Weathering of Rocks: Physical and Chemical

Na het lezen van dit artikel leert u over de fysische en chemische verwering van gesteenten.

Mechanische verwering of fysieke verwering:

Mechanische of fysieke verwering verwijst naar veranderingen die alleen de vorm betreffen. Vanwege dit soort verwering kunnen grote vaste massa's breken in losse fragmenten die variëren in grootte en vorm maar hun oorspronkelijke samenstelling behouden. Dergelijke processen die rotsen afbreken zonder hun chemische samenstelling te veranderen, worden fysieke of mechanische weersinvloeden genoemd.

Mechanische verwering kan van twee soorten zijn, te weten. blokkeren desintegratie en granulaire desintegratie. Blok desintegratie vindt plaats als gevolg van de ontwikkeling van gewrichten die de rotsmassa breken in een aantal kleinere individuele blokken of fragmenten. Granulaire desintegratie vindt plaats als gevolg van verlies van cohesie tussen afzonderlijke deeltjes waardoor de steen tot incoherente korrelige stukken wordt.

Granulaire desintegratie is beperkt tot de grofkorrelige gesteenten en beïnvloedt bepaalde rotsen zoals grof getextureerde granieten. Block desintegration treft rotsen van alle texturen en valt vooral op in de fijner gestructureerde variëteiten. Naast blokkeren en korrelige desintegratie, kunnen stoten en schuren ook desintegratie van stenen veroorzaken.

Lichamelijke weersomstandigheden kunnen het gevolg zijn van het volgende:

(i) Differentiële thermische uitzetting

(ii) Temperatuurvariaties

(iii) Ondermijning

(iv) Slijtage, slijpen en impact

(v) Afschilfering

(vi) Vorstwerking

(vii) Werking van planten en dieren

(viii) Drukloslossing

1. Differentiële thermische uitzetting:

Mineralen in een rots hebben variërende thermische uitzettingscoëfficiënten. Vanwege de stijging van de temperatuur worden er differentiële spanningen ingesteld. Dit zal leiden tot granulaire desintegratie van mineralen en gesteenten. Het donkergekleurde mineraal heeft een grotere mate van warmte-opname dan licht gekleurde mineralen. Dit kan ook bijdragen aan de spanningsvorming die tot scheuren kan leiden.

2. Temperatuurvariaties:

Rotsen worden onderworpen aan herhaalde verwarming en koeling als gevolg van dag- en seizoensveranderingen van temperaturen. Tijdens de periode van intense hitte breiden de buitenlagen van de rotsmassa uit introducerend trekspanningen. Dit kan een scheiding veroorzaken parallel aan het rotsoppervlak. Wanneer de temperatuur aanzienlijk daalt, trekt het materiaal aan de oppervlakte meer samen en dit resulteert in radiale kloven.

3. Ondermijning:

Erosie door rivieren en zee kan leiden tot rotswatervallen en aardverschuivingen die steenfracturen kunnen veroorzaken. Dit is gebruikelijk langs de kusten van de zee, waar het verwijderen van klei van onder overliggende kalksteen optreedt. Grootschalige uitval kan ook het gevolg zijn van winderosie van zachte bedden op lagere niveaus, wat resulteert in hardere rotsen die aan de voet van de kliffen vallen.

4. Slijtage, Slijpen en Impact:

Deze drie bewerkingen verminderen de grootte van deeltjes. Slijtage is typerend voor de wrijvende werking van met puin beladen ijsmassa's die over een rotsbodem gaan. Slijpen is het effect dat wordt veroorzaakt doordat kleine fragmenten tussen grotere deeltjes worden ingepakt en worden gemalen tot bijna steenmeel. Dergelijke acties zijn waarschijnlijk langs riviergeulen en langs kusten. Impact verwijst naar een plotselinge botsing van rotslichamen die leidt tot schilfervormende en afbrokkelende fragmenten.

5. Afschilfering:

Dit verwijst naar het afschalen of afpellen van opeenvolgende schillen van het rotsoppervlak. Afschilfering wordt waargenomen in grofkorrelige gesteenten met veldspaat. Wanneer het rotsoppervlak nat wordt, dringt het vocht de poriën en de spleten tussen de minerale korrels binnen en reageert het met veldspaat. Als een gevolg van de chemische reactie, wordt een nieuwe substantie namelijk kaolien gevormd die een vorm van klei is.

Deze klei heeft een groter volume dan de oorspronkelijk aanwezige veldspaat. Deze uitbreiding onttrekt de omliggende minerale korrels. Als gevolg van deze actie valt een dunne schaal van oppervlaktemateriaal weg (merk op dat dit een fysiek proces is door een chemische verandering). Dit proces wordt herhaald als gevolg van opeenvolgende bevochtiging van het rotsoppervlak.

6. Vorstactie:

Vorstwerking is te wijten aan een contrasterende eigenschap van water. We weten dat de meeste materialen uitzetten wanneer ze worden verwarmd en samentrekken bij afkoeling. Dit geldt voor water, behalve dat wanneer water wordt afgekoeld van 4 ° C tot 0 ° C, het uitzet.

De mate van uitzetting is het meest bij 0 ° C omdat het stolt tot ijs, het volume neemt met 9 procent toe. Een dergelijke uitzetting van water als het afkoelt en stolt, kan enorme krachten uitoefenen die spanningen produceren van vele duizenden Newton's per vierkante millimeter. Wanneer regenwater, smeltende sneeuw of condensatie in de poriën of spleten in de rotsen sijpelt, als de temperatuur onder het vriespunt zakt, verandert het water dat in de scheuren en poriën sijpelt in ijs.

Het uitzettende ijs oefent een enorme druk uit tegen de opgesloten rots, gedraagt ​​zich als een wig en verwijdt en verlengt de opening. Daarna, wanneer het ijs ontdooit, sijpelt het water dieper de opening in. Terwijl het water opnieuw vriest, wordt het proces herhaald. Dergelijk herhaald ontdooien en bevriezen van water, dwz vorstwerking, breekt de steen uit elkaar.

Vorstwerking is prominent wanneer het bedgesteente direct wordt blootgesteld aan de atmosfeer en waar vocht bestaat en de temperatuur vaak fluctueert boven en onder het vriespunt van water.

Dergelijke omstandigheden bestaan ​​in de winter in gematigde klimaten en ze kunnen ook voorkomen op bergtoppen en ook in gebieden met grote hoogte in de lente of herfst. De dagtemperaturen stijgen tot boven het vriespunt, waardoor sneeuw en ijs smelten en de temperatuur 's nachts opnieuw onder het vriespunt daalt, waardoor vorstwerking optreedt.

Als gevolg van vorstinwerking op kliffen vallen de gebroken losse fragmenten naar de voet van de klif. Terwijl dit proces doorgaat, verzamelt zich een stapel fragmenten genaamd de helling van de Tallus aan de voet van de klif. Potgaten op wegen in koude gebieden zijn het gevolg van vorstinwerking op blootgestelde wegdekken.

7. Plant- en dieractie:

Rotsen kunnen in kleinere stukjes uiteenvallen door de interactie tussen planten en dieren. Wanneer een rots scheuren ontwikkelt, worden kleine rotsdeeltjes en grond door regen of wind in zo'n barst gewassen. Als een zaadje in zo'n barst zou vallen, kan het ontkiemen en kan het uitgroeien tot een plant.

Zo'n plant kan zijn wortels dieper in de rotsen sturen op zoek naar water. Naarmate de groeiende wortels dikker worden, drukken ze tegen de zijkanten van de spleet en kunnen in de loop van de tijd de rots breken. Wortels van kleine planten zoals korstmossen en mossen produceren een rotsoplossende zuur als ze groeien en vervallen verder versnellend afbreken van de rotsen.

Dieren (met uitzondering van mensen) dragen ook bij aan de verwering van rotsen. Regenwormen kunnen deeltjes naar de oppervlakte brengen. Deze deeltjes worden blootgesteld aan de atmosfeer en onderworpen aan verdere afbraak. Mieren, termieten, mollen en dergelijke gravende dieren kunnen verwering veroorzaken. De holen die door hen worden gecreeerd staan ​​lucht en water toe om te doordringen om verwering van de onderliggende rots te veroorzaken.

Ook mensen hebben bijgedragen aan fysieke verwering. Steenwinning, stripmijnbouw zijn voorbeelden van menselijke activiteiten waarbij stenen worden gebroken. Bovendien leggen dergelijke activiteiten enorme hoeveelheden verse gesteente bloot aan andere verweringsprocessen.

8. Drukloslossing (drukvrijgave):

Op grote dieptes gevormde rotsen staan ​​onder hoge druk. Hierin worden zeer hoge drukspanningen ontwikkeld die vanwege druk niet kunnen worden vrijgegeven.

Bepaalde krachten in de aarde brengen deze rotsen naar de oppervlakte en in dergelijke situaties komt de druk vrij die leidt tot uitzetting en vrijzetting van stress. In dit proces ontwikkelen de rotsen grote scheuren of gewrichten waar ze zwak zijn. Lossen kan ook plaatsvinden wanneer zeer zware gletsjers wegsmelten en de druk wordt opgeheven.

Opmerking: fysieke weersinvloeden stellen grote oppervlakken bloot die nodig zijn om chemische activiteit te laten plaatsvinden.

Chemische verwering van rotsen:

Chemische verwering is een proces waarbij stenen worden afgebroken waardoor hun chemische samenstelling verandert. De meeste rotsen worden gevormd in een omgeving die heel erg verschilt van de omgeving die heerst aan de oppervlakte van de aarde. Veel van de stoffen die in de atmosfeer aanwezig zijn, zijn niet aanwezig in de omgeving waar de rotsen worden gevormd.

Vandaar dat, wanneer het mineraal van de rots wordt blootgesteld aan de substantie van de atmosfeer, chemische reacties plaatsvinden resulterend in de vorming van nieuwe verbindingen, waarvan de eigenschappen verschillen van die van de oorspronkelijke mineralen. Deze veranderingen verzwakken de structuur van de rots en als gevolg daarvan wordt de rots gebroken door fysieke verwering.

Het is waardevol om de volgende algemene kenmerken van chemische reacties in de context van verschillende weersomgevingen op te merken.

(i) Chemische reacties hebben de neiging sneller te werken bij hogere temperaturen.

(ii) Voor een efficiënte reactie moeten de reagentia snel en gemakkelijk bij elkaar worden gebracht en moeten de producten worden verwijderd. In de natuur levert water in het algemeen de reactanten aan de minerale oppervlakken en spoelt de reactieproducten weg.

(iii) Hoe kleiner de reagerende korrels, hoe sneller de chemische reacties verlopen. Alle bovengenoemde factoren spelen een rol in het chemische verweringsproces. Lokaal klimaat regelt de gemiddelde temperatuur van de reactie en de toevoer van water voor reactie.

De korrelgrootte van de minerale reactanten hangt grotendeels af van het proces van mechanische verwering (desintegratie) van gesteenten evenals van slijtage en breuk tijdens transport. De tijd die beschikbaar is voor verweringsreacties hangt af van de snelheid van erosie en dus van de snelheid van opheffing of verzakking.

Als er snel erosie of depositie optreedt, worden weersinvloeden onderbroken omdat sedimenten worden begraven en uit de verweringsomgeving worden verwijderd; als erosie of depositie langzaam optreedt, kunnen verweringsreacties langer duren.

Chemische verwering wordt voornamelijk veroorzaakt door zuurstof, koolstofdioxide en water.

1. Oxidatie:

Oxidatie betekent de combinatie van zuurstof met andere stoffen. Dit is een belangrijk chemisch verweringsproces. De meeste mineralen bevatten ijzer zoals Magnetite, Pyrite Amphibole. Biotieten worden gemakkelijk aangetast door zuurstof, waarvan hematiet (Fe ₂ O ₃ ) en magnetiet (Fe ₃ O ₄ ) zeer vaak voorkomen.

Aanwezigheid van water tijdens oxidatie kan resulteren in een andere reactie. Een verbinding van ijzer, zuurstof en water genaamd goethiet kan worden gevormd. Goethite is geelachtig bruin van kleur. Wanneer goethiet wordt gedehydrateerd, wordt hematiet gevormd. Aanwezigheid van hematiet of goethiet in de bodem geeft een roodachtige of geelbruine kleur.

Oxidatie van ijzeroxide in aanwezigheid van water:

Uitdroging van goethiet:

Oxidatie veroorzaakt afbraak van de rots als gevolg van het volgende effect. Wanneer zuurstof wordt gecombineerd met ijzer, worden de chemische bindingen tussen ijzer en andere elementen verbroken waardoor de structuur verzwakt. Zelfs aluminium en silicium bij blootstelling aan oxydatie vormende oxiden kunnen in structuur verzwakt raken.

2. Hydratatie, hydrolyse, oplossing:

Water dat op het aardoppervlak aanwezig is, is een belangrijk agens voor chemische verwering. Een reactie van water met een andere stof wordt hydratatie genoemd.

Ex: Hydratatie van anhydriet om gips te vormen

Water kan ook in waterstofionen (H +) en hydroxide-ionen (OH-) breken. Als deze ionen de ionen van het mineraal vervangen, wordt de reactie hydrolyse genoemd. Veel voorkomende mineralen die hydrolyse ondergaan, zijn veldspaat, amfibool en biotiet. Dit proces resulteert in zwelling en verkruimeling tot poeder.

Water kan steenresten oplossen en verwering veroorzaken. Dit proces wordt verwering door een oplossing genoemd. Halite (steenzout) en gips zijn voorbeelden van mineralen oplosbaar in water. Aangezien water langzaam wat mineralen uit de rots oplost, worden de omringende rotsmineralen blootgesteld voor verdere verwering.

In sommige gevallen kan de structuur van de rots verzwakt worden door lege holten die ontstaan ​​zijn die leiden tot het afbrokkelen van de rots. De mineralen opgelost in oplossing kunnen chemisch met elkaar reageren om nieuwe verbindingen te vormen. Als de resulterende verbindingen onoplosbaar zijn in water, kunnen ze neerslaan.

3. Carbonatatie:

Chemische combinatie van koolstofdioxide met een andere stof wordt carbonatatie genoemd. Koolstofdioxide in gasstaat heeft mogelijk geen effect op stenen. Maar wanneer kooldioxide in contact komt met water, wordt koolzuur gevormd dat kan werken op gangbare steenmineralen. Mineralen die natrium, kalium, magnesium en calcium bevatten, worden door koolzuur beïnvloed om carbonaten te vormen.

Het minerale calciet wordt ernstig aangetast door koolzuur tot bijna vernietiging. Kalksteen wordt volledig opgelost door koolzuur in grondwater of regenwater. Terwijl grondwater dat koolzuur bevat sijpelt door bedrots bestaande uit calciet, worden spectaculaire grotten gevormd, vanwege de vorming van zeer grote gaten.

4. Andere chemische factor:

Er zijn ook andere zuren naast koolzuur die stenen en mineralen aanvallen. Sommige van deze zuren worden geproduceerd tijdens het verval van organisch materiaal. Sommige zuren worden geproduceerd in de vorm van afvalproducten van bepaalde planten en dieren. Deze zuren worden opgelost in regenwater en sijpelen door de bodem naar het gesteente en chemisch handelen met de rots.

Sommige primitieve planten zoals korstmossen kunnen op kale rotsen groeien als de rots nat is en sluimerend liggen als de rots droog is, corrodering van korstmossen het rotsoppervlak aantast en de minerale voedingsstoffen oplost die de minerale deeltjes losmaken. De losgemaakte minerale deeltjes en het stof hopen zich op in de spleten van de rots. Sommige zaden kunnen in deze gronddeeltjes terechtkomen en groeien, wat leidt tot verdere fysieke verwering.

Menselijke activiteiten worden ook bronnen van zuren die steenverwering kunnen veroorzaken. Woningen, auto's, bussen, vrachtwagens, enz. Lossen grote hoeveelheden afvalgassen en andere verontreinigende stoffen in de atmosfeer. Veel van deze zoals oxiden van stikstof en zwavel reageren chemisch met water om reactieve zuren te vormen.

Bacteriën kunnen ook een belangrijke invloed uitoefenen bij het bevorderen van desintegratie en afbraak van gesteenten. Van sommigen van hen is bekend dat ze salpeterzuur afgeven dat chemisch op de rotsen kan werken. De microscopisch kleine bacteriën dringen door in elke kleine spleet die wordt geproduceerd door atmosferische instanties en brengen gedurende de lange perioden desintegratie van oppervlaktestenen met zich mee, waarbij hun activiteitsperiode beperkt is tot de zomermaanden.

Ze zijn opgemerkt op rotsen met een heel ander karakter, zoals graniet, schist, kalksteen, zandsteen, vulkanisch gesteente en op hoge bergtoppen en lagere niveaus. Het is ook gemeld dat bepaalde variëteit aan mieren continu koolzuur in de grond uitstorten wat leidt tot verwering.

Bepaalde andere soorten mieren die bekend staan ​​als saubas of sauva's leven in grote kolonies, graven in de aarde, waar ze kamers graven met galerijen die uitstralen in alle richtingen waarin ze grote hoeveelheden bladeren vervoeren.

In regio's van industriële complexen zijn zuren in een verontrustende hoeveelheid. Water in regenval in deze regio's bevat een aanzienlijke hoeveelheid zuur en de regen wordt vaak zure regen genoemd. Rotsen kunnen verweerd en afgebroken raken door de werking van zure regen. Zure regen kan ook door de mens gemaakte structuren afbreken en het leven van planten en dieren beschadigen.

Vormen van chemische verwering:

1. Oplossing Weathering:

Dit is een andere vorm van chemische verwering. Dit gebeurt wanneer mineralen oplossen in water (in oplossing gaan). Dit gebeurt omdat sommige soorten gesteente gemakkelijk worden opgelost in regenwater. Verwering door oplossing veroorzaakt typisch vrij glad geschulpte oppervlakken. Zachte calciet en gips tonen bijvoorbeeld vaak bewijs van verwering door oplossingen.

2. Sferoïdale verwering:

Sferoïdale verwering verwijst naar de verandering van gezamenlijke rotsblokken progressief naar binnen toe vanaf hun velgen. Het randgebied van de rotsbreuken wordt gedeeltelijk of volledig omgezet in klei of andere producten.

Terwijl de binnenste delen van de rots relatief vers en vast blijven, worden de buitengebieden onderworpen aan differentiële expansies en wordt het materiaal in dit gebied losgemaakt langs concentrische verbindingen. De gevormde kernen variëren in grootte van kei tot steentjes. Ze worden afgerond door verwering. Dit type verwering is te wijten aan het gesteente dat is blootgesteld aan zowel mechanische als chemische verwering.

Eerst zijn de rotsen gespleten ontwikkelende gewrichten. De gescheiden blokken van de rots ondergaan chemische verwering waardoor de randen en de oppervlakken van de afzonderlijke gescheiden blokken corrosie ondergaan. Als gevolg hiervan worden de gescheiden blokken veranderd in afgeronde rotsblokken.

3. Differentiële verwering:

We observeren in veel lagen van wegverspilling / uit gewassen vaak rotslagen die allemaal met verschillende snelheden verweren, waardoor het uitgesneden gewas eruit ziet als een ongelijke stapel platte stenen. Dit wordt Differential Weathering genoemd.

Dit gebeurt wanneer de lagen in een ontsluitingslaag meer dan één type gesteente bevatten, bijvoorbeeld bepaalde oude mariene omgevingen kunnen afzonderlijke lagen zand en slib afzetten, waardoor een uitsnijding van zandsteen en schalie ontstaat. Bij deze twee soorten steenweer is het resultaat vaak een verschil in weersinvloeden, waarbij de zandstenen beter bestand zijn tegen weersinvloeden dan de schalie.