Τύποι και διαδικασίες μετεωρολογίας

Το καιρικές συνθήκες είναι η αποσύνθεση των πετρωμάτων με μηχανική αποσύνθεση και χημική αποσύνθεση. Πολλοί σχηματίζονται σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις βαθιά στο φλοιό της γης. όταν εκτίθενται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και πιέσεις στην επιφάνεια και αντιμετωπίζουν αέρα, νερό και οργανισμούς, αποσυντίθενται και θραύονται.

Τα ζωντανά όντα έχουν επίσης σημαντικό ρόλο στη διάβρωση, καθώς επηρεάζουν τους βράχους και τα ορυκτά μέσω διαφόρων βιοφυσικών και βιοχημικών διεργασιών, τα περισσότερα από τα οποία δεν είναι γνωστά λεπτομερώς..

Βασικά υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι μέσω των οποίων λαμβάνει χώρα η διάβρωση. Αυτό μπορεί να είναι φυσικό, χημικό ή βιολογικό. Κάθε μία από αυτές τις παραλλαγές έχει ειδικά χαρακτηριστικά που επηρεάζουν τους βράχους με διαφορετικούς τρόπους. Ακόμα και σε μερικές περιπτώσεις μπορεί να υπάρχει συνδυασμός αρκετών φαινομένων.

Ευρετήριο

• 1 Φυσική ή μηχανική διάβρωση
  • 1.1 Λήψη
  • 1.2 Κάταγμα με κατάψυξη ή ζελατινοποίηση
  • 1.3 Κύκλοι θέρμανσης-ψύξης (θερμοκλάστης)
  • 1.4 Υγρά και ξήρανση
  • 1.5 Μετεωρισμός με ανάπτυξη κρυστάλλων αλάτων ή αλογοκλαστών
• 2 Χημικός μετεωρισμός
  • 2.1 Διάλυση
  • 2.2 Ενυδάτωση
  • 2.3 Οξείδωση και μείωση
  • 2.4 Ανθρακίτης
  • 2.5 Υδρόλυση
• 3 Βιολογικός μετεωρισμός
  • 3.1 Φυτά
  • 3.2 Λειχήνες
  • 3.3 Θαλάσσιοι οργανισμοί
  • 3.4 Chelation
• 4 Αναφορές

Φυσικές καιρικές συνθήκες ή μηχανικό

Οι μηχανικές διαδικασίες μειώνουν τα βράχια σε σταδιακά μικρότερα θραύσματα, τα οποία με τη σειρά τους αυξάνουν την επιφάνεια που εκτίθεται σε χημική προσβολή. Οι βασικές διεργασίες με μηχανικές καιρικές συνθήκες είναι οι εξής:

- Λήψη.

- Η δράση του παγετού.

- Θερμική καταπόνηση που προκαλείται από τη θέρμανση και την ψύξη.

- Η επέκταση.

- Η συρρίκνωση λόγω διαβροχής με επακόλουθη ξήρανση.

- Οι πιέσεις που ασκούνται από την ανάπτυξη κρυστάλλων αλατιού.

Ένας σημαντικός παράγοντας στη μηχανική αντοχή είναι η κόπωση ή η επαναλαμβανόμενη δημιουργία τάσεων, η οποία μειώνει την ανοχή σε ζημιές. Το αποτέλεσμα της κόπωσης είναι ότι ο βράχος θα καταρρεύσει σε χαμηλότερο επίπεδο πίεσης από ένα μη-κουρασμένο δείγμα.

Λήψη

Όταν η διάβρωση απομακρύνει το υλικό από την επιφάνεια, μειώνεται η πίεση περιορισμού στους υποκείμενους βράχους. Η χαμηλότερη πίεση επιτρέπει στους ορυκτούς κόκκους να διαχωρίζονται περισσότερο και να δημιουργούν κενά. το βράχο επεκτείνεται ή διαστέλλεται και μπορεί να σπάσει.

Για παράδειγμα, στα ορυχεία γρανίτη ή σε άλλα πυκνά πετρώματα, η απελευθέρωση πίεσης λόγω κοπής για εξαγωγή μπορεί να είναι βίαιη και ακόμη και να προκαλέσει εκρήξεις.

Κάταγμα με κατάψυξη ή ζελατινοποίηση

Το νερό που καταλαμβάνει τους πόρους μέσα σε ένα βράχο διευρύνεται κατά 9% κατά την κατάψυξη. Αυτή η διαστολή παράγει μια εσωτερική πίεση που μπορεί να προκαλέσει τη φυσική αποσύνθεση ή θραύση του βράχου.

Η ζελατινοποίηση είναι μια σημαντική διαδικασία σε ψυχρά περιβάλλοντα, όπου οι κύκλοι ψύξης και απόψυξης εμφανίζονται συνεχώς.

Κύκλοι θέρμανσης-ψύξης (θερμοκλάστης)

Οι βράχοι έχουν χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι καλοί στη διέγερση της θερμότητας από τις επιφάνειές τους. Όταν οι βράχοι θερμαίνονται, η εξωτερική επιφάνεια αυξάνει τη θερμοκρασία πολύ περισσότερο από το εσωτερικό του βράχου. Εξαιτίας αυτού, το εξωτερικό μέρος υφίσταται μεγαλύτερη διάρρηξη από το εσωτερικό μέρος.

Επιπλέον, τα πετρώματα που αποτελούνται από διαφορετικούς κρυστάλλους παρουσιάζουν μια διαφορική θέρμανση: οι σκοτεινότεροι χρωματισμένοι κρύσταλλοι θερμαίνονται πιο γρήγορα και ψύχονται πιο αργά από τους ελαφρύτερους κρυστάλλους.

Κόπωση

Αυτές οι θερμικές τάσεις μπορούν να προκαλέσουν την αποσύνθεση του βράχου και το σχηματισμό τεράστιων ζυγών, κοχυλιών και φύλλων. Η επαναλαμβανόμενη θέρμανση και ψύξη παράγουν μια επίδραση που λέγεται κόπωση που προάγει τη θερμική αντοχή, που ονομάζεται επίσης θερμοκλαστική.

Γενικά, η κόπωση μπορεί να οριστεί ως η επίδραση πολλών διαδικασιών που μειώνουν την ανοχή ενός υλικού σε βλάβη.

Rock κλίμακες

Η απολέπιση ή παραγωγή φύλλων με θερμική καταπόνηση περιλαμβάνει επίσης τη δημιουργία ζυγών ροκ. Ομοίως, η έντονη θερμότητα που παράγεται από δασικές πυρκαγιές και από πυρηνικές εκρήξεις μπορεί να προκαλέσει την καταστροφή του βράχου και τελικά να σπάσει.

Για παράδειγμα, στην Ινδία και την Αίγυπτο η πυρκαγιά χρησιμοποιήθηκε για πολλά χρόνια ως εργαλείο εκχύλισης στα λατομεία. Ωστόσο, οι καθημερινές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, ακόμη και στις ερήμους, είναι πολύ χαμηλότερες από τις ακραίες επιπτώσεις των τοπικών πυρκαγιών.

Υγρασία και ξήρανση

Τα υλικά που περιέχουν αργίλους - όπως λασπώδες και σχιστολιθικό - επεκτείνονται σημαντικά κατά την ύγρανση, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει το σχηματισμό μικροφυλλών ή μικροφραγμάτων (μικροπυρόσχημα στα αγγλικά) ή η επέκταση των υφιστάμενων ρωγμών.

Εκτός από την επίδραση της κόπωσης, οι κύκλοι διαστολής και συρρίκνωσης - που σχετίζονται με την ύγρανση και την ξήρανση - οδηγούν σε αντοχή του βράχου.

Μετεωρισμός με ανάπτυξη κρυστάλλων αλάτων ή αλογονοκλαστών

Στις παραθαλάσσιες και άνυδρες περιοχές οι κρύσταλλοι αλάτων μπορούν να αναπτυχθούν σε διαλύματα αλατιού τα οποία συμπυκνώνονται με εξάτμιση του νερού.

Η κρυστάλλωση του αλατιού στα διάκενα ή τους πόρους των βράχων δημιουργεί εντάσεις που τους διευρύνουν και αυτό οδηγεί στην κοκκώδη αποσύνθεση του βράχου. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως αλατούχος καιρός ή αλογονοκλαστική.

Όταν οι κρύσταλλοι αλάτων που σχηματίζονται μέσα στους πόρους του βράχου θερμαίνονται ή κορεσμένα με νερό, επεκτείνονται και ασκούν πίεση στα τοιχώματα των κοντινών πόρων. αυτό παράγει θερμική καταπόνηση ή τάση ενυδάτωσης (αντίστοιχα), που συμβάλλουν στη διάβρωση του βράχου.

Χημικός μετεωρισμός

Αυτός ο τύπος αντοχής στις καιρικές συνθήκες περιλαμβάνει μια μεγάλη ποικιλία χημικών αντιδράσεων, οι οποίες δρουν μαζί σε πολλούς διαφορετικούς τύπους βράχων σε όλο το φάσμα των καιρικών συνθηκών.

Αυτή η μεγάλη ποικιλία μπορεί να ομαδοποιηθεί σε έξι τύπους κύριων χημικών αντιδράσεων (όλοι εμπλέκονται στην αποσύνθεση του βράχου), δηλαδή:

- Η διάλυση.

- Ενυδάτωση.

- Οξείδωση και μείωση.

- Η ενανθράκωση.

- Υδρόλυση.

Διαλυτοποίηση

Τα μεταλλικά άλατα μπορούν να διαλυθούν σε νερό. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη διάσταση των μορίων στα ανιόντα και τα κατιόντά τους και την ενυδάτωση κάθε ιόντος. δηλαδή, τα ιόντα περιβάλλονται από μόρια νερού.

Γενικά η διάλυση θεωρείται μια χημική διαδικασία, αν και δεν περιλαμβάνει κατάλληλους χημικούς μετασχηματισμούς. Καθώς η διάλυση εμφανίζεται ως ένα αρχικό βήμα για άλλες διεργασίες χημικών καιρικών συνθηκών, περιλαμβάνεται σε αυτή την κατηγορία.

Το διάλυμα αναστρέφεται εύκολα: όταν το διάλυμα είναι υπερκορεσμένο, μέρος του διαλυμένου υλικού καθιζάνει ως στερεό. Ένα κορεσμένο διάλυμα δεν έχει την ικανότητα να διαλύεται περισσότερο στερεό.

Τα ορυκτά ποικίλουν ως προς τη διαλυτότητα τους και μεταξύ των πιο διαλυτών στο νερό είναι τα χλωρίδια των αλκαλικών μετάλλων, όπως το αλάτι από πέτρα ή το halite (NaCl) και το άλας καλίου (KCl). Αυτά τα ορυκτά βρίσκονται μόνο σε πολύ ξηρά κλίματα.

Γύψος (CaSO₄.2Η₂Ο) είναι επίσης αρκετά διαλυτό, ενώ ο χαλαζίας έχει πολύ χαμηλή διαλυτότητα.

Η διαλυτότητα πολλών ορυκτών εξαρτάται από τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου (Η⁺) ελεύθερα στο νερό. Τα ιόντα Η⁺ μετριούνται ως η τιμή ρΗ, η οποία υποδεικνύει τον βαθμό οξύτητας ή αλκαλικότητας ενός υδατικού διαλύματος.

Ενυδάτωση

Η αντοχή στην υγρασία είναι μια διαδικασία που συμβαίνει όταν τα ορυκτά προσροφούν μόρια νερού στην επιφάνεια τους ή τα απορροφούν, συμπεριλαμβανομένων αυτών μέσα στα κρυσταλλικά πλέγματα. Αυτό το επιπλέον νερό δημιουργεί μια αύξηση του όγκου που μπορεί να προκαλέσει το κάταγμα του βράχου.

Σε υγρά κλίματα μεσαίων γεωγραφικών αποστάσεων τα χρώματα του εδάφους παρουσιάζουν / εμφανίζουν αξιοσημείωτες παραλλαγές: μπορεί να παρατηρηθεί από το καστανό χρώμα μέχρι το κιτρινωπό. Οι χρωματισμοί αυτοί προκαλούνται από την ενυδάτωση του κόκκινου οξειδίου του σιδήρου αιματίτη, ο οποίος διέρχεται σε οξεικό χρωματισμό goethite (οξυϋδροξείδιο του σιδήρου).

Η πρόσληψη νερού από σωματίδια αργίλου είναι επίσης μια μορφή ενυδάτωσης που οδηγεί στην επέκτασή της. Στη συνέχεια, καθώς ο άργιλος στεγνώνει, ο φλοιός ρωγμάται.

Οξείδωση και μείωση

Η οξείδωση εμφανίζεται όταν ένα άτομο ή ιόν χάνει ηλεκτρόνια, αυξάνοντας το θετικό τους φορτίο ή μειώνοντας το αρνητικό τους φορτίο.

Μία από τις υπάρχουσες αντιδράσεις οξείδωσης περιλαμβάνει τον συνδυασμό οξυγόνου με μια ουσία. Το οξυγόνο που διαλύεται στο νερό είναι ένας κοινός παράγων οξειδώσεως στο περιβάλλον.

Η φθορά από την οξείδωση επηρεάζει κυρίως τα μέταλλα που περιέχουν σίδηρο, αν και στοιχεία όπως το μαγγάνιο, το θείο και το τιτάνιο μπορούν επίσης να οξειδωθούν.

Η αντίδραση για το σίδηρο - που συμβαίνει όταν το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό έρχεται σε επαφή με μεταλλεύματα που περιέχουν σίδηρο - έχει ως εξής:

4Fe²⁺ +  3Ο₂ → 2Fe₂Ο₃ + 2ε^-

Στην έκφραση αυτή ε^-  αντιπροσωπεύει τα ηλεκτρόνια.

Σιδήρου σιδήρου (Fe²⁺) που βρίσκονται στα περισσότερα ορυκτά που σχηματίζουν πετρώματα μπορούν να μετατραπούν σε μορφή σιδήρου (Fe³⁺) μεταβάλλοντας το ουδέτερο φορτίο του κρυσταλλικού πλέγματος. Αυτή η αλλαγή προκαλεί μερικές φορές την κατάρρευση και καθιστά το ορυκτό πιο επιρρεπές σε χημική επίθεση.

Ανθρακούχο

Η ανθράκωση είναι ο σχηματισμός ανθρακικών αλάτων, τα οποία είναι τα άλατα του ανθρακικού οξέος (Η₂CO₃). Το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται σε φυσικά νερά για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ:

CO₂  + H₂O → H₂CO₃

Ακολούθως, το ανθρακικό οξύ διασπάται σε ενυδατωμένο ιόν υδρογόνου (Η₃Ο⁺) και ένα διττανθρακικό ιόν, ακολουθώντας την ακόλουθη αντίδραση:

H₂CO₃ + H₂O → HCO₃^-  +  H₃Ο⁺

Το ανθρακικό οξύ προσβάλλει τα ορυκτά που σχηματίζουν ανθρακικά άλατα. Ο άνθρακας κυριαρχεί στις καιρικές συνθήκες των ασβεστολιθικών πετρωμάτων (που είναι ασβεστόλιθοι και δολομίτες). σε αυτά το κύριο ορυκτό είναι ο ασβεστίτης ή το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO₃).

Ο ασβεστίτης αντιδρά με ανθρακικό οξύ για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ ασβεστίου, Ca (HCO)₃)₂ το οποίο, σε αντίθεση με το ασβεστίτη, διαλύεται εύκολα στο νερό. Γι 'αυτό ορισμένοι ασβεστόλιθοι είναι τόσο επιρρεπείς στη διάλυση.

Οι αναστρέψιμες αντιδράσεις μεταξύ διοξειδίου του άνθρακα, νερού και ανθρακικού ασβεστίου είναι πολύπλοκες. Στην ουσία, η διαδικασία μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:

CaCO₃ + H₂O + CO₂⇔Ca₂+ + 2HCO₃^-

Υδρόλυση

Γενικά, η υδρόλυση - η χημική διάσπαση κατά τη δράση του νερού - είναι η κύρια διαδικασία της χημικής αντοχής στις καιρικές συνθήκες. Το νερό μπορεί να σπάσει, να διαλύσει ή να τροποποιήσει τα κύρια ορυκτά που είναι ευαίσθητα σε βράχους.

Σε αυτή τη διαδικασία το νερό αποσυντίθεται σε κατιόντα υδρογόνου (Η⁺) και υδροξυλ ανιόντα (ΟΗ^-) αντιδρά άμεσα με πυριτικά άλατα σε πετρώματα και εδάφη.

Το ιόν υδρογόνου ανταλλάσσεται με μεταλλικό κατιόν των πυριτικών μετάλλων, συνήθως καλίου (Κ⁺), νατρίου (Na⁺), ασβέστιο (Ca^{2 +)} ή μαγνήσιο (Mg^{2 +}). Στη συνέχεια, το απελευθερούμενο κατιόν συνδυάζεται με το υδροξύλ ανιόν.

Για παράδειγμα, η αντίδραση για υδρόλυση του ορυκτού ονομάζεται ορθοκλάση, η οποία έχει τον χημικό τύπο ΚΑΙδί₃Ο₈, Είναι τα εξής:

2KAlSi₃Ο₈ + 2Η⁺ + 2ΟΗ^- → 2HAlSi₃Ο₈ + 2ΚΟΗ

Έτσι, η ορθοκλάση μετατρέπεται σε αργιλοπυριτικό οξύ, HAISi₃Ο₈ και υδροξείδιο του καλίου (ΚΟΗ).

Αυτός ο τύπος αντιδράσεων διαδραματίζει θεμελιώδη ρόλο στο σχηματισμό κάποιων χαρακτηριστικών αναγλύφων. για παράδειγμα, εμπλέκονται στο σχηματισμό καρστικής ανακούφισης.

Βιολογική μετεωροποίηση

Μερικοί ζωντανοί οργανισμοί προσβάλλουν τους βράχους μηχανικά, χημικά ή με συνδυασμό μηχανικών και χημικών διεργασιών.

Φυτά

Οι ρίζες των φυτών -ιδίως εκείνες των δένδρων που αναπτύσσονται σε επίπεδα βραχώδη κρεβάτια- μπορούν να ασκήσουν ένα βιομηχανικό αποτέλεσμα.

Αυτή η βιομηχανική επίδραση συμβαίνει όταν μεγαλώνει η ρίζα, επειδή αυξάνει την πίεση που ασκεί σε αυτό το περιβάλλον περιβάλλον. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε κάταγμα των βράχων του βράχου.

Λειχήνες

Οι λειχήνες είναι οργανισμοί που αποτελούνται από δύο συμβιωτικά: έναν μύκητα (mycobiont) και ένα άλγη που είναι συνήθως κυανοβακτήρια (phycobiont). Αυτοί οι οργανισμοί έχουν αναφερθεί ως αποικιστές που αυξάνουν τις καιρικές συνθήκες των βράχων.

Για παράδειγμα, έχει βρεθεί ότι το Stereocaulon vesuvianum εγκαθίσταται σε ροές λάβα, καταφέρνοντας να αυξήσει έως και 16 φορές τον ρυθμό της αντοχής σε καιρικές συνθήκες σε σύγκριση με τις ασυνεχείς επιφάνειες. Αυτά τα ποσοστά μπορούν να διπλασιαστούν σε υγρά μέρη, όπως στη Χαβάη.

Έχει επίσης σημειωθεί ότι, όταν οι λειχήνες πεθαίνουν, αφήνουν ένα σκοτεινό σημείο στις επιφάνειες του βράχου. Αυτά τα σημεία απορροφούν περισσότερη ακτινοβολία από ό,.

Θαλάσσιοι οργανισμοί

Ορισμένοι θαλάσσιοι οργανισμοί ξύνουν την επιφάνεια των βράχων και τους διατρυπούν, προωθώντας την ανάπτυξη των φυκιών. Αυτοί οι οργανισμοί διάτρησης περιλαμβάνουν μαλάκια και σφουγγάρια.

Παραδείγματα αυτού του είδους οργανισμών είναι το μπλε μυδιών (Mytilus edulis) και το γαστερόποδο φυτοφάγων Cittarium pica.

Χηλίωση

Η χηλικοποίηση είναι ένας άλλος μηχανισμός διάβρωσης που περιλαμβάνει την απομάκρυνση ιόντων μετάλλων και ιδιαίτερα ιόντων αλουμινίου, σιδήρου και μαγγανίου από πετρώματα.

Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της ένωσης και της απομόνωσης με οργανικά οξέα (όπως το φουλβικό οξύ και το χουμικό οξύ), για να σχηματίσουν διαλυτά σύμπλοκα οργανικών μετάλλων.

Στην περίπτωση αυτή, οι χηλικοί παράγοντες προέρχονται από τα προϊόντα αποσύνθεσης των φυτών και από τις εκκρίσεις των ριζών. Η χηλικοποίηση προάγει τη χημική αντοχή και τη μεταφορά μετάλλων στο έδαφος ή στο βράχο.

Αναφορές

1. Pedro, G. (1979). Δραστηριότητα γενικής επεξεργασίας της υδρολυτικής αλλοίωσης. Science du Sol 2, 93-105.
2. Selby, Μ. J. (1993). Hillslope Materials and Processes, 2nd edn. Με συμβολή του Α. P. W. Hodder. Oxford: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, Η. (2002). Η φύση και ο ρυθμός των καιρικών συνθηκών από τους λειχήνες στη ροή λάβας στο Λανθαρότε. Γεωμορφολογία, 47 (1), 87-94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas, Μ. F. (1994). Γεωμορφολογία στα τροπικά: Μελέτη της αντοχής και της αποδυνάμωσης στα χαμηλά γεωγραφικά πλάτη. Chichester: John Wiley & Sons.
5. White, W. D., Jefferson, G.L., and Hama, J.F. (1966) Καρτς χαλαζίτης στη νοτιοανατολική Βενεζουέλα. Διεθνές Περιοδικό της Σπηλαιολογίας 2, 309-14.
6. Yatsu, Ε. (1988). Η φύση του καιρού: Εισαγωγή. Τόκιο: Σοζόσχα.