vannet som opptar porene i en bergart ekspanderer med 9% når det er frossent. Denne utvidelsen genererer indre trykk som kan forårsake fysisk desintegrasjon eller brudd på fjellet.

Gelering er en viktig prosess i kalde omgivelser, hvor frys-tine sykluser forekommer konstant.

Fysisk forvitring av en konkret "varde". Kilde: LepoRello. , fra Wikimedia Commons

Oppvarming-kjølesykluser (termoklastikk)

Bergarter har lav varmeledningsevne, noe som betyr at de ikke er flinke til å lede varme bort fra overflatene. Når bergarter varmes opp, øker den ytre overflaten i temperatur mye mer enn den indre delen av berget. Av denne grunn har den ytre delen større utvidelse enn den interne.

I tillegg viser bergarter som består av forskjellige krystaller forskjellig oppvarming: krystaller med en mørkere farge varmer opp raskere og avkjøler saktere enn lysere krystaller.

Utmattelse

Disse termiske spenningene kan forårsake bergens oppløsning og dannelse av enorme flak, skjell og ark. Gjentatt oppvarming og avkjøling gir en effekt som kalles utmattethet som fremmer termisk forvitring, også kalt termoklastikk.

Generelt kan utmattelse defineres som effekten av forskjellige prosesser som reduserer materialets toleranse for skade.

Bergskala

Peeling eller arkfolie av termisk stress inkluderer også generering av fjellflak. På samme måte kan den intense varmen som genereres av skogbranner og atomeksplosjoner føre til at stein faller fra hverandre og til slutt går i stykker.

I India og Egypt ble for eksempel brann brukt i mange år som et ekstraksjonsverktøy i steinbrudd. Daglige svingninger i temperatur, selv i ørkener, ligger imidlertid godt under ytterpunktene som nådes av lokale branner.

Fukting og tørking

Leirholdige materialer - for eksempel gjørme og skifer - utvider seg betydelig ved fukting, noe som kan indusere dannelse av mikrofeil eller mikrofrakturer (mikrokrakker) eller utvidelse av eksisterende sprekker.

I tillegg til effekten av utmattethet, fører ekspansjon og svinnssyklus - assosiert med fukting og tørking - til fjellforvitring.

Forvitring ved vekst av saltkrystaller eller haloklastikk

I kyst- og tørre regioner kan saltkrystaller vokse i saltløsninger som konsentreres ved fordampning av vannet.

Krystallisering av salt i mellomrommene eller porene i bergartene gir spenninger som utvider dem, og dette fører til bergens granulære oppløsning. Denne prosessen er kjent som salt forvitring eller haloklastikk.

Når saltkrystaller som dannes i bergens porer blir oppvarmet eller blir mettet med vann, ekspanderer de og utøver trykk mot porene i nærheten; dette produserer henholdsvis varmestress eller hydrasjonsspenning, som begge bidrar til forvitring av fjellet.

Kjemisk forvitring

Denne forvitringstypen innebærer en lang rekke kjemiske reaksjoner, og virker sammen på mange forskjellige bergarter, over klimaforholdene.

Denne store variasjonen kan grupperes i seks hovedtyper av kjemiske reaksjoner (alle involvert i nedbrytning av berg), nemlig:

- Oppløsning.

- Hydrering.

- Oksidasjon og reduksjon.

- Karbonatisering.

- Hydrolyse.

Oppløsning

Mineralsalter kan oppløses i vann. Denne prosessen involverer dissosiasjon av molekylene i deres anioner og kationer, og hydratisering av hvert ion; det vil si at ionene omgir seg med vannmolekyler.

Oppløsning anses generelt som en kjemisk prosess, selv om den ikke innebærer faktiske kjemiske transformasjoner. Ettersom oppløsning oppstår som et første skritt for andre kjemiske forvitringsprosesser, faller den i denne kategorien.

Oppløsning reverseres lett: når løsningen blir overmettet, faller noe av det oppløste materialet ut som et fast stoff. En mettet løsning har ikke evnen til å løse opp mer fast stoff.

Mineraler varierer i løselighet, og blant de mest oppløselige i vann er alkalimetallklorider, for eksempel steinsalt eller halitt (NaCl) og potash salt (KCl). Disse mineralene finnes bare i veldig tørre klima.

Gips ( CaSO ₄ .2H ₂ O) er også ganske løselig, mens kvarts, har en meget lav oppløselighet.

Løseligheten til mange mineraler avhenger av konsentrasjonen av frie hydrogenioner (H ⁺ ) i vannet. H ⁺ -ioner måles som pH-verdien, som indikerer surhetsgraden eller alkaliteten til en vandig løsning.

hydration

Forvitring av hydrering er en prosess som oppstår når mineraler adsorberer vannmolekyler på overflaten eller absorberer den, inkludert dem i krystallgitterene. Dette ekstra vannet skaper en volumøkning som kan føre til at bergarten blir brudd.

I fuktige klima med mellom breddegrader gir jordens farger bemerkelsesverdige variasjoner: den kan observeres fra brunlig til gulaktig. Disse fargene er forårsaket av hydratisering av den rødlig jernoksydhematitten, som blir til en oksidfarget goetitt (jernoksyhydroksid).

Opptaket av vann av leirpartiklene er også en form for hydrering som fører til utvidelse av dette. Så, mens leiren tørker, sprekker skorpen.

Oksidasjon og reduksjon

Oksidasjon oppstår når et atom eller ion mister elektroner, øker sin positive ladning eller reduserer dens negative ladning.

En av de eksisterende oksidasjonsreaksjonene involverer kombinasjonen av oksygen med et stoff. Oppløst oksygen i vann er et vanlig oksidasjonsmiddel i miljøet.

Oksidativ slitasje påvirker hovedsakelig jernholdige mineraler, selv om elementer som mangan, svovel og titan også kan ruste.

Reaksjonen for jern - som oppstår når oppløst oksygen i vann kommer i kontakt med jernholdige mineraler - er som følger:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e ^-

I dette uttrykket representerer e ^- elektroner.

Jernholdig jern (Fe ²⁺ ) som finnes i de fleste bergdannende mineraler, kan omdannes til dets jernform (Fe ³⁺ ) ved å endre den nøytrale ladningen av krystallgitteret. Denne endringen fører noen ganger til at den kollapser og gjør mineralet mer utsatt for kjemisk angrep.

karbonatisering

Karbonering er dannelsen av karbonater, som er saltene av kullsyre (H ₂ CO ₃ ). Karbondioksid løses opp i naturlige farvann for å danne kullsyre:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Deretter karbonsyre dissosierer til et hydratisert hydrogenion (H ₃ O ⁺ ) og en bicarbonationer, etter følgende reaksjon:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Kullsyre angriper mineraler som danner karbonater. Karbonering dominerer forvitring av kalkholdige bergarter (som er kalksteiner og dolomitter); i disse er hovedmineralet kalsitt eller kalsiumkarbonat (CaCO ₃ ).

Kalsitt reagerer med kullsyre og danner surt kalsiumkarbonat, Ca (HCO ₃ ) _2, som i motsetning til kalsitt, lett løses opp i vann. Dette er grunnen til at noen kalkstein er så utsatt for oppløsning.

De reversible reaksjonene mellom karbondioksid, vann og kalsiumkarbonat er sammensatte. I hovedsak kan prosessen oppsummeres som følger:

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

Hydrolyse

Generelt er hydrolyse - den kjemiske nedbrytningen ved virkning av vann - den viktigste prosessen med kjemisk forvitring. Vann kan bryte ned, oppløse eller endre mottakelige primære mineraler i bergarter.

I denne prosessen reagerer vannet dissosiert til hydrogenskationer (H ⁺ ) og hydroksylanioner (OH ^- ) direkte med silikatmineraler i bergarter og jordsmonn.

Hydrogenionen byttes ut med en metallkation av silikatmineraler, vanligvis kalium (K ⁺ ), natrium (Na ⁺ ), kalsium (Ca ^{2 +)} eller magnesium (Mg ^{2 +} ). Den frigjorte kationen kombineres deretter med hydroksylanionen.

For eksempel, reaksjonen for hydrolyse av det mineral kalt ortoklas, som har den kjemiske formel Kalsi ₃ O ₈ , er som følger:

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

Ortoklase blir så omdannet til aluminosilicic acid, HAlSi ₃ O _8, og kaliumhydroksyd (KOH).

Denne typen reaksjoner spiller en grunnleggende rolle i dannelsen av noen karakteristiske relieffer; for eksempel er de involvert i dannelsen av karst-lettelsen.

Biologisk forvitring

Noen levende organismer angriper bergarter mekanisk, kjemisk eller ved en kombinasjon av mekaniske og kjemiske prosesser.

planter

Planterøtter - spesielt de av trær som vokser i flate steinbed - kan ha en biomekanisk effekt.

Denne biomekaniske effekten oppstår når roten vokser, etter hvert som trykket som den utøver på omgivelsene øker. Dette kan føre til brudd på rotbunnsbergartene.

Biologisk meteorisering. Tetrameles nudiflora vokser på en tempelruin i Angkor, Kambodsja. Kilde: Diego Delso, delso.photo, CC-BY-SA-lisens via https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya ,_2013-08-16,_DD_41.JPG

laver

Lavene er organismer som består av to symbionter: en sopp (mycobiont) og en alge som vanligvis er cyanobakterier (phycobiont). Disse organismene er rapportert som kolonisatorer som øker forvitring av fjell.

For eksempel har det blitt funnet at Stereocaulon vesuvianum er installert på lavastrømmer, og klarer å forbedre forvitringshastigheten opptil 16 ganger sammenlignet med ikke-koloniserte overflater. Disse prisene kan dobles på fuktige steder, for eksempel på Hawaii.

Det har også blitt bemerket at når lav dør, etterlater de en mørk flekk på fjelloverflater. Disse flekkene absorberer mer stråling enn de omkringliggende lysområdene i berget, og fremmer dermed termisk forvitring eller termoklastikk.

Mytilus edulis er en steinkjedelig blåskjell. Kilde: Andreas Trepte, fra Wikimedia Commons

Marine organismer

Enkelte marine organismer skraper overflaten av bergarter og bore hull i dem, noe som fremmer algeveksten. Disse piercingorganismer inkluderer bløtdyr og svamper.

Eksempler på denne typen organismer er blåskjell (Mytilus edulis) og den planteetende gastropoden Cittarium pica.

Laven Stereocaulon vesuvianum er en kolonisator som er installert i lavastrømmer, Kanariøyene Fuerteventura og Lanzarote i Spania. Kilde: Lairich Rig via https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg

chelation

Chelation er en annen forvitringsmekanisme som innebærer fjerning av metallioner og spesielt aluminium, jern og manganioner fra bergarter.

Dette oppnås ved binding og sekvestrering av organiske syrer (som fulvinsyre og huminsyre), for å danne oppløselige organiske stoff-metallkomplekser.

I dette tilfellet kommer chelateringsmidlene fra nedbrytningsproduktene fra planter og sekresjoner fra røttene. Kelering oppfordrer til kjemisk forvitring og metalloverføring i jord eller berg.

referanser

1. Pedro, G. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93–105.
2. Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2. utg. Med et bidrag fra APW Hodder. Oxford: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Naturen og hastigheten på forvitring av lav på lavastrømmer på Lanzarote. Geomorfologi, 47 (1), 87–94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas, MF (1994). Geomorfologi i tropene: En studie av forvitring og avvisning i lave breddegrader. Chichester: John Wiley & Sons.
5. White, WD, Jefferson, GL og Hama, JF (1966) kvartsitt-karst i det sørøstlige Venezuela. International Journal of Speleology 2, 309–14.
6. Yatsu, E. (1988). Forvitringens natur: en introduksjon. Tokyo: Sozosha.