Forvitring af klipper: Fysisk og kemisk

Efter at have læst denne artikel vil du lære om fysisk og kemisk forvitring af sten.

Mekanisk vejr eller fysisk vejrtrækning:

Mekanisk eller fysisk forvitring refererer til ændringer, der kun vedrører formularen. På grund af denne type vejrforhold kan store faste masser bryde ind i løsfragmenter, der varierer i størrelse og form, men opretholder deres oprindelige sammensætning. Sådanne processer, der nedbryder sten uden at ændre deres kemiske sammensætning kaldes fysisk eller mekanisk forvitring.

Mekanisk forvitring kan være af to typer, nemlig. blok desintegration og granulær desintegration. Blokdisponering finder sted på grund af udvikling af ledd, der brækker stenmassen i en række mindre individuelle blokke eller fragmenter. Granulær desintegration finder sted på grund af tab af sammenhæng mellem individuelle partikler, der gør stenen til usammenhængende granulære stykker.

Granulær desintegration er begrænset til de grove kornede klipper og påvirker bestemte sten som grove teksturerede granitter. Blokdisponering påvirker sten af ​​alle teksturer og er særligt iøjnefaldende i de finere teksturerede sorter. Udover blokering og granulatopløsning kan slag og slid også forårsage nedbrydning af sten.

Fysisk forvitring kan skyldes følgende:

(i) Differential termisk udvidelse

(ii) Temperaturvariationer

iii) underminere

(iv) Slid, slibning og påvirkning

(v) Afskalning

(vi) Frost handling

vii) Plante- og dyresatsning

(viii) Trykaflæsning

1. Differential termisk ekspansion:

Mineraler i en sten har varierende termiske ekspansionskoefficienter. På grund af stigning i temperaturen vil der blive opstillet spændinger. Dette vil føre til granulat opløsning af mineraler og sten. Det mørkfarvede mineral har en højere varmeabsorptionsrate end lyse mineraler. Dette kan også bidrage til stressdannelse, som kan føre til revner.

2. Temperaturvariationer:

Klipper udsættes for gentagen opvarmning og afkøling på grund af daglige og sæsonmæssige temperaturændringer. I den periode med intens varme udvider de ydre lag af stenmassen, der indfører trækspændinger. Dette kan forårsage adskillelse parallelt med stenoverfladen. Når der er et betydeligt fald i temperaturen, samler materialet nær overfladen mere og dette resulterer i radiale sprækker.

3. Underminering:

Erosion ved floder og hav kan føre til stenfald og jordskred, der kan forårsage stenbrud. Dette er almindeligt langs havkysterne, hvor fjernelse af ler fra underliggende kalksten forekommer. Stor nedbrydning kan også skyldes vindosion af bløde senge på lavere niveauer, hvilket resulterer i hårdere klipper, der falder ved foden af ​​klipperne.

4. Slid, slibning og indvirkning:

Disse tre operationer reducerer partikelstørrelsen. Slid er typisk for gnidning af affald af beskadigede ismasser, der passerer over et stengulv. Slibning er den effekt, der produceres af små fragmenter, der opfanges mellem større og bliver jordet ned til næsten stenmel. Sådanne handlinger er sandsynligvis langs flodkanaler og langs kyster. Påvirkninger refererer til pludselige kollisioner af stenlegemer, der fører til flak- og kippedannelsesfragmenter.

5. Eksfoliering:

Dette refererer til afskalning eller afskalning af successive skaller fra stenoverfladen. Eksfoliering observeres i grove kornede klipper, der indeholder feldspar. Når stenoverfladen bliver våd, trænger fugtigheden ind i porerne og sprækkene mellem mineralskornene og reagerer med feldspar. Som følge af den kemiske reaktion dannes et nyt stof, nemlig kaolin, som er en form for ler.

Denne ler har et større volumen end den oprindeligt tilstede feldspar. Denne ekspansion puster løs de omgivende mineralkorn. Som et resultat af denne handling flager en tynd skal af overfladematerialet væk (Bemærk at dette er en fysisk proces ved en kemisk ændring). Denne proces gentages på grund af successive fugninger af stenoverfladen.

6. Frost Action:

Frost handling skyldes en kontrasterende egenskab af vand. Vi ved, at de fleste materialer udvides, når de opvarmes og kontraheres, når de afkøles. Dette gælder for vand bortset fra at når vandet køles ned fra 4 ° C til 0 ° C, udvides det.

Udvidelsesgraden er mest ved 0 ° C, da den størkner i is, volumenet stiger med 9%. En sådan udvidelse af vand som det afkøler og størkner kan udøve enorme kræfter, der frembringer stress af mange tusindvis af Newtons per kvadratmilimeter. Når regnvand, smeltende sne eller kondensering siver ind i eventuelle porer eller sprækker i klipper, da temperaturen falder under frysepunktet, ændrer vandet i revner og porer sig til is.

Den ekspanderende is udøver enormt pres over den begrænsende sten, som optræder som en kil og udvider og udvider åbningen. Derefter suger vandet dybere ind i åbningen, når isen tøder. Som vandet refreezes, gentages processen. Sådan gentagne optøning og frysning af vand, dvs. frostvirkning bryder klippen fra hinanden.

Frostvirkning er fremtrædende, hvor sengen er direkte udsat for atmosfæren, og hvor der er fugtighed, og temperaturen svinger ofte over og under frysepunktet for vand.

Sådan tilstand eksisterer om vinteren i tempererede klimaer, og de kan også forekomme på bjergtoppe og også i højhøjede områder i forår eller efterår. Dagtemperaturerne stiger over frysepunktet, der forårsager sne og is at smelte, og da temperaturen falder under frysepunktet igen om natten, hvilket fremkalder frostvirkning.

På grund af frostvirkning på klipper falder de brudte løse fragmenter ned til klippens bund. Da denne proces fortsætter, akkumuleres en bunke fragmenter kaldet Tallus-hældning ved bunden af ​​klippen. Pothuller på veje i kolde områder skyldes frostvirkning på udsatte vejflader.

7. Plante- og dyreaktion:

Klipper kan bryde ned i mindre stykker af interaktionen på dem af planter og dyr. Når en sten udvikler revner, vaskes små stenpartikler og jord i en sådan revne med regn eller vind. Hvis en frø skulle falde ind i en sådan revne, kan den spire og vokse til at blive en plante.

En sådan plante kan sende sine rodrottere dybere ind i klipperne på søgen efter vand. Efterhånden som de voksende rodrotter tykker, presser de mod sidens knæk og over en periode kan de bryde klippen. Rødder af små planter som lavene og moserne producerer en rockopløsende syre, da de vokser og forfalder yderligere accelererende nedbrydning af klipperne.

Dyr (med undtagelse af mennesker) bidrager også til vejrbestandningen af ​​klipper. Jordormene kan bringe partikler til overfladen. Disse partikler udsættes for atmosfæren og udsættes for yderligere nedbrydning. Myrer, termitter, mol og sådanne gravede dyr kan forårsage forvitring. De borger skabt af dem tillader luft og vand at trænge ind for at forårsage forvitring af den underliggende sten.

Mennesker har også bidraget til fysisk forvitring. Rock stenbrud, strip minedrift er eksempler på menneskelige aktiviteter, hvor sten er brudt. Derudover udsætter sådanne aktiviteter store mængder frisk sten til andre vejrprocesser.

8. Trykaflæsning (trykfrigivelse):

Stenarter dannet ved store dybder er under højt tryk. Meget høje kompressionsspændinger udvikles i dem, som ikke kan frigives på grund af tryk.

Visse kræfter i jorden bringer disse klipper til overfladen, og i sådanne situationer frigøres trykket, hvilket fører til ekspansion og frigivelse af stress. I denne proces udvikler stenene store revner eller led, hvor de er svage. Aflæsning kan også finde sted, når meget tunge gletsjere smelter væk og trykket frigives.

Bemærk: Fysisk forvitring udsætter store overfladearealer, der er nødvendige for at kemisk aktivitet kan finde sted.

Kemisk vejrning af klipper:

Kemisk vejrforurening er en proces, hvor klipper brydes ned og ændrer deres kemiske sammensætninger. De fleste af klipperne er dannet i et miljø, der er meget forskelligt fra det miljø, der hersker på jordens overflade. Mange af de stoffer, der er til stede i atmosfæren, er ikke til stede i det miljø, hvor klipperne dannes.

Når stenens mineral udsættes for atmosfærens substans, sker der derfor kemiske reaktioner, der resulterer i dannelsen af ​​nye forbindelser, hvis egenskaber afviger fra de oprindelige minerals. Disse ændringer forringer stenens struktur og som følge heraf bliver klippen brudt af fysisk forvitring.

Det er værd at bemærke følgende generelle karakteristika ved kemiske reaktioner i sammenhæng med forskellige forvitringsmiljøer.

(i) Kemiske reaktioner har tendens til at gå hurtigere ved højere temperaturer.

ii) For en effektiv reaktion skal reaktanterne hurtigt og hurtigt bringes sammen, og produkterne skal fjernes. I naturen leverer vand generelt reagenserne til mineraloverfladerne og spyler reaktionsprodukterne væk.

(iii) Jo mindre de reagerende korn, desto hurtigere går de kemiske reaktioner til færdiggørelse. Alle ovenstående faktorer spiller en rolle i den kemiske vejrproces. Lokalt klima styrer reaktionens gennemsnitstemperatur og tilførsel af vand til reaktion.

Kornstørrelsen af ​​mineralreaktanter afhænger i vid udstrækning af processen med mekanisk forvitring (nedbrydning) af sten samt slid og brud under transport. Den tidsperiode, der er tilgængelig for vejrtrækningsreaktioner, afhænger af erosionshastigheden og dermed hastigheden af ​​ophævelse eller sænkning.

Hvis erosion eller deponering sker hurtigt, vil forvitringsreaktioner blive afbrudt, fordi sedimenter vil blive begravet og fjernet fra vejrsmiljøet; hvis erosion eller deponering forekommer langsomt, kan vejrtrækningsreaktioner fortsætte i længere tid.

Kemisk vejrforurening bringer hovedsageligt ilt, kuldioxid og vand.

1. Oxidering:

Oxidering betyder kombinationen af ​​ilt med andre stoffer. Dette er en vigtig kemisk vejrproces. De fleste mineraler indeholder jern som magnetit, pyrit amfibol. Biotitter påvirkes let af ilt, hvoraf hæmatit (Fe203) og magnetit (Fe3O4) er meget almindelige.

Tilstedeværelse af vand under oxidation kan resultere i en anden reaktion. En forbindelse af jern, ilt og vand kaldet goethit kan dannes. Goethit er gulbrun i farve. Når goethit er dehydreret, dannes hæmatit. Tilstedeværelsen af ​​hæmatit eller goethit i jord giver en rødlig eller gul brun farve.

Oxidering af jernoxid i nærværelse af vand:

Dehydrering af goethit:

Oxidering forårsager nedbrydning af klippen på grund af følgende virkning. Når ilt kombinerer med jern, brydes de kemiske bindinger mellem jern og andre elementer, hvilket svækker strukturen. Selv aluminium og silicium, når de udsættes for oxidationsdannende oxider, kan blive svækket i struktur.

2. Hydrering, hydrolyse, opløsning:

Vand til stede på jordens overflade er et vigtigt middel til kemisk forvitring. En reaktion af vand med et andet stof kaldes hydrering.

Eks: Hydrering af anhydrit til dannelse af gips

Vand kan også bryde ind i hydrogenioner (H +) og hydroxidioner (OH-). Hvis disse ioner erstatter mineralernes ioner, kaldes reaktionen hydrolyse. Fælles mineraler, der gennemgår hydrolyse, er felspar, amfibol og biotit. Denne proces resulterer i hævelse og smuldring til pulver.

Vand kan opløse stenmateriale og forårsage forvitring. Denne proces kaldes forvitring efter løsning. Halit (Rock salt) og gips er eksempler på mineraler opløselige i vand. Da vand langsomt opløses nogle mineraler ud af klippen, er de omgivende stenmineraler udsat for yderligere forvitring.

I nogle tilfælde kan klippens struktur blive svækket på grund af ledige hulrum skabt, der fører til nedbrydning af klippen. Mineralerne opløst i opløsning kan reagere kemisk med hinanden for at danne nye forbindelser. Hvis de resulterende forbindelser er uopløselige i vand, kan de udfælde.

3. Karbonering:

Kemisk kombination af kuldioxid med et andet stof kaldes karbonering. Kuldioxid i gasstilstand kan ikke have nogen virkning på sten. Men når kuldioxid kommer i kontakt med vand, dannes der carbonsyre, der kan virke på almindelige stenmineraler. Mineraler indeholdende natrium, kalium, magnesium og calcium påvirkes af kulsyre til dannelse af carbonater.

Mineralskalitten er alvorligt påvirket af kulsyre til næsten ødelæggelse. Kalksten er helt opløst af kulsyre til stede i grundvand eller regnvand. Da grundvand, der indeholder kulsyre siver gennem sengen, der består af calcit, dannes spektakulære huler på grund af dannelsen af ​​meget store huller.

4. Anden kemisk faktor:

Der er også andre syrer ud over kulsyre, der angriber sten og mineraler. Nogle af disse syrer fremstilles under forfald af organisk materiale. Nogle syrer fremstilles i form af affaldsprodukter fra visse planter og dyr. Disse syrer opløses i regnvand og siver gennem jorden, der når grunden og kemisk virker med klippen.

Nogle primitive planter som ligner kan vokse på barber, når klippen er våd og ligger sovende, når klippen er tør. Afskærmning fra laverne korroderer rockoverfladen, der løser ud af mineralske næringsstoffer, der løsner mineralpartiklerne. De løsnede mineralpartikler sammen med støv ophobes i klippens sprækker. Nogle frø kan komme ind i disse jordpartikler og vokse, der fører til yderligere fysisk forvitring.

Menneskelige aktiviteter bliver også kilder til syrer, der kan forårsage stenvejr. Boliger, biler, busser, lastbiler mv frigør store mængder affaldsgasser og andre forurenende stoffer i atmosfæren. Mange af disse som nitrogen- og svovloxider reagerer kemisk med vand for at danne reaktive syrer.

Bakterier kan også udøve en vigtig indflydelse i fremme af desintegration og nedbrydning af sten. Nogle af dem er kendt for at uddele salpetersyre, som kemisk kan virke på klipperne. De mikroskopiske bakterier trænger ind i hvert lille sprække, der produceres af atmosfæriske organer, og gennem hele de lange perioder medfører opsplitning af overflademusler, hvor deres aktivitetsperiode er begrænset til sommermånederne.

De er blevet bemærket på klipper af meget forskellig karakter som granit, skifer, kalksten, sandsten, vulkanske klipper og på høje bjergtoppe såvel som lavere niveauer. Det er også rapporteret, at visse forskellige myrer løbende udhælder kulsyre i jorden, der fører til forvitring.

Visse andre myrer, der er kendt som saubas eller sauvas, lever i store kolonier, der græsser i jorden, hvor de udgraver kamre med gallerier udstrålende i alle retninger, hvor de bærer store mængder blade.

I regioner af industrielle komplekser er syrer i alarmerende mængde. Vand i nedbør i disse områder indeholder en betydelig mængde syre, og regnen kaldes ofte sur regn. Sten kan blive forvitret og nedbrudt af virkningen af ​​sur regn. Sur regn kan også nedbryde menneskeskabte strukturer og kan skade planter og dyr liv.

Former for kemisk vejrtrækning:

1. Løsning Vejrtrækning:

Dette er en anden form for kemisk forvitring. Dette sker, når mineraler opløses i vand (gå i opløsning). Dette sker, fordi nogle typer af sten nemt opløses i regnvand. Forvitring ved opløsning producerer typisk lidt glatte skulpterede overflader. For eksempel viser blød calcit og gips ofte tegn på opløsningsværdier.

2. Sfærisk vejrtrækning:

Sfærisk forvitring refererer til ændring af fælles blokke af sten gradvist indad fra deres fælge. Kanten regionen af ​​stenbrud er helt eller delvis omdannet til ler eller andre produkter.

Mens de indre områder af klippen forbliver relativt friske og solide, udsættes de ydre for forskellige udvidelser, og materialet i denne region bliver løsnet langs koncentriske ledd. Kernerne dannede rækkevidde i størrelse fra sten til småsten. De afrundes af forvitring. Denne form for forvitring skyldes klippen, der udsættes for både mekanisk og kemisk forvitring.

For det første er klipperne splittet af udviklingsled. De adskilte blokke af klippen undergår kemisk forvitring, på grund af hvilken kanterne og overfladerne af de enkelte adskilte blokke gennemgår korrosion. Som følge heraf ændres de adskilte blokke til afrundede sten.

3. Differential Weathering:

Vi observerer ofte i mange vejskæringer / udgrøder lag af sten, der alle forventer i forskellige hastigheder, hvilket gør udgrøden til at ligne en ujævn stabel af flade sten. Dette kaldes differentiel forvitring.

Dette sker, når lagene i en udstødning indeholder mere end en type sten, for eksempel kan visse gamle marine miljøer deponere separate lag sand og silt, der skaber en udgrøde af sandsten og skifer. Når disse to typer af stenvejr er, er resultatet ofte forskelligt vejr, hvor sandstenene er mere modstandsdygtige over for vejrforhold end skalerne.