أنواع وعمليات الأرصاد الجوية

ال التجوية إنه 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 مختلف العمليات البيوفيزيائية والكيميائية الحيوية ، 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 العديد من الظواهر.

مؤشر

• 1 التجوية المادية أو الميكانيكية
  • 1.1 تحميل
  • 1.2 الكسر عن طريق التجميد أو التجلط
  • 1.3 دورات تبريد التدفئة (الحرارية)
  • 1.4 الترطيب والتجفيف
  • 1.5 النيزك عن طريق نمو بلورات الملح أو الهالوكلاستيا
• 2 الكيميائية النيزك
  • 2.1 الحل
  • 2.2 الترطيب
  • 2.3 الأكسدة والحد
  • 2.4 الكربنة
  • 2.5 التحلل المائي
• 3 الأرصاد البيولوجية
  • 3.1 النباتات
  • 3.2 الأشنات
  • 3.3 الكائنات البحرية
  • 3.4 عملية إزالة معدن ثقيل
• 4 المراجع

التجوية المادية أو علم الميكانيكا

تقلل العمليات الميكانيكية من الصخور إلى أجزاء أصغر تدريجياً ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة السطح المعرض للهجوم الكيميائي. عمليات التجوية الميكانيكية الرئيسية هي كما يلي:

- تحميل.

- عمل الصقيع.

- الإجهاد الحراري الناجم عن التدفئة والتبريد.

- التوسع.

- الانكماش بسبب الترطيب مع التجفيف اللاحق.

- الضغوط التي تمارسها نمو بلورات الملح.

أحد العوامل المهمة في التجوية الميكانيكية هو الإرهاق أو توليد الإجهاد المتكرر ، مما يقلل من احتمال التعرض للضرر. 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 فراغات ؛ 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 للاستخراج عنيفًا أو حتى حدوث 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 الأفتح.

تعب

يمكن أن تسبب هذه الضغوط الحرارية تفكك الصخور وتشكيل قشور ضخمة وقذائف وصفائح. تنتج التدفئة والتبريد المتكرران تأثيرًا يُسمى 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 ، حتى في الصحاري ، أقل بكثير من الحدود القصوى التي وصلت إليها الحرائق المحلية.

ترطيب وتجفيف

المواد التي تحتوي على الطين - مثل الطين والصخر الزيتي - تتوسع إلى حد كبير عند ترطيبها ، والتي يمكن أن تحفز على تشكيل ميكروفالاس أو الكريات الدقيقة (microcracks باللغة الإنجليزية) ، أو توسيع الشقوق الموجودة.

وإلى جانب تأثير التعب والتوسع والانكماش دورات -associated مع ترطيب وتجفيف الرصاص لموسيقى الروك التجوية.

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 الصخرة.

الأرصاد الكيميائية

يتضمن هذا النوع من التجوية مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية ، والتي تعمل معًا على أنواع مختلفة من الصخور في مجموعة كاملة من الظروف الجوية.

يمكن تجميع هذا التنوع الكبير في ستة أنواع من التفاعلات الكيميائية الرئيسية (جميعها متورطة في تحلل الصخور) ، وهي:

- الذوبان.

- إضافة الماء.

- الأكسدة والحد.

- الكربنة.

- تحليل بالماء.

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.

بشكل عام ، يعتبر الذوبان عملية كيميائية ، على الرغم من أنها لا تنطوي على تحولات كيميائية مناسبة. كما يحدث الذوبان كخطوة أولية لعمليات التجوية الكيميائية الأخرى ، 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.

الجص (CaSO₄.2H₂O) هو أيضا قابل للذوبان تماما ، في حين أن الكوارتز لديه ذوبان منخفضة جدا.

القابلية للذوبان في العديد من المعادن يعتمد على تركيز أيونات الهيدروجين (H⁺) حر في الماء. الأيونات H⁺ يتم قياسها كقيمة الرقم الهيدروجيني ، والتي تشير إلى درجة الحموضة أو القلوية في محلول مائي.

إضافة الماء

التجوية من الماء هو العملية التي تحدث عندما كثف جزيئات المياه المعدنية على سطحها أو استيعابها، من قبل بما في ذلك داخل الكريستال المشابك الخاصة بهم. هذا الماء الإضافي يولد زيادة في الحجم التي يمكن أن تنتج كسر الصخور.

في المناخات الرطبة ألوان التربة خطوط العرض الوسطى لديها اختلافات ملحوظة: يمكن أن ينظر إليه من البني إلى مصفر. هي سبب هذه الألوان من خلال ترطيب الأحمر أكسيد الحديد الهيماتيت، ويمر الجيوثايت (الحديد oxyhydroxide) الصدأ الملونة.

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⁺ +  3O₂ → 2Fe₂O₃ + 2E^-

في هذا التعبير ه^-  يمثل الإلكترونات.

الحديد الحديدية (الحديد²⁺) الموجودة في معظم المعادن المكونة للصخور يمكن تحويلها إلى شكلها الحديدي (Fe³⁺) تغيير شحنة محايدة من شعرية الكريستال. هذا التغيير يتسبب في بعض الأحيان في انهياره ويجعل المعدن أكثر عرضة للهجوم الكيميائي.

كربونات

الكربنة هي تكوين الكربونات ، وهي أملاح حمض الكربونيك (H₂CO₃). يذوب ثاني أكسيد الكربون في المياه الطبيعية ليشكل حمض الكربونيك:

CO₂  + H₂يا → ح₂CO₃

بعد ذلك ، ينفصل حمض الكربونيك إلى أيون هيدروجين مائي (H₃O⁺) وأيون بيكربونات ، بعد التفاعل التالي:

H₂CO₃ + H₂O → HCO₃^-  +  H₃O⁺

حمض الكربونيك يهاجم المعادن المكونة للكربونات. تهيمن الكربنة على تجوية الصخور الجيرية (والتي هي من الحجر الجيري والدولوميت) ؛ في هذه المعادن الرئيسية هي الكالسيت أو كربونات الكالسيوم (CaCO₃).

يتفاعل الكالسيت مع حمض الكربونيك لتشكيل كربونات حمض الكالسيوم ، كاليفورنيا (HCO)₃)₂ الذي ، على عكس الكالسيت ، يذوب 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:

كربونات الكالسيوم₃ + H₂O + CO₂⇔Ca₂+ + 2HCO₃^-

تحليل بالماء

بشكل عام ، يعتبر التحلل المائي - الانهيار الكيميائي بواسطة الماء - هو العملية الرئيسية للتجوية الكيميائية. يمكن للمياه تحطيم أو إذابة أو تعديل المعادن الأولية المعرضة للصخور.

في هذه العملية ، يتم فصل الماء في كاتيونات الهيدروجين (H⁺) وأنيونات الهيدروكسيل (OH^-) يتفاعل مباشرة مع معادن السيليكات في الصخور والتربة.

يتم تبادل أيون الهيدروجين مع الكاتيون المعدني للمعادن السيليكات ، عادة البوتاسيوم (K⁺) ، الصوديوم (نا⁺) ، الكالسيوم (كاليفورنيا^{2 +)} أو المغنيسيوم (ملغ^{2 +}). ثم يتم دمج الكاتيون المنطلق مع أنيون الهيدروكسيل.

على سبيل المثال ، رد فعل للتحلل المائي للمعادن يسمى orthoclase ، والذي يحتوي على الصيغة الكيميائية KAlSi₃O₈, هذا هو ما يلي:

2KAlSi₃O₈ + 2H⁺ + 2OH^- → 2HlSi₃O₈ + 2KOH

لذلك يتم تحويل أورثوكلاز إلى حمض ألومينوسيليك ، HAlSi₃O₈ 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 الأساسية.

الأشنات

الأشنات عبارة عن كائنات حية مكونة من عياريتين: فطر (الفطريات) والطحالب التي عادة ما تكون البكتيريا الزرقاء (phycobiont). تم الإبلاغ عن هذه الكائنات الحية كمستعمرات تزيد من تجوية الصخور.

على سبيل المثال ، فقد وجد أن ستيريوكولون فيزوفيانوم تم تثبيته على تدفقات الحمم البركانية ، وتمكّن من زيادة معدل التجوية إلى 16 ضعفًا مقارنة بالأسطح غير المستنسخة. يمكن أن تتضاعف هذه المعدلات في الأماكن الرطبة ، كما في هاواي.

وقد لوحظ أيضًا أنه عندما تموت الأشنات ، فإنها تترك بقعة مظلمة على أسطح الصخرة. تمتص هذه البقع إشعاعات أكثر من المناطق الصافية المحيطة بها ، مما يعزز التجوية الحرارية أو الحرارية.

الكائنات البحرية

تقوم بعض الكائنات البحرية بقشط سطح الصخور وتثقيبها ، مما يعزز نمو الطحالب. هذه الكائنات الحية خارقة تشمل الرخويات والإسفنج.

أمثلة على هذا النوع من الكائنات هي بلح البحر الأزرق (Mytilus edulis) و gastropod العاشبة بيكا سيتاريوم.

عملية إزالة معدن ثقيل

Chelation هي آلية أخرى للتجوية تتضمن إزالة أيونات المعادن ، وخاصة أيونات الألومنيوم والحديد والمنغنيز من الصخور..

يتم تحقيق ذلك من خلال الاتحاد وعزل الأحماض العضوية (مثل حمض الفولفيك وحمض الدباليك) ، لتشكيل مجمعات قابلة للذوبان من المواد العضوية المعدنية.

في هذه الحالة ، تأتي عوامل مخلبية من منتجات تحلل النباتات ومن إفرازات الجذور. عملية إزالة معدن ثقيل يعزز التجوية الكيميائية ونقل المعادن في التربة أو الصخور.

مراجع

1. بيدرو ، ج. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. ساينس دو سول 2 ، 93-105.
2. Selby، M. J. (1993). مواد وعمليات التلال ، 2nd edn. بمساهمة من A. P. W. Hodder. أوكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد.
3. Stretch، R. & Viles، H. (2002). طبيعة ومعدل التجوية بواسطة الأشنات على تدفقات الحمم البركانية على لانزاروت. الجيومورفولوجيا, 47 (1) ، 87-94. Doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. توماس ، ف. (1994). الجيومورفولوجيا في المناطق الاستوائية: دراسة التجوية والتعرية في خطوط العرض المنخفضة. تشيتشيستر: جون وايلي وأولاده.
5. White، W. D.، Jefferson، G. L.، and Hama، J. F. (1966) Quartzite karst in جنوب شرق فنزويلا. المجلة الدولية لعلم الكهوف 2 ، 309-14.
6. Yatsu ، E. (1988). طبيعة التجوية: مقدمة. طوكيو: سوزوشا.