POČASIE: TYPY A PROCESY - GEOGRAFIA - 2025

Zvetrávaniu je zrútenie hornín mechanickou dezintegráciou a chemického rozkladu. Mnohé sa tvoria pri vysokých teplotách a tlakoch hlboko v zemskej kôre; ak sú vystavené nízkym teplotám a tlakom na povrchu a stretávajú sa so vzduchom, vodou a organizmami, rozkladajú sa a praskajú.

Živé veci tiež zohrávajú významnú úlohu pri zvetrávaní, pretože ovplyvňujú horniny a minerály rôznymi biofyzikálnymi a biochemickými procesmi, z ktorých väčšina nie je podrobne známa.

Devil's Marbles, rock s prasknutým počasím, Austrália. Zdroj: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg

V zásade existujú tri hlavné typy, prostredníctvom ktorých sa uskutočňuje počasie; môže to byť fyzikálne, chemické alebo biologické. Každá z týchto variantov má špecifické vlastnosti, ktoré ovplyvňujú horniny rôznymi spôsobmi; dokonca v niektorých prípadoch môže existovať kombinácia viacerých javov.

Fyzikálne zvetrávanie alebo

Mechanické procesy redukujú horniny na postupne menšie fragmenty, čo zase zvyšuje povrchovú plochu vystavenú chemickému pôsobeniu. Hlavné mechanické procesy zvetrávania sú tieto:

- Stiahnutie.

- Pôsobenie námrazy.

- Tepelné namáhanie spôsobené zahrievaním a chladením.

- Rozšírenie.

- Zmraštenie spôsobené zmáčaním s následným sušením.

- Tlaky vyvolané rastom kryštálov soli.

Dôležitým faktorom pri mechanickom zvetrávaní je únava alebo opakované generovanie napätia, ktoré znižuje toleranciu k poškodeniu. Výsledkom únavy je to, že hornina sa zlomí pri nižšej úrovni stresu ako unavená vzorka.

Stiahnuť ▼

Keď erózia odstráni materiál z povrchu, obmedzujúci tlak na podložie sa zníži. Nižší tlak umožňuje minerálnym zrnám ďalej sa oddeľovať a vytvárať medzery; hornina sa rozširuje alebo rozširuje a môže sa zlomiť.

Napríklad v žulových alebo iných hustých skalných baniach môže byť uvoľnenie tlaku z ťažobných lomov násilné a dokonca môže spôsobiť výbuchy.

Exfoliation Dome v národnom parku Yosemite, USA. Zdroj: Diliff, z Wikimedia Commons

Zlomte alebo želatínujte za mrazu

Voda, ktorá zaberá póry v skale, sa po zamrznutí rozšíri o 9%. Táto expanzia vytvára vnútorný tlak, ktorý môže spôsobiť fyzickú dezintegráciu alebo lom horniny.

Želírovanie je dôležitým procesom v chladnom prostredí, kde sa neustále vyskytujú cykly zmrazovania a rozmrazovania.

Fyzikálne zvetrávanie konkrétneho „mohyla“. Zdroj: LepoRello. , z Wikimedia Commons

Cykly zahrievania a chladenia (termoklasty)

Horniny majú nízku tepelnú vodivosť, čo znamená, že nie sú dobré na odvádzanie tepla z ich povrchov. Pri zahrievaní hornín sa teplota vonkajšieho povrchu zvyšuje oveľa viac ako vnútorná časť horniny. Z tohto dôvodu vonkajšia časť trpí väčšou dilatáciou ako vnútorná.

Horniny vyrobené z rôznych kryštálov navyše vykazujú rôzne zahrievanie: kryštály s tmavším sfarbením sa zahrievajú rýchlejšie a ochladzujú pomalšie ako ľahšie kryštály.

únava

Tieto tepelné napätia môžu spôsobiť rozpad horniny a vznik veľkých vločiek, škrupín a listov. Opakované zahrievanie a chladenie vytvára efekt nazývaný únava, ktorý podporuje tepelné poveternostné podmienky, tiež nazývaný termoklastika.

Únavu možno všeobecne definovať ako účinok rôznych procesov, ktoré znižujú znášanlivosť materiálu voči poškodeniu.

Skalné váhy

Odlupovanie alebo poťahovanie tepelným stresom zahŕňa aj vytváranie skalných vločiek. Intenzívne teplo generované lesnými požiarmi a jadrovými výbuchmi môže spôsobiť rozpad horniny a jej rozpad.

Napríklad v Indii a Egypte sa požiar používal mnoho rokov ako nástroj ťažby v lomoch. Denné výkyvy teploty, ktoré sa vyskytujú dokonca aj v púšti, sú však hlboko pod extrémami, ktoré dosiahli miestne požiare.

Zmáčanie a sušenie

Materiály obsahujúce hlinku - ako sú bahno a bridlica - sa po zvlhčení značne rozširujú, čo môže spôsobiť tvorbu mikrotrhlín alebo mikrotrhlín (mikrotrhlín) alebo zväčšenie existujúcich trhlín.

Okrem účinkov únavy, expanzie a zmrašťovania, ktoré sú spojené so zmáčaním a sušením, vedú k poveternostným vplyvom.

Zvetrávanie rastom kryštálov soli alebo haloclasty

V pobrežných a vyprahnutých oblastiach môžu kryštály soli rásť v soľných roztokoch, ktoré sa koncentrujú odparením vody.

Kryštalizácia soli v medzerách alebo póroch hornín spôsobuje stres, ktorý ich rozširuje, čo vedie k granulovanej dezintegrácii horniny. Tento proces je známy ako zvetrávanie soľným roztokom alebo haloclastika.

Keď sa kryštály soli, ktoré sa tvoria v póroch horniny, zahrievajú alebo sú nasýtené vodou, expandujú a vyvíjajú tlak na steny pórov v blízkosti; to vedie k tepelnému stresu alebo hydratačnému stresu (v danom poradí), ktoré prispievajú k zvetrávaniu horniny.

Chemické poveternostné podmienky

Tento typ poveternostných podmienok zahŕňa celý rad chemických reakcií, ktoré pôsobia spoločne na mnohých rôznych druhoch hornín v celom rozsahu klimatických podmienok.

Túto veľkú rozmanitosť možno rozdeliť do šiestich hlavných typov chemických reakcií (všetky sa podieľajú na rozklade horniny), a to:

- Rozpustenie.

- Hydratácia.

- Oxidácia a redukcia.

- Sýtenie.

- Hydrolýza.

rozpustenie

Minerálne soli sa môžu rozpustiť vo vode. Tento proces zahŕňa disociáciu molekúl na ich anióny a katióny a hydratáciu každého iónu; to znamená, že ióny sa obklopujú molekulami vody.

Rozpúšťanie sa všeobecne považuje za chemický proces, hoci nezahŕňa skutočné chemické premeny. Pretože rozpúšťanie sa vyskytuje ako počiatočný krok pri iných chemických poveternostných procesoch, patrí do tejto kategórie.

Rozpúšťanie sa ľahko zvráti: keď sa roztok presýti, časť rozpusteného materiálu sa vyzráža ako pevná látka. Nasýtený roztok nemá schopnosť rozpustiť viac tuhej látky.

Minerály sa líšia v ich rozpustnosti a medzi najrozpustnejšie vo vode patria chloridy alkalických kovov, ako je kamenná soľ alebo halit (NaCl) a draselná soľ (KCl). Tieto minerály sa vyskytujú iba vo veľmi suchých podnebiach.

Sadra ( CaSO ₄ .2H ₂ O) je tiež veľmi rozpustný, zatiaľ čo kremeň má veľmi nízku rozpustnosť.

Rozpustnosť mnohých minerálov závisí od koncentrácie voľných vodíkových iónov (H ⁺ ) vo vode. H ⁺ ióny sa merajú ako hodnota pH, ktorá udáva stupeň kyslosti alebo zásaditosti vodného roztoku.

hydratácia

Hydratačné zvetrávanie je proces, ku ktorému dochádza, keď minerály adsorbujú molekuly vody na svojom povrchu alebo absorbujú ich vrátane ich kryštálových mriežok. Táto ďalšia voda spôsobuje zvýšenie objemu, ktoré môže spôsobiť lomu horniny.

Vo vlhkom podnebí stredných zemepisných šírkach sú farby pôdy pozoruhodné: možno pozorovať hnedastú až nažltlú farbu. Tieto sfarbenia sú spôsobené hydratáciou načervenalého hematitu oxidu železitého, ktorý sa mení na oxidom zafarbený goethit (oxyhydroxid železa).

Príjem vody ílovými časticami je tiež formou hydratácie, ktorá vedie k jej expanzii. Potom, ako hlina zaschne, praskne kôra.

Oxidácia a redukcia

K oxidácii dochádza, keď atóm alebo ión stráca elektróny, zvyšuje ich kladný náboj alebo znižuje záporný náboj.

Jednou z existujúcich oxidačných reakcií je kombinácia kyslíka s látkou. Rozpustený kyslík vo vode je bežným oxidačným činidlom v prostredí.

Oxidačné opotrebenie ovplyvňuje hlavne minerály obsahujúce železo, hoci prvky ako mangán, síra a titán môžu tiež hrdzaviť.

Reakcia na železo - ktorá nastáva, keď sa rozpustený kyslík vo vode dostane do kontaktu s minerálmi obsahujúcimi železo - je nasledujúca:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2FE ₂ O ₃ + 2e ^-

V tomto výraze e ^- predstavuje elektróny.

Železné železo (Fe ²⁺ ), ktoré sa nachádza vo väčšine minerálov tvoriacich horniny, sa môže zmeniť na jeho železitú formu (Fe ³⁺ ) zmenou neutrálneho náboja kryštalickej mriežky. Táto zmena niekedy spôsobuje, že sa zrúti a spôsobuje, že minerál je náchylnejší na chemické útoky.

carbonation

Sýtenie oxidom uhličitým je tvorba uhličitanov, čo sú soli kyseliny uhličitej (H ₂ CO ₃ ). Oxid uhličitý sa rozpúšťa v prírodných vodách za vzniku kyseliny uhličitej:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Následne, kyseliny uhličitej disociuje na hydratované vodíkových iónov (H ₃ O ⁺ ) a hydrogénuhličitan iónov, po nasledovnej reakcii:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Kyselina uhličitá napáda minerály tvoriace uhličitany. Karbonácia dominuje zvetrávaniu vápenatých hornín (ktoré sú vápencami a dolomitmi); v nich hlavnej minerálnej je kalcit alebo uhličitan vápenatý (CaCO ₃ ).

Kalcit reaguje s kyselinou uhličitou za vzniku kyslého uhličitanu vápenatého, Ca (HCO ₃ ) _2, ktorý sa na rozdiel od kalcitu vo vode ľahko rozpúšťa. Preto sú niektoré vápence náchylné na rozpúšťanie.

Reverzibilné reakcie medzi oxidom uhličitým, vodou a uhličitanom vápenatým sú komplexné. Proces možno v podstate zhrnúť takto:

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

hydrolýza

Všeobecne je hydrolýza - chemická degradácia pôsobením vody - hlavným procesom chemického zvetrávania. Voda môže štiepiť, rozpúšťať alebo modifikovať náchylné primárne minerály v horninách.

V tomto procese voda disociovaná na vodíkové katióny (H ⁺ ) a hydroxylové anióny (OH ^- ) reaguje priamo so silikátovými minerálmi v horninách a pôdach.

Vodíkový ión sa vymieňa za katión kovu kremičitanových minerálov, obvykle draslíka (K ⁺ ), sodíka (Na ⁺ ), vápnika (Ca2 ⁺⁾ alebo horčíka (Mg2 ⁺ ). Uvoľnený katión sa potom kombinuje s hydroxylovým aniónom.

Napríklad, reakcie pre hydrolýzu minerálu ortoklas, ktorá má chemický vzorec Kalsi ₃ O ₈ , je nasledujúci:

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

Takže ortoklas sa prevedie na kyselinu aluminosilicic, Háls ₃ O _8, a hydroxid draselný (KOH).

Tento typ reakcie hrá zásadnú úlohu pri tvorbe niektorých charakteristických reliéfov; napríklad sa podieľajú na tvorbe krasového reliéfu.

Biologické počasie

Niektoré živé organizmy napádajú horniny mechanicky, chemicky alebo kombináciou mechanických a chemických procesov.

rastliny

Korene rastlín - najmä tie, ktoré rastú na plochých skalnatých podložiach - môžu mať biomechanický efekt.

Tento biomechanický efekt sa vyskytuje s rastom koreňov, keď sa zvyšuje tlak vyvíjaný na okolité prostredie. To môže viesť k zlomeninám hornín koreňového lôžka.

Biologická meteorizácia. Tetrameles, nudiflora, rastúci, prostredníctvom, jeden, chrám, zrúcanina, do, angkor, cambodia. Zdroj: Diego Delso, delso.photo, CC-BY-SA Licencia prostredníctvom https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG

lišajníky

Lišky sú organizmy zložené z dvoch symbiontov: huba (mycobiont) a riasy, ktorá je vo všeobecnosti cyanobaktériami (fycobiont). Tieto organizmy boli hlásené ako kolonizátory, ktoré zvyšujú poveternostné podmienky.

Napríklad sa zistilo, že Stereocaulon vesuvianum je inštalovaný na lávových tokoch, čím sa jeho rýchlosť zvetrávania zvyšuje až 16-krát v porovnaní s povrchmi bez kolonizácie. Tieto sadzby sa môžu na vlhkých miestach zdvojnásobiť, napríklad na Havaji.

Bolo tiež zaznamenané, že ako lišejníky zomierajú, zanechávajú na skalných povrchoch tmavé škvrny. Tieto miesta absorbujú viac žiarenia ako okolité svetelné oblasti skaly, čím podporujú tepelné poveternostné podmienky alebo termoklasty.

Mytilus edulis mušle skalné. Zdroj: Andreas Trepte, z Wikimedia Commons

Morské organizmy

Niektoré morské organizmy zoškrabávajú povrch hornín a vyvŕtali v nich dierky, čím podporujú rast rias. Medzi tieto prepichujúce organizmy patria mäkkýše a špongie.

Príkladmi tohto druhu organizmov sú mušle modrá (Mytilus edulis) a bylinožravá ulita Cittarium pica.

Lišejník Stereocaulon vesuvianum je kolonizátor, ktorý sa inštaluje do lávových prúdov, Kanárskych ostrovov Fuerteventura a Lanzarote Španielska. Zdroj: Lairich Rig cez https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg

chelačné

Chelácia je ďalší poveternostný mechanizmus, ktorý zahŕňa odstránenie iónov kovov, najmä iónov hliníka, železa a mangánu z hornín.

To sa dosiahne väzbou a sekvestráciou organickými kyselinami (ako je kyselina fulvová a kyselina humínová) za vzniku rozpustných komplexov organických látok a kovov.

V tomto prípade chelátotvorné činidlá pochádzajú z produktov rozkladu rastlín a zo sekrétov z koreňov. Chelácia podporuje chemické poveternostné podmienky a prenos kovov v pôde alebo v horninách.

Referencie

1. Pedro, G. (1979). Hydratácia karagenizačného générale des processus de l'altération. Science du Sol 2, 93 - 105.
2. Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2. vyd. S príspevkom APW Hoddera. Oxford: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Povaha a rýchlosť zvetrávania lišajníkmi na lávových prúdoch na Lanzarote. Geomorfológia, 47 (1), 87–94. doi: 10,0116 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas, MF (1994). Geomorfológia v trópoch: Štúdia zvetrávania a denudácie v nízkych zemepisných šírkach. Chichester: John Wiley a synovia.
5. Biely, WD, Jefferson, GL a Hama, JF (1966), Quartzite kras v juhovýchodnej Venezuele. International Journal of Speleology 2, 309 - 14.
6. Yatsu, E. (1988). Povaha počasia: Úvod. Tokio: Sozosha.