ประเภทและกระบวนการอุตุนิยมวิทยา

การผุกร่อน เป็นการสลายตัวของหินโดยการสลายตัวทางกลและการสลายตัวทางเคมี หลายคนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงและเกิดความกดดันอย่างรุนแรงในเปลือกโลก เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิที่ต่ำกว่าและแรงกดดันบนพื้นผิวและเผชิญกับอากาศน้ำและสิ่งมีชีวิตพวกมันจะสลายตัวและแตกหัก.

สิ่งมีชีวิตยังมีบทบาทที่มีอิทธิพลต่อการผุกร่อนเนื่องจากมีผลกระทบต่อหินและแร่ธาตุผ่านกระบวนการทางชีวฟิสิกส์และชีวเคมีต่างๆซึ่งส่วนใหญ่ไม่เป็นที่รู้จักในรายละเอียด.

โดยทั่วไปมีสามประเภทหลักผ่านการผุกร่อนที่เกิดขึ้น; นี่อาจเป็นทางกายภาพเคมีหรือชีวภาพ แต่ละสายพันธุ์เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะที่ส่งผลกระทบต่อหินในรูปแบบที่แตกต่างกัน แม้ในบางกรณีอาจมีการรวมกันของปรากฏการณ์หลายอย่าง.

ดัชนี

• 1 การผุกร่อนทางกายภาพหรือเชิงกล
  • 1.1 ดาวน์โหลด
  • 1.2 การแตกหักโดยการแช่แข็งหรือการทำเจล
  • 1.3 วงจรทำความร้อน (thermoclast)
  • 1.4 การทำให้เปียกและการทำให้แห้ง
  • 1.5 อุตุนิยมวิทยาจากการเจริญเติบโตของผลึกเกลือหรือฮาโลคลาสเตีย
• 2 อุกกาบาตเคมี
  • 2.1 การเลิกกิจการ
  • 2.2 ไฮเดรชั่น
  • 2.3 ออกซิเดชันและการลด
  • 2.4 Carbonation
  • 2.5 การย่อยสลาย
• 3 การอุตุนิยมวิทยาทางชีวภาพ
  • 3.1 พืช
  • 3.2 ไลเคน
  • 3.3 สิ่งมีชีวิตทางทะเล
  • 3.4 Chelation
• 4 อ้างอิง

สภาพดินฟ้าอากาศทางกายภาพหรือ กลศาสตร์

กระบวนการทางกลลดหินให้เป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กลงเรื่อย ๆ ซึ่งจะเพิ่มพื้นผิวที่สัมผัสกับการโจมตีทางเคมี กระบวนการผุกร่อนทางกลหลักมีดังต่อไปนี้:

- ดาวน์โหลด.

- การกระทำของน้ำค้างแข็ง.

- ความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากความร้อนและความเย็น.

- การขยายตัว.

- การหดตัวเนื่องจากเปียกด้วยการอบแห้งที่ตามมา.

- แรงกดดันกระทำโดยการเติบโตของผลึกเกลือ.

ปัจจัยสำคัญในการผุกร่อนทางกลคือความเหนื่อยล้าหรือการสร้างความเครียดซ้ำ ๆ ซึ่งลดความทนทานต่อความเสียหาย ผลของความเหนื่อยล้าคือหินจะแตกหักที่ระดับความเครียดต่ำกว่าชิ้นงานที่ไม่ได้ล้า.

ปล่อย

เมื่อการสึกกร่อนลบวัสดุออกจากพื้นผิวแรงกดดันที่ จำกัด บนหินที่อยู่เบื้องล่างจะลดลง แรงดันที่ต่ำกว่าทำให้ธัญพืชแยกออกจากกันมากขึ้นและสร้างช่องว่าง หินขยายหรือขยายและสามารถแตกหัก.

ตัวอย่างเช่นในเหมืองหินแกรนิตหรือหินหนาแน่นอื่น ๆ การปล่อยแรงดันเนื่องจากการตัดเพื่อสกัดอาจรุนแรงและอาจทำให้เกิดการระเบิด.

แตกหักด้วยการแช่แข็งหรือการทำเจล

น้ำที่ครอบครองรูขุมขนภายในหินจะขยายตัว 9% เมื่อแช่แข็ง การขยายตัวนี้สร้างแรงกดดันภายในที่สามารถทำให้เกิดการแตกตัวทางกายภาพหรือการแตกหักของหิน.

กระบวนการทำเจลซิฟิเคชั่นเป็นกระบวนการสำคัญในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด.

วงจรความร้อนความเย็น (thermoclast)

หินมีค่าการนำความร้อนต่ำซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่สามารถขับความร้อนออกจากพื้นผิวได้ เมื่อหินร้อนพื้นผิวด้านนอกจะเพิ่มอุณหภูมิมากกว่าส่วนด้านในของหิน ด้วยเหตุนี้ชิ้นส่วนภายนอกจึงทนต่อการขยายตัวมากกว่าชิ้นส่วนภายใน.

นอกจากนี้หินที่ประกอบด้วยผลึกที่แตกต่างกันจะนำเสนอการให้ความร้อนที่แตกต่างกัน: ผลึกสีเข้มกว่าจะร้อนเร็วกว่าและเย็นลงช้ากว่าผลึกที่เบากว่า.

ความเมื่อยล้า

ความเครียดจากความร้อนเหล่านี้สามารถทำให้เกิดการแตกตัวของหินและการก่อตัวของเกล็ดเปลือกหอยและแผ่นหินขนาดใหญ่ การให้ความร้อนและความเย็นซ้ำ ๆ จะสร้างผลกระทบที่เรียกว่า.

โดยทั่วไปความเหนื่อยล้าสามารถกำหนดเป็นผลของกระบวนการหลายอย่างที่ลดความทนทานต่อวัสดุที่จะเกิดความเสียหาย.

เกล็ดหิน

การขัดหรือการผลิตแผ่นโดยความเครียดจากความร้อนยังรวมถึงการสร้างเครื่องชั่งหิน ในทำนองเดียวกันความร้อนแรงที่เกิดจากไฟป่าและการระเบิดของนิวเคลียร์สามารถทำให้หินแตกสลายและสลายในที่สุด.

ตัวอย่างเช่นในอินเดียและอียิปต์ไฟถูกใช้เป็นเวลาหลายปีเป็นเครื่องมือสกัดในเหมือง อย่างไรก็ตามความผันผวนของอุณหภูมิรายวันซึ่งพบได้ในทะเลทรายนั้นต่ำกว่าระดับสูงสุดที่เกิดจากไฟไหม้ในท้องถิ่น.

เปียกชื้นและทำให้แห้ง

วัสดุที่มีดินเหนียว - เช่นโคลนและหินดินดาน - ขยายอย่างมากเมื่อเปียกซึ่งสามารถกระตุ้นการก่อตัวของ microfallas หรือ microfractures (microcracks ในภาษาอังกฤษ) หรือการขยายตัวของรอยแตกที่มีอยู่.

นอกเหนือจากผลของความเมื่อยล้าการขยายตัวและการหดตัวรอบที่เกี่ยวข้องกับการเปียกและการทำให้แห้ง - นำไปสู่การผุกร่อนของหิน.

อุตุนิยมวิทยาโดยการเจริญเติบโตของผลึกเกลือหรือ haloclastia

ในบริเวณชายฝั่งและเขตแห้งแล้งผลึกเกลือสามารถเจริญเติบโตได้ในสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นโดยการระเหยของน้ำ.

การตกผลึกของเกลือใน interstices หรือรูขุมขนของหินสร้างความตึงเครียดที่กว้างขึ้นพวกเขาและสิ่งนี้นำไปสู่การสลายตัวเป็นเม็ดเล็ก ๆ ของหิน กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อเกลือเกลือหรือ haloclastia.

เมื่อผลึกเกลือที่เกิดขึ้นภายในรูขุมขนของหินร้อนหรืออิ่มตัวด้วยน้ำพวกมันจะขยายตัวและออกแรงดันกับผนังของรูขุมขนที่อยู่ใกล้เคียง สิ่งนี้ก่อให้เกิดความเครียดจากความร้อนหรือความเครียดจากการให้ความชุ่มชื้น (ตามลำดับ) ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการผุกร่อนของหิน.

อุกกาบาตเคมี

การผุกร่อนประเภทนี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมีที่หลากหลายซึ่งกระทำร่วมกันบนหินหลายประเภทในสภาพอากาศที่หลากหลาย.

ความหลากหลายที่ยิ่งใหญ่นี้สามารถแบ่งออกเป็นหกประเภทของปฏิกิริยาเคมีหลัก (ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของหิน) คือ:

- การละลาย.

- ความชุ่มชื้น.

- ออกซิเดชันและการลด.

- การอัดลม.

- การย่อยสลาย.

การละลาย

เกลือแร่สามารถละลายในน้ำได้ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการแยกตัวของโมเลกุลในประจุลบและประจุบวกและความชุ่มชื้นของแต่ละไอออน นั่นคือไอออนถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ.

โดยทั่วไปแล้วการละลายนั้นถือเป็นกระบวนการทางเคมีแม้ว่าจะไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปทางเคมีที่เหมาะสม เนื่องจากการละลายเกิดขึ้นเป็นขั้นตอนเริ่มต้นสำหรับกระบวนการผุกร่อนทางเคมีอื่น ๆ จึงรวมอยู่ในหมวดหมู่นี้.

วิธีการแก้ปัญหากลับด้านได้ง่าย: เมื่อสารละลายมีค่ามากเกินไปส่วนหนึ่งของวัสดุที่ละลายจะตกตะกอนเป็นของแข็ง สารละลายอิ่มตัวไม่สามารถละลายของแข็งได้มากขึ้น.

แร่ธาตุแตกต่างกันในความสามารถในการละลายและในหมู่ที่ละลายน้ำได้มากที่สุดคือคลอไรด์ของโลหะอัลคาไลเช่นหินเกลือหรือฮาไลต์ (NaCl) และเกลือโพแทสเซียม (KCl) แร่ธาตุเหล่านี้พบได้เฉพาะในภูมิอากาศที่แห้งแล้งมาก.

ปูนพลาสเตอร์ (CaSO₄.2H₂O) สามารถละลายได้ค่อนข้างดีในขณะที่ควอตซ์มีความสามารถในการละลายต่ำมาก.

ความสามารถในการละลายของแร่ธาตุหลายชนิดขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจน (H)⁺) ฟรีในน้ำ ไอออน H⁺ พวกเขาจะถูกวัดเป็นค่า pH ซึ่งบ่งชี้ระดับของความเป็นกรดหรือด่างของสารละลายน้ำ.

ความชุ่มชื้น

การผุกร่อนของไฮเดรชั่นเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อแร่ธาตุดูดซับโมเลกุลของน้ำบนพื้นผิวหรือดูดซับรวมถึงพวกมันภายในผลึกของพวกมัน น้ำที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้เกิดปริมาตรที่เพิ่มขึ้นซึ่งอาจทำให้เกิดการแตกหักของหิน.

ในภูมิอากาศชื้นของละติจูดกลางสีของพื้นดินในปัจจุบัน / แสดงการเปลี่ยนแปลงที่มีชื่อเสียง: สามารถสังเกตได้จากสีน้ำตาลจนถึงสีเหลือง สีเหล่านี้เกิดจากการไฮเดรตของออกไซด์ของเหล็กออกไซด์สีแดงซึ่งผ่านไปยัง goethite ที่มีออกไซด์ของออกไซด์ (iron oxyhydroxide).

การดูดซับน้ำด้วยอนุภาคดินเป็นรูปแบบหนึ่งของความชุ่มชื้นที่นำไปสู่การขยายตัวของมัน จากนั้นเมื่อดินแห้งเปลือกก็แตก.

ออกซิเดชันและการลด

ออกซิเดชันเกิดขึ้นเมื่ออะตอมหรือไอออนสูญเสียอิเล็กตรอนเพิ่มประจุบวกหรือลดประจุลบ.

หนึ่งในปฏิกิริยาออกซิเดชันที่มีอยู่เกี่ยวข้องกับการรวมกันของออกซิเจนกับสาร ออกซิเจนที่ละลายในน้ำเป็นสารออกซิไดซ์ทั่วไปในสิ่งแวดล้อม.

การสึกหรอโดยการออกซิเดชั่นส่งผลกระทบต่อแร่ธาตุที่มีเหล็กเป็นหลักแม้ว่าองค์ประกอบต่างๆเช่นแมงกานีสซัลเฟอร์และไทเทเนียมก็สามารถถูกออกซิไดซ์ได้.

ปฏิกิริยาของเหล็กซึ่งเกิดขึ้นเมื่อออกซิเจนที่ละลายในน้ำสัมผัสกับแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กเป็นดังนี้:

4Fe²⁺ +  3O₂ → 2Fe₂O₃ + 2e^-

ในการแสดงออกนี้ e^-  หมายถึงอิเล็กตรอน.

เหล็กเหล็ก (Fe²⁺) ที่พบในแร่ที่ขึ้นรูปหินส่วนใหญ่สามารถเปลี่ยนเป็นรูปแบบเหล็ก (Fe³⁺) เปลี่ยนประจุเป็นกลางของตาข่ายคริสตัล การเปลี่ยนแปลงนี้บางครั้งทำให้เกิดการยุบตัวและทำให้แร่มีแนวโน้มที่จะถูกโจมตีทางเคมี.

อัดลม

Carbonation คือการสะสมของคาร์บอเนตซึ่งเป็นเกลือของกรดคาร์บอนิก₂CO₃) คาร์บอนไดออกไซด์ละลายในน้ำธรรมชาติเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก:

CO₂  + H₂O → H₂CO₃

ต่อจากนั้นกรดคาร์บอนิกจะแยกตัวออกเป็นไอออนไฮโดรเจนไฮเดรต (H)₃O⁺) และไอออนของไบคาร์บอเนตตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

H₂CO₃ + H₂O → HCO₃^-  +  H₃O⁺

กรดคาร์บอนิกโจมตีแร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นคาร์บอเนต คาร์บอเนชั่นควบคุมการผุกร่อนของหินปูน (ซึ่งเป็นหินปูนและโดโลไมต์) แร่ธาตุหลักเหล่านี้คือแคลไซต์หรือแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO)₃).

แคลเซียมคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอนิกเพื่อสร้างกรดแคลเซียมคาร์บอเนต Ca (HCO)₃)₂ ซึ่งแตกต่างจากแคลไซต์ที่ละลายในน้ำได้ง่าย นี่คือเหตุผลว่าทำไมหินปูนบางชนิดจึงมีแนวโน้มที่จะยุบตัว.

ปฏิกิริยาย้อนกลับระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์น้ำและแคลเซียมคาร์บอเนตนั้นซับซ้อน ในสาระสำคัญกระบวนการสามารถสรุปได้ดังนี้:

แคลเซียมคาร์บอเนต₃ + H₂O + CO₂⇔Ca₂+ + 2HCO₃^-

การย่อยสลาย

โดยทั่วไปการย่อยสลาย - การสลายทางเคมีโดยการกระทำของน้ำ - เป็นกระบวนการหลักของการผุกร่อนทางเคมี น้ำสามารถสลายตัวละลายหรือดัดแปลงแร่ธาตุหลักที่ไวต่อหินได้.

ในกระบวนการนี้น้ำจะแยกตัวออกจากไอออนบวกของไฮโดรเจน (H⁺) และไฮดรอกซีแอนไอออน (OH)^-) ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับแร่ซิลิเกตในหินและดิน.

ไฮโดรเจนไอออนนั้นแลกเปลี่ยนกับไอออนบวกของแร่ซิลิเกตโพแทสเซียม (K)⁺) โซเดียม (นา⁺) แคลเซียม (Ca^{2 +)} หรือแมกนีเซียม (Mg^{2 +}) จากนั้นไอออนบวกที่ปลดปล่อยออกมาจะถูกรวมเข้ากับไอออนไฮดรอกซิล.

ตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาสำหรับการไฮโดรไลซิสของแร่ที่เรียกว่าออร์โธโลเลสซึ่งมีสูตรทางเคมี KAlSi₃O₈, มันเป็นดังต่อไปนี้:

2KAlSi₃O₈ + 2H⁺ + 2OH^- → 2HAlSi₃O₈ + 2KOH

ดังนั้น orthoclase จะถูกแปลงเป็นกรดอะลูมิโนซิลิค HAlSi₃O₈ และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH).

ปฏิกิริยาประเภทนี้มีบทบาทพื้นฐานในการก่อตัวของลักษณะนูนบางอย่าง; ตัวอย่างเช่นพวกเขามีส่วนร่วมในการก่อตัวของ Karstic โล่งอก.

อุตุนิยมวิทยาทางชีวภาพ

สิ่งมีชีวิตบางชนิดโจมตีหินโดยใช้กลไกทางเคมีหรือโดยการผสมผสานระหว่างกระบวนการทางกลและทางเคมี.

พืช

รากของพืชโดยเฉพาะต้นไม้ที่ขึ้นบนเตียงหินแบนสามารถออกฤทธิ์ทางชีวกลศาสตร์ได้.

ผลกระทบทางชีวกลศาสตร์นี้เกิดขึ้นเมื่อรากเจริญเติบโตเพราะมันจะเพิ่มแรงดันที่กระทำโดยมันในสภาพแวดล้อมโดยรอบ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การแตกหักของหินพื้นหิน.

ไลเคน

ไลเคนเป็นสิ่งมีชีวิตที่ประกอบด้วยสอง symbionts: เชื้อรา (mycobiont) และสาหร่ายที่มักจะเป็นไซยาโนแบคทีเรีย (phycobiont) สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้รับรายงานว่าเป็นอาณานิคมที่เพิ่มการผุกร่อนของหิน.

ตัวอย่างเช่นพบว่า Stereocaulon vesuvianum มันถูกติดตั้งบนกระแสลาวาจัดการเพื่อเพิ่มอัตราการผุกร่อนสูงถึง 16 เท่าเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวที่ไม่ได้รับการปลดปล่อย อัตราเหล่านี้สามารถเพิ่มเป็นสองเท่าในที่ชื้นเช่นเดียวกับในฮาวาย.

มีการบันทึกไว้ด้วยว่าเมื่อไลเคนตายพวกมันจะทิ้งรอยด่างดำไว้บนพื้นผิวของหิน จุดเหล่านี้ดูดซับรังสีได้มากกว่าพื้นที่ที่ชัดเจนโดยรอบของหินดังนั้นจึงส่งเสริมการผุกร่อนด้วยความร้อนหรือการทำให้ร้อนด้วยความร้อน.

สิ่งมีชีวิตในทะเล

สิ่งมีชีวิตทางทะเลบางชนิดถูพื้นผิวของหินและเจาะพวกมันเพื่อส่งเสริมการเติบโตของสาหร่าย สิ่งมีชีวิตที่เจาะเหล่านี้ ได้แก่ หอยและฟองน้ำ.

ตัวอย่างของสิ่งมีชีวิตประเภทนี้คือหอยแมลงภู่สีน้ำเงิน (Mytilus edulis) และแกสโตรมังสวิรัติ Cittarium pica.

ขับ

Chelation เป็นอีกหนึ่งกลไกของการผุกร่อนที่เกี่ยวข้องกับการกำจัดไอออนของโลหะและโดยเฉพาะอย่างยิ่งอลูมิเนียมเหล็กและแมงกานีสไอออนจากหิน.

นี่คือความสำเร็จผ่านการรวมกลุ่มและการอายัดโดยกรดอินทรีย์ (เช่นกรดฟุลวิคและกรดฮิวมิก) เพื่อสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่ละลายได้ของสสารอินทรีย์โลหะ.

ในกรณีนี้สารคีเลตนั้นมาจากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของพืชและจากการหลั่งของราก Chelation ส่งเสริมการผุกร่อนทางเคมีและการถ่ายโอนโลหะในดินหรือหิน.

การอ้างอิง

1. เปโดร, G. (1979) Caractérisationgénérale des processus de l'altération hydrolitique. วิทยาศาสตร์ du Sol 2, 93-105.
2. Selby, M. J. (1993) วัสดุและกระบวนการของ Hillslope, 2nd edn ด้วยการบริจาคโดย A. P. W. Hodder Oxford: Oxford University Press.
3. การยืดกล้ามเนื้อ, R. และ Viles, H. (2002) ธรรมชาติและอัตราการผุกร่อนของไลเคนในลาวาไหลบนลันซาโรเต. ธรณีสัณฐานวิทยา, 47 (1), 87-94 ดอย: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. โทมัส, M. F. (1994) ธรณีสัณฐานในเขตร้อน: การศึกษาสภาพดินฟ้าอากาศและการปฏิเสธในสภาพละติจูดต่ำ. ชิเชสเตอร์: John Wiley & Sons.
5. สีขาว, ว. วชิรดี., เจฟเฟอร์สัน, จี. แอล., และฮามา, เจ. เอฟ. (2509) ควอไลต์คาร์สทางตะวันออกเฉียงใต้ของเวเนซุเอลา. วารสารนานาชาติเกี่ยวกับถ้ำวิทยา 2, 309-14.
6. Yatsu, E. (1988) ธรรมชาติของสภาพดินฟ้าอากาศ: บทนำ โตเกียว: โซโซซา.