该风化是通过机械粉碎和化学分解岩石的破裂。许多是在地壳深处的高温高压下形成的。当暴露于地表较低的温度和压力并遇到空气,水和生物时,它们会分解并破裂。
生物在风化中也起着重要作用,因为它们通过各种生物物理和生化过程影响岩石和矿物质,其中大多数还不清楚。
魔鬼的大理石,风化破碎的岩石,澳大利亚。资料来源:https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg
基本上通过三种主要类型进行风化。这可以是物理的,化学的或生物的。这些变体中的每一个都有以不同方式影响岩石的特定特征。即使在某些情况下,也可能是多种现象的组合。
物理风化或
机械过程将岩石分解为越来越小的碎片,继而增加了遭受化学侵蚀的表面积。主要的机械风化过程如下:
-下载。
-霜冻的作用。
-由加热和冷却引起的热应力。
-扩张。
-由于润湿和随后的干燥而引起的收缩。
-盐晶体生长所施加的压力。
机械风化的一个重要因素是疲劳或重复应力的产生,这会降低对损坏的耐受性。疲劳的结果是,岩石将比未疲劳的试样在较低的应力水平下破裂。
下载
当侵蚀从表层去除物质时,下层岩石的围压降低。较低的压力可使矿物颗粒进一步分离并产生空隙。岩石膨胀或膨胀并可能破裂。
例如,在花岗岩或其他致密的岩石矿山中,采矿切口的压力释放可能很剧烈,甚至会引起爆炸。
剥落圆顶在优胜美地国家公园,美国。来源:Diliff,来自Wikimedia Commons
冻结断裂或胶凝
冻结时,占据岩石孔隙的水会膨胀9%。这种膨胀会产生内部压力,该内部压力会导致岩石物理崩解或破裂。
在寒冷环境中,冻融循环不断发生,胶凝是一个重要的过程。
混凝土“石标”的物理风化。资料来源:LepoRello。,来自Wikimedia Commons
加热-冷却循环(热解)
岩石的导热系数很低,这意味着它们不善于将热量从表面传导出去。当岩石被加热时,其外表面的温度升高远大于岩石内部的温度升高。因此,外部部分比内部部分遭受更大的膨胀。
此外,由不同晶体组成的岩石表现出不同的加热:颜色较深的晶体比较浅的晶体加热更快,冷却更慢。
疲劳
这些热应力会导致岩石崩解并形成巨大的薄片,贝壳和薄板。反复加热和冷却会产生一种称为疲劳的效应,这种效应会促进热风化,也称为耐热性。
通常,疲劳可以定义为降低材料对损伤的耐受性的各种过程的影响。
岩石秤
热应力剥落或薄片还包括岩屑的产生。同样,森林大火和核爆炸产生的强烈热量会导致岩石散落并最终破裂。
例如,在印度和埃及,火被用作采石场的提取工具已有多年。但是,即使在沙漠地区,每天的温度波动也远远低于局部大火所达到的极限。
润湿和干燥
含粘土的材料(如泥岩和页岩)在润湿时会显着膨胀,这可能导致形成微断层或微裂缝(微裂纹)或现有裂缝的扩大。
除了疲劳的影响外,与润湿和干燥有关的膨胀和收缩循环还会导致岩石风化。
通过盐晶体或卤虫的生长而风化
在沿海和干旱地区,盐晶体会在盐溶液中生长,盐溶液会因水的蒸发而浓缩。
盐在岩石的空隙或孔隙中的结晶会产生应力,使应力变宽,这会导致岩石的颗粒崩解。此过程称为盐水风化或盐渍化。
当岩石孔隙中形成的盐晶体被加热或被水饱和时,它们会膨胀并向附近的孔壁施加压力;这会分别产生热应力或水合应力,这两者都有助于岩石的风化。
化学风化
这种类型的风化涉及多种化学反应,在整个气候条件范围内共同作用于许多不同类型的岩石。
这个种类繁多,可分为六种主要的化学反应类型(均与岩石的分解有关):
-解散。
-水化。
-氧化和还原。
-碳化。
-水解。
溶出度
矿物盐可溶于水。这个过程涉及分子解离成阴离子和阳离子,以及每个离子的水合。也就是说,离子被水分子包围。
溶解通常被认为是化学过程,尽管它不涉及实际的化学转化。由于溶解是其他化学风化过程的第一步,因此属于此类。
溶解很容易逆转:当溶液过饱和时,一些溶解的物质会以固体形式沉淀。饱和溶液不具有溶解更多固体的能力。
矿物质的溶解度各不相同,并且在水中最易溶解的是碱金属的氯化物,例如岩盐或岩盐(NaCl)和钾盐(KCl)。这些矿物仅在非常干旱的气候中被发现。
石膏(CaSO 4.2H 2 O)也很易溶,而石英的溶解度很低。
许多矿物质的溶解度取决于水中游离氢离子(H +)的浓度。H +离子作为pH值测量,其指示水溶液的酸度或碱度。
水化
水合风化是矿物在表面吸收或吸收水分子(包括其晶格内的水分子)时发生的过程。这些额外的水会增加体积,从而导致岩石破裂。
在中纬度的潮湿气候中,土壤的颜色呈现出明显的变化:可以观察到从褐色到淡黄色。这些着色是由偏红色的氧化铁赤铁矿的水合引起的,该水合变为氧化物色针铁矿(羟基氧化铁)。
粘土颗粒对水的吸收也是导致其膨胀的水合形式。然后,当粘土变干时,地壳破裂。
氧化还原
当原子或离子失去电子,从而增加其正电荷或减少其负电荷时,就会发生氧化。
现有的氧化反应之一涉及氧与物质的结合。水中溶解的氧气是环境中常见的氧化剂。
氧化磨损主要影响含铁矿物质,尽管锰,硫和钛等元素也会生锈。
铁的反应-当水中的溶解氧与含铁的矿物接触时发生-如下:
的4Fe 2+ + 3O 2 →的2Fe 2 ö 3 + 2E -
在该表达式e -表示电子。
通过改变晶格的中性电荷,可以将大多数成岩矿物中的亚铁(Fe 2+)转化为三价铁(Fe 3+)。这种变化有时会使其崩塌,并使矿物更容易受到化学侵蚀。
碳化
碳酸化是碳酸盐的形成,碳酸盐是碳酸(H 2 CO 3)的盐。二氧化碳溶解在天然水中形成碳酸:
CO 2 + H 2 O→H 2 CO 3
随后,按照以下反应,碳酸分解为水合氢离子(H 3 O +)和碳酸氢根离子:
ħ 2 CO 3 + H 2 O→HCO 3 - + H 3 ö +
碳酸侵蚀矿物形成碳酸盐。碳酸化作用主导着钙质岩(石灰岩和白云岩)的风化。其中的主要矿物是方解石或碳酸钙(CaCO 3)。
方解石与碳酸反应生成酸性碳酸钙Ca(HCO 3)2,与方解石不同,它易溶于水。这就是为什么有些石灰石很容易溶解的原因。
二氧化碳,水和碳酸钙之间的可逆反应很复杂。本质上,该过程可以总结如下:
的CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔Ca 2 + + 2HCO 3 -
水解
通常,水解-水作用下的化学分解-是化学风化的主要过程。水会分解,溶解或改变岩石中易感的主要矿物质。
在这个过程中水离解成氢阳离子(H +)和氢氧根阴离子(OH - )直接与岩石和土壤的硅酸盐矿物反应。
氢离子与硅酸盐矿物的金属阳离子交换,通常是钾(K +),钠(Na +),钙(Ca 2 +)或镁(Mg 2 +)。然后释放的阳离子与羟基阴离子结合。
例如,化学式为KAlSi 3 O 8的称为正长石的矿物的水解反应如下:
2KAlSi 3 ö 8 + 2H + + 2OH - →2HAlSi 3 ö 8 + 2KOH
因此,原铝酸酯转化为铝硅酸,HAlSi 3 O 8和氢氧化钾(KOH)。
这种反应在形成某些特征性浮雕中起着基本作用。例如,他们参与了喀斯特地貌的形成。
生物风化
一些生物通过机械,化学或机械和化学过程的组合来攻击岩石。
植物
植物的根部-尤其是在平坦的石床上生长的树木的根部-可以发挥生物力学作用。
这种生物力学作用随着根的生长而发生,因为根对其周围环境施加的压力增加。这可能导致根基岩石破裂。
生物气象。生长在寺庙废墟的Tetrameles nudiflora在吴哥,柬埔寨。资料来源:迭戈·德尔索(Diego Delso),delso.photo,CC-BY-SA许可,网址为https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG
地衣
地衣是由两种共生体组成的生物:一种真菌(真菌生物体)和一种藻类,通常是蓝细菌(藻生物体)。据报道,这些生物是增加岩石风化作用的定居者。
例如,已经发现,立陶宛维苏威(Stereocaulon vesuvianum)被安装在熔岩流上,与非殖民化表面相比,其风化率提高了多达16倍。在潮湿的地方(例如在夏威夷),这些费用可能翻倍。
还应注意的是,随着地衣死亡,它们在岩石表面留下了深色斑点。这些斑点比岩石周围的光照区域吸收更多的辐射,从而促进了热风化或热固性。
紫贻贝是一种无聊的贻贝。来源:Andreas Trepte,来自Wikimedia Commons
海洋生物
某些海洋生物会刮擦岩石表面并在其中钻孔,从而促进藻类的生长。这些刺穿生物包括软体动物和海绵。
这类生物的例子有蓝贻贝(Mytilus edulis)和草食腹足纲Cittarium pica。
地衣固醇vesuvianum是安装在熔岩流,加那利群岛富埃特文图拉岛和西班牙的兰萨罗特岛上的定居者。资料来源:莱里希钻机(Lairich Rig),网址为https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg
螯合
螯合是另一种风化机理,涉及从岩石中除去金属离子,尤其是铝,铁和锰离子。
这是通过与有机酸(例如黄腐酸和腐殖酸)结合和螯合形成可溶的有机物-金属络合物来实现的。
在这种情况下,螯合剂来自植物的分解产物和根部的分泌物。螯合促进化学风化和金属在土壤或岩石中的转移。
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