Phong hóa đá: Vật lý và hóa học

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về sự phong hóa vật lý và hóa học của đá.

Phong hóa cơ học hoặc phong hóa vật lý:

Phong hóa cơ học hoặc vật lý chỉ đề cập đến những thay đổi liên quan đến hình thức. Do loại phong hóa này, khối rắn lớn có thể vỡ thành các mảnh rời khác nhau về kích thước và hình dạng nhưng vẫn duy trì thành phần ban đầu. Các quá trình phá vỡ đá mà không thay đổi thành phần hóa học của chúng được gọi là phong hóa vật lý hoặc cơ học.

Phong hóa cơ học có thể có hai loại viz. phân rã khối và phân rã hạt. Sự tan rã khối xảy ra do sự phát triển của các khớp làm vỡ khối đá thành một số khối hoặc mảnh riêng lẻ nhỏ hơn. Sự tan rã hạt diễn ra do mất sự gắn kết giữa các hạt riêng lẻ làm cho đá thành các mảnh hạt không liên tục.

Sự phân rã hạt được giới hạn trong các loại đá hạt thô và ảnh hưởng đến các loại đá đặc biệt như đá granit kết cấu thô. Sự tan rã khối ảnh hưởng đến đá của tất cả các kết cấu và đặc biệt dễ thấy trong các giống có kết cấu tốt hơn. Ngoài sự tan rã khối và hạt, tác động và mài mòn cũng có thể gây ra sự tan rã của đá.

Phong hóa vật lý có thể là do những điều sau đây:

(i) Sự giãn nở nhiệt khác biệt

(ii) Biến đổi nhiệt độ

(iii) Làm suy yếu

(iv) Độ mài mòn, mài và va đập

(v) Tẩy da chết

(vi) Hành động băng giá

(vii) Hành động thực vật và động vật

(viii) Áp suất không tải

1. Mở rộng nhiệt vi sai:

Khoáng chất trong đá có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Do sự gia tăng ứng suất chênh lệch nhiệt độ sẽ được thiết lập. Điều này sẽ dẫn đến sự phân rã của các khoáng chất và đá. Khoáng vật màu tối có tỷ lệ hấp thụ nhiệt lớn hơn khoáng chất sáng màu. Điều này cũng có thể góp phần vào sự hình thành căng thẳng có thể dẫn đến các vết nứt.

2. Biến đổi nhiệt độ:

Đá phải chịu nhiệt và làm mát lặp đi lặp lại do thay đổi nhiệt độ ban ngày và theo mùa. Trong thời kỳ nắng nóng gay gắt, các lớp bên ngoài của khối đá mở rộng gây ra các ứng suất kéo. Điều này có thể gây ra sự phân tách song song với bề mặt đá. Khi nhiệt độ giảm đáng kể, vật liệu gần bề mặt co lại nhiều hơn và điều này dẫn đến các vết nứt xuyên tâm.

3. Làm suy yếu:

Xói mòn bởi sông và biển có thể dẫn đến thác đá và lở đất có thể gây ra nứt vỡ đá. Điều này là phổ biến dọc theo bờ biển nơi loại bỏ đất sét từ bên dưới lớp đá vôi quá mức xảy ra. Phá vỡ quy mô lớn cũng có thể là do xói mòn gió của những chiếc giường mềm ở mức thấp hơn dẫn đến những tảng đá cứng hơn rơi xuống dưới chân vách đá.

4. Độ mài mòn, mài và tác động:

Ba hoạt động này làm giảm kích thước của các hạt. Sự mài mòn là điển hình của hành động cọ xát của các khối băng đầy mảnh vụn trôi qua một sàn đá. Nghiền là hiệu ứng được tạo ra bởi các mảnh nhỏ bị kẹt giữa những cái lớn hơn và được nghiền thành bột đá. Những hành động như vậy có khả năng dọc theo các kênh sông và dọc theo bờ biển. Tác động đề cập đến sự va chạm bất ngờ của các cơ thể đá dẫn đến bong tróc và sứt mẻ tạo thành các mảnh vỡ.

5. Tẩy da chết:

Điều này đề cập đến việc thu nhỏ hoặc bóc lớp vỏ liên tiếp từ bề mặt đá. Tẩy da chết được quan sát thấy trong đá hạt thô chứa fenspat. Khi bề mặt đá bị ướt, hơi ẩm xâm nhập vào lỗ chân lông và các kẽ hở giữa các hạt khoáng chất và phản ứng với fenspat. Do hậu quả của phản ứng hóa học, một chất mới là kaolin được hình thành là một dạng đất sét.

Đất sét này có khối lượng lớn hơn fenspat hiện tại ban đầu. Sự mở rộng này pries mất các hạt khoáng sản xung quanh. Kết quả của hành động này là một lớp vỏ mỏng của vật liệu bề mặt bong ra (Lưu ý rằng đây là một quá trình vật lý do thay đổi hóa học). Quá trình này được lặp lại do các thiết lập liên tiếp của bề mặt đá.

6. Hành động băng giá:

Hành động băng giá là do một tính chất tương phản của nước. Chúng tôi biết hầu hết các vật liệu mở rộng khi được làm nóng và co lại khi được làm mát. Điều này đúng với nước ngoại trừ khi nước được làm mát từ 4 ° C đến 0 ° C, nó sẽ nở ra.

Mức độ mở rộng nhiều nhất là 0 ° C khi nó đông cứng thành băng, khối lượng tăng 9%. Sự giãn nở của nước như vậy khi nó nguội đi và hóa cứng có thể tạo ra các lực cực lớn tạo ra ứng suất của hàng ngàn Newton trên mỗi milimet vuông. Khi nước mưa, tuyết tan hoặc ngưng tụ thấm vào bất kỳ lỗ chân lông hoặc kẽ hở nào trong đá, khi nhiệt độ xuống dưới điểm đóng băng, nước thấm vào các vết nứt và lỗ chân lông, biến thành băng.

Băng mở rộng gây áp lực rất lớn đối với tảng đá bị giam cầm, hoạt động như một cái nêm và mở rộng và mở rộng cửa mở. Sau đó khi băng tan, nước thấm sâu hơn vào khe hở. Khi nước đóng băng, quá trình được lặp lại. Sự tan băng và đóng băng lặp đi lặp lại như vậy, tức là hành động băng giá phá vỡ tảng đá.

Hành động băng giá là nổi bật nơi đá giường tiếp xúc trực tiếp với khí quyển và nơi có độ ẩm tồn tại và nhiệt độ dao động thường xuyên ở trên và dưới điểm đóng băng của nước.

Tình trạng như vậy tồn tại vào mùa đông ở vùng khí hậu ôn đới và chúng cũng có thể xảy ra trên đỉnh núi và cả ở những khu vực có độ cao cao vào mùa xuân hoặc mùa thu. Nhiệt độ ban ngày tăng lên trên điểm đóng băng khiến tuyết và băng tan chảy và khi nhiệt độ xuống dưới điểm đóng băng một lần nữa trong đêm, tạo ra hành động băng giá.

Do tác động băng giá trên các vách đá, các mảnh vỡ vỡ rơi xuống chân vách đá. Khi quá trình này tiếp diễn, một đống mảnh vỡ được gọi là dốc Tallus tích tụ ở chân vách đá. Lỗ chậu trên đường ở vùng lạnh là do tác động của băng giá trên bề mặt đường lộ ra.

7. Hành động của thực vật và động vật:

Đá có thể vỡ thành những mảnh nhỏ hơn do sự tương tác trên chúng bởi thực vật và động vật. Khi một tảng đá phát triển các vết nứt, các hạt đá nhỏ và đất bị cuốn vào vết nứt như vậy bởi mưa hoặc gió. Nếu một hạt giống rơi vào vết nứt như vậy, nó có thể nảy mầm và có thể phát triển để trở thành một cây.

Một cây như vậy có thể gửi rễ con của nó sâu hơn vào các tảng đá để tìm kiếm nước. Khi các rễ con đang phát triển dày lên, chúng ép vào các cạnh của vết nứt và trong một khoảng thời gian có thể phá vỡ đá. Rễ của những loài thực vật nhỏ bé như địa y và rêu tạo ra một loại axit hòa tan trong đá khi chúng phát triển và phân hủy nhanh hơn nữa phá vỡ các tảng đá.

Động vật (ngoại trừ con người) cũng góp phần vào sự phong hóa của đá. Giun đất có thể mang các hạt lên bề mặt. Những hạt này được tiếp xúc với khí quyển và bị phá vỡ thêm. Kiến, mối, nốt ruồi và những động vật đào hang như vậy có thể gây ra thời tiết. Các hang được tạo ra bởi chúng cho phép không khí và nước xâm nhập để gây ra sự phong hóa của đá bên dưới.

Con người cũng đã góp phần vào thời tiết vật lý. Khai thác đá, khai thác dải là những ví dụ về hoạt động của con người nơi đá bị phá vỡ. Ngoài ra, các hoạt động như vậy làm lộ ra một lượng lớn đá tươi cho các quá trình phong hóa khác.

8. Dỡ bỏ áp suất (Giải phóng áp suất):

Đá hình thành ở độ sâu lớn là dưới áp lực cao. Ứng suất nén rất cao được phát triển trong đó không thể giải phóng được do áp lực.

Một số lực trong trái đất đưa những tảng đá này lên bề mặt và trong những tình huống như vậy, áp lực được giải phóng dẫn đến sự giãn nở và giải phóng căng thẳng. Trong quá trình này, đá phát triển các vết nứt lớn hoặc khớp nơi chúng yếu. Việc dỡ hàng cũng có thể diễn ra khi các sông băng rất nặng tan đi và áp lực được giải phóng.

Lưu ý: Phong hóa vật lý làm lộ diện tích bề mặt lớn cần thiết cho hoạt động hóa học diễn ra.

Phong hóa hóa học của đá:

Phong hóa hóa học là một quá trình trong đó đá bị phá vỡ thay đổi thành phần hóa học của chúng. Hầu hết các loại đá được hình thành trong một môi trường rất khác với môi trường phổ biến ở bề mặt trái đất. Nhiều chất có trong khí quyển không có trong môi trường nơi đá được hình thành.

Do đó, khi khoáng chất của đá tiếp xúc với chất của khí quyển, các phản ứng hóa học diễn ra dẫn đến sự hình thành các hợp chất mới, có tính chất khác với các khoáng chất ban đầu. Những thay đổi này làm suy yếu cấu trúc của đá và hậu quả là đá bị phá vỡ do phong hóa vật lý.

Cần lưu ý các đặc điểm chung sau đây của các phản ứng hóa học trong bối cảnh môi trường phong hóa khác nhau.

(i) Phản ứng hóa học có xu hướng tiến hành nhanh hơn ở nhiệt độ cao.

(ii) Để phản ứng hiệu quả, các chất phản ứng phải được kết hợp nhanh chóng và dễ dàng và các sản phẩm phải được loại bỏ. Trong tự nhiên, nước thường cung cấp các chất phản ứng cho các bề mặt khoáng chất và loại bỏ các sản phẩm phản ứng.

(iii) Các hạt phản ứng càng nhỏ, các phản ứng hóa học tiến hành hoàn thành càng nhanh. Tất cả các yếu tố trên đóng một vai trò trong quá trình phong hóa hóa học. Khí hậu địa phương kiểm soát nhiệt độ trung bình của phản ứng và cung cấp nước cho phản ứng.

Kích thước hạt của các chất phản ứng khoáng sản phụ thuộc phần lớn vào quá trình phong hóa cơ học (sự tan rã) của đá cũng như sự mài mòn và vỡ trong quá trình vận chuyển. Khoảng thời gian có sẵn cho các phản ứng phong hóa phụ thuộc vào tốc độ xói mòn và do đó tốc độ nâng hoặc sụt lún.

Nếu xói mòn hoặc lắng đọng xảy ra nhanh chóng, thì các phản ứng phong hóa sẽ bị gián đoạn vì trầm tích sẽ bị chôn vùi và loại bỏ khỏi môi trường phong hóa; nếu xói mòn hoặc lắng đọng xảy ra chậm, thì các phản ứng phong hóa có thể tiến hành trong một thời gian dài hơn.

Phong hóa hóa học được mang chủ yếu bởi oxy, carbon dioxide và nước.

1. Oxy hóa:

Oxy hóa có nghĩa là sự kết hợp của oxy với các chất khác. Đây là một quá trình phong hóa hóa học quan trọng. Hầu hết các khoáng chất có chứa sắt như Magnetite, Pyrite Amphibole. Biotite dễ bị ảnh hưởng bởi oxy, trong đó Haematite (Fe ₂ O ₃ ) và Magnetite (Fe ₃ O ₄ ) rất phổ biến.

Sự hiện diện của nước trong quá trình oxy hóa có thể dẫn đến một phản ứng khác. Một hợp chất của Sắt, oxy và nước được gọi là goethite có thể được hình thành. Goethite có màu nâu vàng. Khi goethite bị mất nước, hematit được hình thành. Sự hiện diện của hematit hoặc goethite trong đất cho màu đỏ hoặc vàng nâu.

Oxy hóa oxit sắt khi có mặt nước:

Mất nước bướu cổ:

Sự oxy hóa gây ra sự phá vỡ của đá do tác dụng sau đây. Khi oxy kết hợp với sắt, liên kết hóa học giữa sắt và các nguyên tố khác bị phá vỡ do đó làm suy yếu cấu trúc. Ngay cả Nhôm và Silicon khi bị oxy hóa tạo thành các oxit cũng có thể bị suy yếu về cấu trúc.

2. Hydrat hóa, thủy phân, giải pháp:

Nước hiện diện trên bề mặt trái đất là một tác nhân quan trọng của phong hóa hóa học. Một phản ứng của nước với một chất khác được gọi là hydrat hóa.

Vd: Hydrat hóa anhydrite để tạo thành thạch cao

Nước cũng có thể phá vỡ thành các ion hydro (H +) và các ion hydroxit (OH-). Nếu các ion này thay thế các ion của khoáng chất, phản ứng được gọi là thủy phân. Các khoáng chất phổ biến trải qua quá trình thủy phân là fenspat, amphibole và biotite. Quá trình này dẫn đến sưng và vỡ vụn thành bột.

Nước có thể hòa tan chất đá và mang lại thời tiết. Quá trình này được gọi là phong hóa bằng giải pháp. Halite (Đá muối) và thạch cao là những ví dụ về khoáng chất hòa tan trong nước. Khi nước từ từ hòa tan một số khoáng chất ra khỏi đá, các khoáng chất đá xung quanh được phơi ra để tiếp tục phong hóa.

Trong một số trường hợp, cấu trúc của đá có thể bị suy yếu do các khoang trống được tạo ra dẫn đến sự sụp đổ của đá. Các khoáng chất hòa tan trong dung dịch có thể phản ứng hóa học với nhau để tạo thành các hợp chất mới. Nếu các hợp chất thu được không hòa tan trong nước, chúng có thể kết tủa.

3. Cacbonat:

Sự kết hợp hóa học của carbon dioxide với một chất khác được gọi là cacbonat. Carbon dioxide ở trạng thái khí có thể không có tác dụng trên đá. Nhưng, khi carbon dioxide tiếp xúc với nước, axit carbonic được hình thành có thể hoạt động trên các khoáng chất đá thông thường. Khoáng chất chứa natri, kali, magiê và canxi bị ảnh hưởng bởi axit carbonic để tạo thành cacbonat.

Các khoáng vật canxit bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi axit carbonic đến gần như phá hủy. Đá vôi được hòa tan hoàn toàn bởi axit carbonic có trong nước ngầm hoặc nước mưa. Khi nước ngầm chứa axit carbonic thấm qua đá giường bao gồm canxit, hang động ngoạn mục được hình thành, do sự hình thành của các lỗ rất lớn.

4. Yếu tố hóa học khác:

Ngoài ra còn có các axit khác ngoài axit carbonic tấn công đá và khoáng chất. Một số axit này được tạo ra trong quá trình phân hủy chất hữu cơ. Một số axit được sản xuất dưới dạng chất thải của một số thực vật và động vật. Các axit này được hòa tan trong nước mưa và thấm qua đất đến đá gốc và hoạt động hóa học với đá.

Một số thực vật nguyên thủy như địa y có thể phát triển trên đá trần khi đá ướt và nằm im khi đá khô, dịch tiết từ địa y ăn mòn bề mặt đá hòa tan các chất dinh dưỡng khoáng chất làm lỏng các hạt khoáng chất. Các hạt khoáng chất lỏng lẻo cùng với bụi tích tụ trong các kẽ hở của đá. Một số hạt giống có thể xâm nhập vào các hạt đất này và phát triển dẫn đến phong hóa vật lý hơn nữa.

Các hoạt động của con người cũng trở thành nguồn axit có thể gây phong hóa đá. Nhà cửa, xe hơi, xe buýt, xe tải, vv thải ra một lượng lớn khí thải và các chất ô nhiễm khác vào khí quyển. Nhiều trong số này như oxit của nitơ và lưu huỳnh phản ứng hóa học với nước để tạo thành axit phản ứng.

Vi khuẩn cũng có thể thực hiện một ảnh hưởng quan trọng trong việc thúc đẩy sự phân rã và phân hủy đá. Một số trong số chúng được biết là cho ra axit nitric có thể hoạt động hóa học trên đá. Các vi khuẩn siêu nhỏ xâm nhập vào mọi kẽ hở nhỏ do các cơ quan khí quyển tạo ra và trong suốt thời gian dài mang đến sự tan rã của đá bề mặt, thời gian hoạt động của chúng bị giới hạn trong những tháng mùa hè.

Chúng đã được chú ý trên các loại đá có đặc tính khác nhau rộng rãi như đá granit, đá phiến, đá vôi, đá cát, đá núi lửa và trên các đỉnh núi cao cũng như các tầng thấp hơn. Nó cũng được báo cáo rằng một số loại kiến ​​liên tục đổ axit carbonic xuống đất dẫn đến thời tiết.

Một số loài kiến ​​khác được gọi là saubas hoặc sauvas sống trong các thuộc địa lớn, đào hang trên trái đất, nơi chúng khai quật các buồng với các phòng trưng bày tỏa ra mọi hướng mà chúng mang theo một lượng lớn lá cây.

Trong khu vực của các khu công nghiệp axit đang ở số lượng đáng báo động. Nước trong lượng mưa ở những vùng này chứa lượng axit đáng kể và mưa thường được gọi là mưa axit. Đá có thể bị phong hóa và phá vỡ do tác động của mưa axit. Mưa axit cũng có thể phá vỡ các cấu trúc nhân tạo và có thể làm hỏng đời sống thực vật và động vật.

Các hình thức phong hóa hóa học:

1. Giải pháp phong hóa:

Đây là một hình thức phong hóa hóa học. Điều này xảy ra khi khoáng chất hòa tan trong nước (đi trong dung dịch). Điều này xảy ra vì một số loại đá dễ dàng hòa tan trong nước mưa. Phong hóa bằng giải pháp thường tạo ra bề mặt vỏ sò khá mịn. Ví dụ, canxit và thạch cao mềm thường cho thấy bằng chứng về sự phong hóa dung dịch.

2. Phong hóa hình cầu:

Phong hóa hình cầu đề cập đến sự thay đổi các khối đá chung dần dần vào bên trong từ vành của chúng. Vùng rìa của các khe nứt của đá được chuyển đổi một phần hoặc toàn bộ thành đất sét hoặc các sản phẩm khác.

Trong khi các khu vực bên trong của đá vẫn còn tương đối tươi và rắn chắc, bên ngoài phải chịu sự mở rộng khác biệt và vật liệu trong khu vực này được nới lỏng dọc theo các khớp đồng tâm. Các lõi hình thành phạm vi kích thước từ đá cuội đến đá cuội. Chúng được làm tròn bởi thời tiết. Kiểu phong hóa này là do đá chịu cả thời tiết cơ học và hóa học.

Đầu tiên các tảng đá được phân chia khớp phát triển. Các khối riêng biệt của đá trải qua phong hóa hóa học do đó các cạnh và bề mặt của các khối riêng biệt trải qua ăn mòn. Kết quả là, các khối riêng biệt được thay đổi thành những tảng đá tròn.

3. Thời tiết khác biệt:

Chúng ta thường quan sát trong nhiều lớp đá cắt / cắt đường, tất cả đều bị phong hóa ở các mức độ khác nhau làm cho vụ mùa trông giống như một đống đá phẳng không bằng phẳng. Điều này được gọi là phong hóa khác biệt.

Điều này xảy ra khi các lớp trong một lộ thiên chứa nhiều loại đá chẳng hạn, một số môi trường biển cổ đại nhất định có thể lắng đọng các lớp cát và phù sa riêng biệt tạo ra một vụn đá sa thạch và đá phiến. Khi hai loại thời tiết đá này, kết quả thường là phong hóa khác biệt, trong đó đá cát có khả năng chống chịu thời tiết tốt hơn đá phiến.