SEDIMENTÁRNE CYKLY: CHARAKTERISTIKY, ŠTÁDIÁ A PRÍKLADY - ZEMEPIS - 2025

K usadené cykly sa vzťahujú na súbor štádií, ktoré prejdú niektorých minerálnych prvkov prítomných v krajine , s kôrky. Tieto fázy zahŕňajú sled transformácií tvoriacich kruhové časové rady, ktoré sa opakujú po dlhé obdobia.

Ide o biogeochemické cykly, v ktorých sa ukladanie prvku vyskytuje hlavne v zemskej kôre. Medzi minerálne prvky, ktoré sú predmetom sedimentárnych cyklov, patria síra, vápnik, draslík, fosfor a ťažké kovy.

Litologický cyklus. 1 = magma; 2 = kryštalizácia (chladenie horniny); 3 = vyvrelá hornina; 4 = erózia; 5 = sedimentácia; 6 = sedimenty a sedimentárne horniny; 7 = tektonika a metamorfizmus; 8 = metamorfná hornina; 9 = fúzia. Zdroj: Woudloper / Woodwalker

Cyklus sa začína expozíciou hornín obsahujúcich tieto prvky z hĺbky kôry na povrch alebo v jeho blízkosti. Tieto horniny sú potom vystavené poveternostným vplyvom a podliehajú eróznym procesom v dôsledku pôsobenia atmosférických, hydrologických a biologických faktorov.

Erodovaný materiál sa transportuje vodou, gravitáciou alebo vetrom do neskoršej sedimentácie alebo nanesenia minerálneho materiálu na substrát. Tieto vrstvy sedimentu sa akumulujú po milióny rokov a podliehajú procesom zhutňovania a cementovania.

Týmto spôsobom dochádza k lithifikácii sedimentov, to znamená k ich premene späť na pevné kamene vo veľkých hĺbkach. Okrem toho v prechodných fázach sedimentárnych cyklov tiež nastáva biologická fáza, ktorá pozostáva z solubilizácie a absorpcie živými organizmami.

V závislosti od minerálov a okolností ich môžu absorbovať rastliny, baktérie alebo zvieratá, ktoré prechádzajú do trofických sietí. Potom sa minerály vylúčia alebo uvoľnia smrťou organizmu.

vlastnosti

Sedimentárne cykly tvoria jeden z troch typov biogeochemických cyklov a vyznačujú sa tým, že hlavnou zásobnou matricou je litosféra. Tieto cykly majú vlastnú študijnú disciplínu, ktorá sa nazýva sedimentológia.

Čas cyklu

Sedimentárne cykly sa vyznačujú tým, že čas potrebný na dokončenie rôznych štádií je veľmi dlhý, dokonca meraný v miliónoch rokov. Je to tak preto, že tieto minerály zostávajú dlho zabudované v horninách vo veľkých hĺbkach zemskej kôry.

Etapy sedimentárnych cyklov

Je dôležité nestrácať zo zreteľa skutočnosť, že to nie je cyklus, ktorého štádiá sa riadia prísnym sledom. Niektoré fázy sa môžu v priebehu procesu vzájomne zamieňať alebo prezentovať viackrát.

- Expozícia

Horniny vytvorené v určitých hĺbkach zemskej kôry sú vystavené rôznym diastrofickým procesom (zlomeniny, záhyby a vyvýšenia), ktoré ich nakoniec privádzajú na povrch alebo v jeho blízkosti. Týmto spôsobom sú vystavené pôsobeniu environmentálnych faktorov, či už edafických, atmosférických, hydrologických alebo biologických.

Diastrofizmus je produktom konvekčných pohybov zemského plášťa. Tieto pohyby tiež vytvárajú sopečné javy, ktoré odhaľujú horniny dramatickejším spôsobom.

- Počasie

Keď je hornina exponovaná, podlieha zvetrávaniu (rozklad horniny na menšie fragmenty) so zmenami chemického alebo mineralogického zloženia alebo bez zmien. Zvetrávanie je kľúčovým faktorom pri tvorbe pôdy a môže byť fyzikálne, chemické alebo biologické.

fyzický

V tomto prípade faktory, ktoré spôsobujú lámanie hornín, nemenia jeho chemické zloženie, iba fyzikálne premenné, ako je objem, hustota a veľkosť. Je to spôsobené rôznymi fyzikálnymi faktormi, ako je tlak a teplota. V prvom prípade je uvoľnenie tlaku a jeho cvičenie príčinou prasknutí hornín.

Poveternostným vplyvom. Zdroj: Prince Roy, Taipei

Napríklad, ako sa horniny vynárajú z hĺbky kôry, uvoľňujú tlak, expandujú a praskajú. Soli nahromadené v prasklinách tiež vyvíjajú tlak pri rekryštalizácii a prehĺbení zlomenín.

Okrem toho denné alebo sezónne kolísania teploty spôsobujú cykly expanzie a kontrakcie, ktoré nakoniec prelomia horniny.

chémia

Tým sa mení chemické zloženie hornín v procese rozpadu, pretože pôsobia chemické látky. Medzi tieto chemické látky patria kyslík, vodná para a oxid uhličitý.

Spôsobujú rôzne chemické reakcie, ktoré ovplyvňujú súdržnosť horniny a transformujú ju vrátane oxidácie, hydratácie, karbonácie a rozpúšťania.

biologický

Biologické činitele pôsobia kombináciou fyzikálnych a chemických faktorov vrátane tlaku, trenia a ďalších. Zatiaľ čo ako chemické látky sú vylučované kyseliny, alkálie a ďalšie látky.

Napríklad rastliny sú veľmi účinné poveternostné činidlá, ktoré svojimi koreňmi rozdeľujú horniny. Je to tak vďaka fyzickému pôsobeniu radikálneho rastu a vylučovaniam, ktoré vydávajú.

- Erózia

Erózia pôsobí priamo na skalu a na produkty zvetrávania vrátane vytvorenej pôdy. Na druhej strane ide o prepravu erodovaného materiálu, pričom rovnakým erodujúcim činidlom je dopravný prostriedok a môže to byť vietor aj voda.

Erózia. Zdroj: Carl Wycoff

Gravitačná erózia sa tiež zaznamenáva, keď dochádza k strmému materiálu a opotrebovaniu na strmých svahoch. Pri erozívnom procese sa materiál fragmentuje na ešte menšie minerálne častice, ktoré sú náchylné na prepravu na veľké vzdialenosti.

vietor

Erózne pôsobenie vetra sa prejavuje tak ťahaním, ako aj opotrebovaním, ktoré zase unáša častice na iné povrchy.

voda

Vodná erózia pôsobí tak fyzikálnym pôsobením nárazu dažďovej vody alebo povrchových prúdov, ako aj chemickým pôsobením. Extrémnym príkladom erozívneho účinku zrážok je kyslý dážď, najmä na vápenaté skaly.

- Doprava

Minerálne častice sú prenášané látkami, ako sú voda, vietor alebo gravitácia, na veľké vzdialenosti. Je dôležité vziať do úvahy, že každý dopravný prostriedok má definovanú nosnosť, pokiaľ ide o veľkosť a množstvo častíc.

Gravitáciou sa môžu pohybovať aj veľké, dokonca mierne zvetrané skaly, zatiaľ čo vietor nesie veľmi malé častice. Okrem toho okolie určuje vzdialenosť, pretože gravitácia prenáša veľké kamene na krátke vzdialenosti, zatiaľ čo vietor posúva malé častice na obrovské vzdialenosti.

Voda môže prepravovať širokú škálu veľkostí častíc, vrátane veľkých hornín. Toto činidlo môže niesť častice krátke alebo extrémne dlhé vzdialenosti, v závislosti od prietoku.

- Sedimentácia a akumulácia

Pozostáva z uloženia prepravovaného materiálu v dôsledku zníženia rýchlosti dopravného prostriedku a gravitácie. V tomto zmysle môže dôjsť k fluviálnej, prílivovej alebo seizmickej sedimentácii.

Sedimentácie. Zdroj: Calogerogalati

Keďže reliéf Zeme pozostáva z gradientu, ktorý siaha od maximálnych nadmorských výšok po morské dno, dochádza k najväčšej sedimentácii. Postupom času sa vrstvy sedimentu vytvárajú jedna na druhej.

- Solubilizácia, absorpcia a biologické uvoľňovanie

Hneď ako dôjde k zvetrávaniu skalnatého materiálu, je možné rozpustiť uvoľnené minerály a absorbovať ich živými bytosťami. Túto absorpciu môžu uskutočňovať rastliny, baktérie alebo dokonca priamo zvieratá.

Rastliny konzumujú bylinožravce a tieto mäsožravce a všetky rozkladače, pričom sa minerály stávajú súčasťou trofických sietí. Rovnako existujú baktérie a huby, ktoré priamo absorbujú minerály a dokonca aj zvieratá, ako sú napríklad papagáje, ktoré konzumujú hlinu.

- Litifikácia

Cyklus je ukončený fázou litifikácie, to znamená vytvorením novej horniny. Stáva sa to, keď sa minerály usadia a vytvárajú následné vrstvy, ktoré sa hromadia a vyvíjajú obrovský tlak.

Vrstvy hlbšie v kôre sa zhutňujú a stmelia na pevnú horninu a tieto vrstvy sa opäť podrobia diastrofickým procesom.

utužovanie

Produkt tlaku vyvíjaného vrstvami sedimentu, ktoré sa hromadí v následných fázach sedimentácie, sa dolné vrstvy zhutňujú. To znamená, že póry alebo priestory, ktoré existujú medzi časticami sedimentu, sú zmenšené alebo zmiznú.

tmelenie

Tento proces spočíva v ukladaní cementových látok medzi časticami. Tieto látky, ako je kalcit, oxidy, oxid kremičitý a ďalšie, kryštalizujú a cementujú materiál na pevný kameň.

Príklady sedimentárnych cyklov

- Cyklus sedimentárnej síry

Síra je podstatnou zložkou určitých aminokyselín, ako je cystín a metionín, ako aj vitamínov, ako je tiamín a biotín. Jeho sedimentárny cyklus zahŕňa plynnú fázu.

Tento minerál vstupuje do cyklu kvôli zvetrávaniu hornín (bridlice a ďalšie sedimentárne horniny), rozkladu organických látok, sopečnej aktivite a priemyselným prínosom. Zdrojom síry v cykle sú aj ťažba, ťažba ropy a spaľovanie fosílnych palív.

Formy síry v týchto prípadoch sú sírany (S04) a sírovodík (H2S); sírany sú v pôde aj rozpustené vo vode. Sírany sú absorbované a asimilované rastlinami cez ich korene a prechádzajú do trofických sietí.

Keď organizmy odumrú, pôsobia baktérie, huby a iné rozkladače, pričom uvoľňujú síru vo forme plynného sírovodíka, ktorý prechádza do atmosféry. Sirovodík sa rýchlo oxiduje zmiešaním s kyslíkom za vzniku síranov, ktoré sa zrážajú k zemi.

Baktérie síry

Anaeróbne baktérie pôsobia v bažinovom kale a všeobecne pri rozklade organických látok. Tieto procesy SO4 vytvárajú plynný H2S, ktorý sa uvoľňuje do atmosféry.

Kyslý dážď

Tvorí sa kvôli prekurzorom, ako je H2S, emitovaným do atmosféry priemyselným odvetvím, sírnym baktériám a sopečným erupciám. Tieto prekurzory reagujú s vodnou parou a tvoria S04, ktorý sa potom zráža.

- Sedimentárny cyklus vápnika

Vápnik sa nachádza v sedimentárnych horninách vytvorených na morskom dne a jazerách vďaka príspevkom organizmov vybavených vápenatými škrupinami. Podobne je voľný ionizovaný vápnik vo vode, ako v oceánoch v hĺbkach väčších ako 4 500 m, kde je uhličitan vápenatý rozpustený.

Horniny bohaté na vápnik, ako napríklad vápenec, dolomit a fluorit, sú zvetrané a uvoľňujú vápnik. Dažďová voda rozpúšťa atmosférický CO2, čo vedie k kyseline uhličitej, ktorá uľahčuje rozpúšťanie vápencových hornín a uvoľňuje HCO 3– a Ca 2+.

Vápnik sa v týchto chemických formách prenáša dažďovou vodou do riek, jazier a oceánov. Toto je najhojnejší katión v pôde, z ktorého ho rastliny absorbujú, zatiaľ čo zvieratá ho berú z rastlín alebo sa priamo rozpustia vo vode.

Vápnik je nevyhnutnou súčasťou škrupín, exoskeletónov, kostí a zubov, takže keď zomrie, znovu sa integruje do životného prostredia. V prípade oceánov a jazier sa usadzuje na dne a procesy litifikácie tvoria nové vápenaté horniny.

- Sedimentárny draslíkový cyklus

Draslík je základným prvkom v bunkovom metabolizme, pretože hrá dôležitú úlohu pri osmotickej regulácii a fotosyntéze. Draslík je súčasťou minerálov v pôde a horninách, pretože sú ílovité pôdy bohaté na tento minerál.

Meteorologické procesy uvoľňujú vo vode rozpustné draselné ióny, ktoré môžu byť absorbované koreňmi rastlín. Ľudia tiež pridávajú draslík do pôdy ako súčasť postupov hnojenia plodín.

Prostredníctvom zeleniny sa draslík distribuuje v trofických sieťach a potom sa rozkladá pri rozklade do pôdy.

- Cyklus sedimentárneho fosforu

Hlavné zásoby fosforu sú v morských sedimentoch, pôdach, fosfátových horninách a guano (exkrementy morských vtákov). Jeho sedimentárny cyklus začína fosfátovými horninami, ktoré pri počasí a erózii uvoľňujú fosfáty.

Podobne aj ľudia pridávajú do pôdy ďalšie množstvá fosforu pomocou hnojív alebo hnojív. Zlúčeniny fosforu sa spolu so zvyškom sedimentov prenášajú dažďom do vodných prúdov a odtiaľ do oceánu.

Tieto zlúčeniny čiastočne sedimentujú a ďalšia časť je začlenená do morských potravinových sietí. Jedna zo slučiek cyklu sa vyskytuje, keď je fosfor rozpustený v morskej vode konzumovaný fytoplanktónom, to zase rybami.

Ryby potom konzumujú morské vtáky, ktorých exkrementy obsahujú veľké množstvo fosforu (guano). Guano sa používa u ľudí ako organické hnojivo na dodávanie fosforu plodinám.

Fosfor, ktorý zostane v morskom sedimente, podlieha procesom litifikácie a vytvára nové fosfátové horniny.

- Sedimentárny cyklus ťažkých kovov

Medzi ťažké kovy patria niektoré, ktoré plnia základné funkcie pre život, napríklad železo, a iné, ktoré sa môžu stať toxickými, napríklad ortuť. Medzi ťažké kovy existuje viac ako 50 prvkov, ako je arzén, molybdén, nikel, zinok, meď a chróm.

Niektoré, ako napríklad železo, sú hojné, ale väčšina týchto prvkov sa nachádza v relatívne malom množstve. Na druhej strane sa môžu v biologickej fáze sedimentárneho cyklu akumulovať v živých tkanivách (bioakumulácia).

V tomto prípade, keďže sa s nimi nie je ľahké nakladať, sa ich akumulácia zvyšuje v potravinových reťazcoch, čo spôsobuje vážne zdravotné problémy.

zdroje

Ťažké kovy pochádzajú z prírodných zdrojov v dôsledku poveternostných vplyvov a erózie pôdy. Významné antropické príspevky majú aj priemyselné emisie, spaľovanie fosílnych palív a elektronického odpadu.

Všeobecný sedimentárny cyklus

Vo všeobecnosti ťažké kovy nasledujú sedimentačný cyklus, ktorý začína od ich hlavného zdroja, ktorým je litosféra, a prechádzajú atmosférou, hydrosférou a biosférou. Meteorologické procesy uvoľňujú ťažké kovy do zeme a odtiaľ môžu znečistiť vodu alebo vniknúť do atmosféry prachom z vetra.

Sopečná aktivita tiež prispieva k emisiám ťažkých kovov do atmosféry a dážď ich prenáša zo vzduchu na zem az toho do vodných plôch. Medziprodukty vytvárajú slučky v cykle kvôli vyššie uvedeným ľudským činnostiam a vstupu ťažkých kovov do potravinových sietí.

Referencie

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Encyklopédia ekológie a environmentálneho manažmentu.
2. Christopher R. a Fielding, CR (1993). Prehľad nedávneho výskumu fluviálnej sedimentológie. Sedimentárna geológia.
3. Margalef, R. (1974). Ecology. Vydania Omega.
4. Márquez, A., García, O., Senior, W., Martínez, G., González, A. a Fermín. I. (2012). Ťažké kovy v povrchových sedimentoch rieky Orinoco vo Venezuele. Bulletin oceánografického ústavu Venezuely.
5. Miller, G. a TYLER, JR (1992). Ekológia a životné prostredie. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Rovira-Sanroque, JV (2016). Kontaminácia ťažkými kovmi v sedimentoch rieky Jarama a jej bioassimilácia tuberkulózami (Annelida: Oligochaeta, Tubificidae). Dizertačná práca. Fakulta biologických vied, Univerzita Complutense v Madride.
7. Odum, EP a Warrett, GW (2006). Základy ekológie. Piate vydanie. Thomson.