الارصاد: أنواع والعمليات
التجوية هي تحلل الصخور بالتحلل الميكانيكي والتحلل الكيميائي. يتشكل العديد منها في درجات حرارة عالية وضغوط عميقة في قشرة الأرض ؛ عندما تتعرض لدرجات حرارة منخفضة وضغوط على السطح وتواجه الهواء والماء والكائنات الحية ، فإنها تتحلل وتكسر.
للكائنات الحية أيضًا دور مؤثر في التجوية ، لأنها تؤثر على الصخور والمعادن من خلال عمليات بيوفيزيائية وكيميائية حيوية مختلفة ، ومعظمها غير معروف بالتفصيل.
أساسا هناك ثلاثة أنواع رئيسية من خلالها تجوية تجري ؛ هذا يمكن أن يكون فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية. كل من هذه المتغيرات لها خصائص محددة تؤثر على الصخور بطرق مختلفة ؛ حتى في بعض الحالات قد يكون هناك مزيج من عدة ظواهر.
التجوية المادية أو الميكانيكية
تقلل العمليات الميكانيكية الصخور إلى أجزاء أصغر تدريجياً ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة السطح المعرض للهجوم الكيميائي. عمليات التجوية الميكانيكية الرئيسية هي كما يلي:
- التحميل.
- عمل الصقيع.
- الإجهاد الحراري الناجم عن التدفئة والتبريد.
- التوسع.
- الانكماش بسبب الترطيب مع التجفيف اللاحق.
- الضغوط التي يمارسها نمو بلورات الملح.
أحد العوامل المهمة في التجوية الميكانيكية هو الإرهاق أو توليد الإجهاد المتكرر ، مما يقلل من التسامح مع الضرر. نتيجة التعب هي أن الصخور سوف تنكسر عند مستوى إجهاد أقل من عينة غير مرهقة.
تفريغ
عندما يزيل التآكل المادة من السطح ، ينخفض ضغط الحصر على الصخور الأساسية. يسمح الضغط المنخفض للحبوب المعدنية بالفصل أكثر وإنشاء الفراغات ؛ الصخرة تتوسع أو تتسع ويمكن أن تنكسر.
على سبيل المثال ، في مناجم الجرانيت أو غيرها من الصخور الكثيفة ، يمكن أن يكون إطلاق الضغط الناجم عن التخفيضات من أجل الاستخراج عنيفًا وربما يسبب انفجارات.
كسر عن طريق التجميد أو gelifraction
الماء الذي يشغل المسام داخل الصخر يتسع بنسبة 9٪ عند التجميد. هذا التمدد يولد ضغطًا داخليًا يمكن أن يتسبب في التفكك المادي أو كسر الصخور.
يعتبر التلمم عملية مهمة في البيئات الباردة ، حيث تحدث دورات التجميد والذوبان بشكل مستمر.
دورات تبريد التدفئة (الحرارية)
الصخور لديها الموصلية الحرارية المنخفضة ، مما يعني أنها ليست جيدة في قيادة الحرارة بعيدا عن أسطحها. عندما يتم تسخين الصخور ، يزيد السطح الخارجي من درجة حرارته أكثر بكثير من الجزء الداخلي من الصخر. ولهذا السبب ، فإن الجزء الخارجي يعاني من توسع أكثر من الجزء الداخلي.
بالإضافة إلى ذلك ، تقدم الصخور المكونة من بلورات مختلفة تسخينًا تفاضليًا: تسخين البلورات الداكنة اللون بسرعة أكبر وتبرد ببطء أكبر من البلورات الأخف وزناً.
تعب
يمكن أن تسبب هذه الضغوط الحرارية تفكك الصخور وتشكيل قشور ضخمة وقذائف وصفائح. تنتج التدفئة والتبريد المتكرران تأثيرًا يسمى التعب الذي يشجع التجوية الحرارية ، ويسمى أيضًا بالحرارة الحرارية.
بشكل عام ، يمكن تعريف التعب على أنه تأثير العديد من العمليات التي تقلل من تحمل المادة للضرر.
جداول الصخور
يشمل تقشير أو إنتاج الألواح بالضغط الحراري أيضًا توليد موازين صخرية. وبالمثل ، يمكن للحرارة الشديدة الناتجة عن حرائق الغابات والانفجارات النووية أن تتسبب في انهيار الصخور وانهيارها في نهاية المطاف.
على سبيل المثال ، تم استخدام النار في الهند ومصر لسنوات عديدة كأداة استخراج في المحاجر. ومع ذلك ، فإن التقلبات اليومية في درجات الحرارة ، الموجودة حتى في الصحاري ، هي أقل بكثير من الحدود القصوى التي وصلت إليها الحرائق المحلية.
ترطيب وتجفيف
المواد المحتوية على الصلصال ، مثل الطين والصخر الزيتي ، تتوسع إلى حد كبير عند ترطيبها ، والتي يمكن أن تحفز على تشكيل التكسرات الصغرى أو الكسور الدقيقة ( التكسرات الصغرى باللغة الإنجليزية) ، أو توسيع التصدعات الموجودة.
بالإضافة إلى تأثير التعب ، تؤدي دورات التمدد والانكماش - المرتبطة بالترطيب والتجفيف - إلى التجوية الصخرية.
الأرصاد عن طريق نمو بلورات الملح أو haloclastia
في المناطق الساحلية والقاحلة ، يمكن أن تنمو بلورات الملح في المحاليل الملحية التي تتركز بواسطة تبخر الماء.
ينتج تبلور الملح في الفواصل أو مسام الصخور توترات تتسع نطاقها ، وهذا يؤدي إلى تفكك الصخور الحبيبي. تُعرف هذه العملية باسم التجوية المالحة أو الهالوكلاستيا.
عندما يتم تسخين بلورات الملح التي تشكلت داخل مسام الصخر أو تشبعها بالماء ، فإنها تتوسع وتمارس ضغطًا على جدران المسام القريبة ؛ هذا ينتج الإجهاد الحراري أو الإجهاد المائي (على التوالي) ، والتي تساهم في التجوية الصخرية.
الأرصاد الكيميائية
ينطوي هذا النوع من التجوية على مجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية ، والتي تعمل معًا على أنواع مختلفة من الصخور على نطاق الظروف الجوية بأكمله.
يمكن تجميع هذا التنوع الكبير في ستة أنواع من التفاعلات الكيميائية الرئيسية (جميعها متورطة في تحلل الصخور) ، وهي:
- الحل.
- الترطيب.
- الأكسدة والاختزال.
- الكربنة.
- التحلل المائي.
انحلال
يمكن إذابة الأملاح المعدنية في الماء. هذه العملية تنطوي على تفكك الجزيئات في الأنيونات والكاتيونات ، وترطيب كل أيون. أي أن الأيونات محاطة بجزيئات الماء.
عمومًا ، يُعتبر الانحلال عملية كيميائية ، رغم أنها لا تنطوي على تحولات كيميائية مناسبة. عندما يحدث الذوبان كخطوة أولية للعمليات الكيميائية الأخرى للتجوية ، يتم تضمينه في هذه الفئة.
ينعكس المحلول بسهولة: عندما يكون المحلول مشبعًا ، يترسب جزء من المادة المذابة كصلبة. الحل المشبع ليس لديه القدرة على إذابة أكثر صلابة.
تختلف المعادن في قابليتها للذوبان ومن بين أكثرها قابلية للذوبان في الماء كلوريد المعادن القلوية ، مثل ملح الصخور أو الهاليت (NaCl) وملح البوتاسيوم (KCl). تم العثور على هذه المعادن فقط في المناخات القاحلة جدا.
الجبس (CaSO 4 .2H 2 O) هو أيضًا قابل للذوبان تمامًا ، في حين أن الكوارتز لديه قابلية ذوبان منخفضة جدًا.
تعتمد قابلية الذوبان في العديد من المعادن على تركيز أيونات الهيدروجين الحرة (H +) في الماء. يتم قياس أيونات H + كقيمة الأس الهيدروجيني ، والتي تشير إلى درجة الحموضة أو القلوية في محلول مائي.
إضافة الماء
التجوية المائية هي عملية تحدث عندما تمتص المعادن جزيئات الماء على سطحها أو تمتصها ، بما في ذلك داخل شبكاتها البلورية. يولد هذا الماء الإضافي زيادة في الحجم يمكن أن يتسبب في كسر الصخور.
في المناخات الرطبة ذات خطوط العرض المتوسطة ، تظهر ألوان التربة / تعرض اختلافات سيئة السمعة: يمكن ملاحظتها من اللون البني إلى اللون الأصفر. هذه الالوان ناتجة عن ترطيب الهيماتيت بأكسيد الحديد الأحمر ، والذي ينتقل إلى الجيثيت بلون الأكسيد (أوكسي هيدروكسيد الحديد).
امتصاص الماء من جزيئات الطين هو أيضا شكل من أشكال الماء الذي يؤدي إلى توسيعه. ثم ، كما يجف الطين ، الشقوق النباح.
الأكسدة والحد
يحدث الأكسدة عندما تفقد ذرة أو أيون الإلكترونات ، مما يزيد من شحنتها الإيجابية أو يقلل شحنتها السلبية.
تتضمن إحدى تفاعلات الأكسدة الموجودة مزيج الأكسجين مع مادة. الأكسجين المذاب في الماء هو عامل مؤكسد شائع في البيئة.
يؤثر التآكل بالأكسدة بشكل أساسي على المعادن التي تحتوي على الحديد ، على الرغم من أنه يمكن أكسدة عناصر مثل المنجنيز والكبريت والتيتانيوم.
يكون تفاعل الحديد - الذي يحدث عندما يتلامس الأكسجين المذاب في الماء - مع المعادن الحاملة للحديد - كما يلي:
4Fe2 + + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e-
في هذا التعبير ، يمثل e الإلكترونات.
يمكن تحويل الحديد الحديدية (Fe2 +) الموجود في معظم المعادن المكونة للصخور إلى شكل حديدي (Fe3 +) عن طريق تغيير الشحنة المحايدة للشبكة البلورية. هذا التغيير يتسبب في بعض الأحيان في انهياره ويجعل المعدن أكثر عرضة للهجوم الكيميائي.
كربونات
الكربنة هي تكوين الكربونات ، وهي أملاح حمض الكربونيك (H 2 CO 3 ). يذوب ثاني أكسيد الكربون في المياه الطبيعية ليشكل حمض الكربونيك:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
بعد ذلك ، ينفصل حمض الكربونيك إلى أيون هيدروجين رطب (H 3 O +) وأيون بيكربونات ، بعد التفاعل التالي:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
حمض الكربونيك يهاجم المعادن المكونة للكربونات. تهيمن الكربنة على تجويف الصخور الجيرية (التي هي من الحجر الجيري والدولوميت) ؛ في هذه المعادن الرئيسية هي الكالسيت أو كربونات الكالسيوم (CaCO 3 ).
يتفاعل الكالسيت مع حمض الكربونيك لتكوين كربونات حمض الكالسيوم ، Ca (HCO 3 ) 2 التي ، على عكس الكالسيت ، تذوب بسهولة في الماء. هذا هو السبب في أن بعض الحجر الجيري عرضة للذوبان.
تفاعلات عكسها بين ثاني أكسيد الكربون والماء وكربونات الكالسيوم معقدة. في جوهرها ، يمكن تلخيص العملية على النحو التالي:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔ Ca 2 + + 2HCO 3 -
تحليل بالماء
بشكل عام ، يعتبر التحلل المائي - الانهيار الكيميائي بواسطة الماء - هو العملية الرئيسية للتجوية الكيميائية. يمكن للمياه أن تتحلل أو تذوب أو تعدل المعادن الأولية المعرضة للصخور.
في هذه العملية يتفاعل الماء المنفصل في كاتيونات الهيدروجين (H +) وأنيونات الهيدروكسيل (OH-) مباشرة مع معادن السيليكات في الصخور والتربة.
يتم تبادل أيون الهيدروجين مع كاتيون معدني من معادن السيليكات ، عادة البوتاسيوم (K +) ، الصوديوم (Na +) ، الكالسيوم (Ca2 +) أو المغنيسيوم (Mg2 +). ثم يتم دمج الكاتيون المنطلق مع أنيون الهيدروكسيل.
على سبيل المثال ، يكون تفاعل التحلل المائي للمعادن المسمى orthoclase ، والذي يحتوي على الصيغة الكيميائية KAlSi 3 O 8 ، كما يلي:
2KALSi 3 O 8 + 2H + + 2OH- → 2HAlSi 3 O 8 + 2KOH
لذلك يتم تحويل الإورثوكلاز إلى حمض ألومينوسيليك ، HAlSi 3 O 8 وهيدروكسيد البوتاسيوم (KOH).
يلعب هذا النوع من ردود الفعل دورًا أساسيًا في تكوين بعض النقوش المميزة ؛ على سبيل المثال ، يشاركون في تشكيل الإغاثة الكارستية.
الأرصاد البيولوجية
تهاجم بعض الكائنات الحية الصخور ميكانيكيا أو كيميائيا أو عن طريق مزيج من العمليات الميكانيكية والكيميائية.
النباتات
يمكن أن تمارس جذور النباتات - خاصة تلك الأشجار التي تنمو على الأسطح الصخرية المسطحة - تأثيرًا ميكانيكيًا حيويًا.
يحدث هذا التأثير الحيوي الحيوي عندما ينمو الجذر ، لأنه يزيد من الضغط الذي يمارسه في البيئة المحيطة به. هذا يمكن أن يؤدي إلى كسر الصخور السرير الجذر.
الأشنات
الأشنات عبارة عن كائنات حية مكونة من اثنين من الكائنات المتعايشة: فطر (الفطريات) والطحالب التي عادة ما تكون البكتيريا الزرقاء (phycobiont). تم الإبلاغ عن هذه الكائنات الحية كمستعمرات تزيد من تجوية الصخور.
على سبيل المثال ، لقد وجد أن Stereocaulon vesuvianum مثبت على تدفقات الحمم البركانية ، مما يساعد على زيادة معدل التجوية بما يصل إلى 16 ضعفًا مقارنة بالأسطح غير المستعمرة. يمكن أن تتضاعف هذه المعدلات في الأماكن الرطبة ، كما في هاواي.
ولوحظ أيضًا أنه عندما تموت الأشنات ، فإنها تترك بقعة مظلمة على أسطح الصخرة. تمتص هذه البقع إشعاعات أكثر من المناطق الصافية المحيطة ، مما يعزز التجوية الحرارية أو الحرارية.
الكائنات البحرية
تقوم بعض الكائنات البحرية بقشط سطح الصخور وتثقيبها ، مما يعزز نمو الطحالب. وتشمل هذه الكائنات مثقبة الرخويات والإسفنج.
أمثلة على هذا النوع من الكائنات الحية هي بلح البحر الأزرق ( Mytilus edulis ) و gastropod Cittarium pica .
عملية إزالة معدن ثقيل
Chelation هي آلية أخرى للتجوية تتضمن إزالة أيونات المعادن ، وخاصة أيونات الألمنيوم والحديد والمنغنيز من الصخور.
يتم تحقيق ذلك من خلال الاتحاد وعزل الأحماض العضوية (مثل حمض الفولفيك وحمض الدباليك) ، لتشكيل مجمعات قابلة للذوبان في المواد المعدنية العضوية.
في هذه الحالة ، تأتي عوامل مخلبية من منتجات التحلل للنباتات ومن إفرازات الجذور. عملية إزالة معدن ثقيل يعزز التجوية الكيميائية ونقل المعادن إلى التربة أو الصخور.
