Meteorizasyon: çeşitleri ve süreçleri
Ayrışma, kayaçların mekanik çürüme ve kimyasal bozunma ile ayrışmasıdır. Birçoğu yüksek sıcaklıklarda ve yer kabuğunda derin basınçlarda oluşur; Yüzeydeki düşük sıcaklıklara ve basınçlara maruz kaldıklarında ve hava, su ve organizmalarla karşılaştığında, ayrışır ve kırılırlar.
Canlılar, ayrışmada da önemli bir rol oynamaktadır, çünkü çoğu ayrıntılı olarak bilinmeyen çeşitli biyofiziksel ve biyokimyasal işlemler yoluyla kayalar ve mineralleri etkilerler.
Temel olarak, havalandırmanın gerçekleştiği üç ana tip vardır; Bu fiziksel, kimyasal veya biyolojik olabilir. Bu varyantların her biri, kayaları farklı şekillerde etkileyen spesifik özelliklere sahiptir; hatta, bazı durumlarda birkaç fenomenin birleşimi olabilir.
Fiziksel veya mekanik ayrışma
Mekanik işlemler kayaları aşamalı olarak daha küçük parçalara indirgemektedir, bu da kimyasal saldırıya maruz kalan yüzeyi arttırmaktadır. Ana mekanik yıpranma işlemleri aşağıdaki gibidir:
- İndirme.
- Donun eylemi.
- Isıtma ve soğutma nedeniyle oluşan termal stres.
- Genişleme.
- Ardından gelen kuruma ile ıslanma nedeniyle büzülme.
- Tuz kristallerinin büyümesinin oluşturduğu baskılar.
Mekanik yıpranmada önemli bir faktör, hasar veya toleransı azaltan, yorgunluk veya tekrarlanan stres üretimidir. Yorgunluğun sonucu, kayanın yorulmamış bir numuneden daha düşük stres seviyesinde kırılmasıdır.
deşarj
Erozyon, malzemeyi yüzeyden uzaklaştırdığında, alttaki kayaların üzerindeki baskı basıncı azalır. Düşük basınç mineral tanelerinin daha fazla ayrılmasına ve boşluk yaratmasına izin verir; Kaya genişler veya genişler ve kırılabilir.
Örneğin, granit madenlerinde veya diğer yoğun kayalarda, özütleme için kesilmeler nedeniyle oluşan basınç salınımı şiddetli olabilir ve hatta patlamalara neden olabilir.
Donma veya jelleşme ile kırılma
Bir kayanın içindeki gözenekleri işgal eden su, donarken% 9 oranında genişler. Bu genişleme, kayanın fiziksel olarak parçalanmasına veya kırılmasına neden olabilecek bir iç basınç oluşturur.
Jelleşme, donma ve çözülme döngülerinin sürekli gerçekleştiği soğuk ortamlarda önemli bir işlemdir.
Isıtma-soğutma çevrimleri (termoklast)
Kayalar düşük ısı iletkenliğine sahiptir, bu da ısıyı yüzeylerinden uzaklaştırmakta iyi olmadıkları anlamına gelir. Kayaçlar ısıtıldığında, dış yüzeyi sıcaklığını kayanın iç kısmından daha fazla arttırır. Bu nedenle, dış parça, iç parçadan daha fazla genişlemeye maruz kalır.
Ek olarak, farklı kristallerden oluşan kayalar farklı bir ısıtma sunar: koyu renkli kristaller daha hafif kristallerden daha hızlı ısınır ve daha yavaş soğur.
yorgunluk
Bu ısıl gerilmeler kayanın parçalanmasına ve büyük ölçek, kabuk ve tabaka oluşumuna neden olabilir. Tekrarlanan ısıtma ve soğutma, termoklast olarak da adlandırılan termal havalandırmayı teşvik eden yorgunluk adı verilen bir etki yaratır.
Genel olarak, yorgunluk, bir malzemenin hasara toleransını azaltan çeşitli işlemlerin etkisi olarak tanımlanabilir.
Kaya terazileri
Yaprakların dökülmesi veya ısıl gerilmeyle tabakaların üretimi ayrıca kaya pullarının oluşumunu da içerir. Aynı şekilde, orman yangınları ve nükleer patlamalar tarafından üretilen yoğun ısı, kayanın parçalanmasına ve sonunda kırılmasına neden olabilir.
Mesela Hindistan ve Mısır'da ateş, taş ocaklarında uzun yıllar boyunca bir ekstraksiyon aracı olarak kullanıldı. Bununla birlikte, çöllerde bile bulunan günlük sıcaklık dalgalanmaları, yerel yangınların ulaştığı aşırı uçların oldukça altındadır.
Nemlendirme ve kurutma
Çamurtaşı ve şeyl gibi kil içeren malzemeler ıslanma üzerine önemli ölçüde genişler, bu da mikro çatlakların veya mikro çatlakların (İngilizce'de mikro çatlaklar ) oluşumunu veya mevcut çatlakların genişlemesini indükleyebilir.
Yorgunluğun etkisine ek olarak, ıslanma ve kuruma ile ilişkili genleşme ve büzülme döngüleri kayanın yıpranmasına neden olur.
Tuz kristallerinin veya haloklastinin büyümesiyle meteorizasyon
Kıyı ve kurak bölgelerde tuz kristalleri, suyun buharlaşmasıyla yoğunlaşan tuz çözeltilerinde büyüyebilir.
Tuzun kayaların aralıkları veya gözeneklerinde kristalleşmesi, onları genişleten gerilimler üretir ve bu, kayanın granüler parçalanmasına yol açar. Bu işlem, tuzlu hava şartlarında veya haloklastya olarak bilinir.
Kayanın gözeneklerinde oluşan tuz kristalleri suya ısıtıldığında veya doygun hale getirildiğinde, genişleyen ve yakındaki gözeneklerin duvarlarına baskı uygular; bu durum, kaya havalarına katkıda bulunan termal stres ya da hidrasyon stresini (sırasıyla) üretir.
Kimyasal meteorlaşma
Bu ayrışma türü, tüm hava koşulları aralığında birçok kaya türü üzerinde birlikte hareket eden çok çeşitli kimyasal reaksiyonları içerir.
Bu büyük çeşitlilik, altı çeşit ana kimyasal reaksiyonda (tümü kayanın ayrışmasına dahil), yani:
- Çözünme.
- Hidrasyon.
- Yükseltgenme ve indirgenme.
- Karbonatlaşma.
- Hidroliz.
çözünme
Mineral tuzlar suda çözülebilir. Bu işlem moleküllerin anyonlarında ve katyonlarında ayrışmasını ve her iyonun hidrasyonunu içerir; yani, iyonlar su molekülleri ile çevrilidir.
Genel olarak çözünme, uygun kimyasal dönüşümler içermese de kimyasal bir işlem olarak kabul edilir. Çözünme, ayrışmanın diğer kimyasal işlemlerinde ilk adım olarak gerçekleştiğinden, bu kategoriye dahil edilir.
Çözelti kolayca tersine döner: çözelti aşırı doyurulduğunda çözünen maddenin bir kısmı bir katı olarak çökelir. Doymuş bir çözeltinin daha fazla katı çözme yeteneği yoktur.
Mineraller çözünürlüklerine göre değişir ve suda en fazla çözünür olanlar arasında kaya tuzu veya halit (NaCl) ve potasyum tuzu (KCl) gibi alkali metallerin klorürleri bulunur. Bu mineraller sadece çok kurak iklimlerde bulunur.
Alçıtaşı (CaS04.2H20) da oldukça çözünür, kuvars ise çok düşük bir çözünürlüğe sahiptir.
Birçok mineralin çözünürlüğü, sudaki serbest hidrojen iyonlarının (H +) konsantrasyonuna bağlıdır. H + iyonları, sulu bir çözeltinin asitlik veya alkalilik derecesini gösteren pH değeri olarak ölçülür.
hidrasyon
Hidrasyon ayrışması, mineraller yüzeylerinde su moleküllerini adsorbe ettiği veya kristal kafesleri dahil olmak üzere bunları absorbe ettiği zaman meydana gelen bir işlemdir. Bu ilave su, kayanın kırılmasına neden olabilecek hacimde bir artışa neden olur.
Orta enlemlerin nemli iklimlerinde toprağın renkleri vardır / ünlü farklılıklar gösterir: kahverengimsi renkten sarımsı renge kadar gözlenebilir. Bu renklenmelere, oksit renkli goethite (demir oksihidroksit) geçen kırmızı demir oksit hematitin hidrasyonu neden olur.
Kil parçacıkları tarafından su alımı aynı zamanda genleşmesine yol açan bir hidrasyon şeklidir. Sonra, kil kurudukça, kabuk çatlar.
Yükseltgenme ve indirgenme
Oksidasyon, bir atom veya iyon elektronları kaybettiğinde, pozitif yüklerini artırırken veya negatif yüklerini azalttığında meydana gelir.
Mevcut oksidasyon reaksiyonlarından biri, bir madde ile oksijen kombinasyonunu içerir. Suda çözünmüş oksijen, çevrede yaygın bir oksitleyici ajandır.
Oksidasyon ile aşınma esas olarak demir içeren mineralleri etkiler, ancak manganez, kükürt ve titanyum gibi elementler de oksitlenebilir.
Sudaki çözünmüş oksijen, demir içeren minerallerle temas ettiğinde meydana gelen demir reaksiyonu aşağıdaki gibidir:
4Fe2 + + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e-
Bu ifadede e- elektronları temsil eder.
Kayaç oluşturan minerallerin çoğunda bulunan demir (Fe2 +), kristal kafesin nötr yükünü değiştirerek, demir formuna (Fe3 +) dönüştürülebilir. Bu değişiklik bazen çökmesine neden olur ve mineralin kimyasal saldırılara daha yatkın olmasını sağlar.
karbonatlaşma
Karbonasyon, karbonik asidin tuzları olan karbonatların oluşumudur (H2C03). Karbondioksit doğal sularda çözünerek karbonik asit oluşturur:
C02 + H20 → H 2 CO3
Daha sonra, karbonik asit, aşağıdaki reaksiyondan sonra, bir hidratlanmış hidrojen iyonu (H30 +) ve bir bikarbonat iyonu içinde ayrışır:
H2CO3 + H20 + → HCO3 - + H30 +
Karbonik asit, karbonat oluşturan minerallere saldırır. Karbonasyon kalkerli kayaların (kireçtaşı ve dolomitler) ayrışmasına egemendir; Bunlarda ana mineral kalsit veya kalsiyum karbonattır (CaC03).
Kalsit, kalsitin aksine suda kolayca çözünen Ca (HC03) 2 kalsiyum asidi karbonat oluşturmak için karbonik asit ile reaksiyona girer. Bazı kireçtaşlarının çözünmeye bu kadar eğilimli olmalarının nedeni budur.
Karbondioksit, su ve kalsiyum karbonat arasındaki geri dönüşümlü reaksiyonlar karmaşıktır. Özünde, süreç aşağıdaki gibi özetlenebilir:
CaCO3 + H20 + CO 2 ⇔ Ca2 + + 2HCO3 -
hidroliz
Genel olarak, hidroliz - su etkisiyle kimyasal parçalanma - kimyasal ayrışmanın ana işlemidir. Su, kayalara duyarlı primer mineralleri parçalayabilir, çözebilir veya modifiye edebilir.
Bu süreçte, hidrojen katyonlarındaki (H +) ve hidroksil anyonlarındaki (OH-) ayrışmış su, kaya ve topraklarda doğrudan silikat mineralleriyle reaksiyona girer.
Hidrojen iyonu, silikat minerallerinin metalik bir katyonuyla, genel olarak potasyum (K +), sodyum (Na +), kalsiyum (Ca2 +) veya magnezyum (Mg2 +) ile değiştirilir. Daha sonra, salınan katyon hidroksil anyon ile birleştirilir.
Örneğin, KAlSi3O8 kimyasal formülüne sahip olan ortoslaz adı verilen mineralin hidrolizine yönelik reaksiyon aşağıdaki gibidir:
2KAISI3O8 + 2H + + 2OH- → 2HAISI3O8 + 2KOH
Böylece ortoklaz, alüminosilik asit, HAISI3O8 ve potasyum hidroksite (KOH) dönüştürülür.
Bu tip reaksiyonlar, bazı karakteristik kabartmaların oluşumunda temel bir rol oynar; örneğin, karstik kabartmanın oluşumunda rol oynarlar.
Biyolojik meteorlaşma
Bazı canlı organizmalar kayalara mekanik, kimyasal veya mekanik ve kimyasal işlemlerin bir kombinasyonu ile saldırırlar.
bitkiler
Bitki kökleri - özellikle düz kayalık yataklarda yetişen ağaçların - biyomekanik bir etkisi olabilir.
Bu biyomekanik etki kök büyüdüğü zaman meydana gelir, çünkü çevresindeki ortamda uyguladığı basıncı arttırır. Bu kök yatak kayalarının kırılmasına neden olabilir.
likenler
Likenler iki simbiyobistin oluşturduğu organizmalardır: bir mantar (mikobiyo) ve genellikle siyanobakteriler olan bir bitkidir (fikobiyo). Bu organizmaların, kayaların yıpranmasını artıran kolonizer olarak rapor edilmiştir.
Örneğin, Stereocaulon vesuvianum'un, lav akıntılarına kurulduğu ve kolonileşmemiş yüzeylere kıyasla, ayrışma oranının 16 katına kadar çıkabileceği bulunmuştur. Bu oranlar, Hawaii'deki gibi nemli yerlerde iki katına çıkabilir.
Ayrıca, likenler öldüğü zaman, kayanın yüzeyinde karanlık bir nokta bıraktıkları da kaydedilmiştir. Bu lekeler, kayanın çevresindeki açık alanlardan daha fazla radyasyon emer, böylece termal havalandırmayı veya termoklastileri teşvik eder.
Deniz organizmaları
Bazı deniz organizmaları, kayaların yüzeyini çizer ve alglerin büyümesini teşvik ederek onları delikler. Bu delici organizmalar yumuşakçaları ve süngerleri içerir.
Bu tür organizmaların örnekleri, mavi midye ( Mytilus edulis ) ve otçul gastropod Cittarium pica'dır .
şelasyon
Şelasyon, metal iyonlarının ve özellikle de alüminyum, demir ve manganez iyonlarının kayalardan uzaklaştırılmasını içeren diğer bir ayrışma mekanizmasıdır.
Bu, organik metalin çözünür komplekslerini oluşturmak için organik asitlerin (fulvik asit ve hümik asit gibi) birleşmesi ve tutulması ile sağlanır.
Bu durumda, kenetleme maddeleri, bitkilerin ayrışma ürünlerinden ve kök salgılarından gelir. Şelasyon, kimyasal ayrışmayı ve metallerin toprağa veya kayaya transferini teşvik eder.
