4.3: Вивітрювання

ВСТУП

Сліди, які астронавти залишили на Місяці, будуть там назавжди. Чому? Це пояснюється тим, що Місяць не має атмосфери і, як наслідок, не має вивітрювання. Вивітрювання - одна з сил на Землі, що руйнують гірські породи і форми рельєфу. Без вивітрювання геологічні особливості будуть нарощуватися, але з меншою ймовірністю руйнуватися.

ЩО ТАКЕ ВИВІТРЮВАННЯ?

Вивітрювання - це процес, який перетворює тверду гірську породу на відкладення. Осади були описані в розділі «Скелі». При вивітрюванні гірська порода розпадається. Розбивається на шматки.

Після того, як ці опади відокремлюються від гірських порід, ерозія - це процес, який переміщує опади. Ерозія - тема наступної глави. Чотири сили ерозії - вода, вітер, льодовики та гравітація.

• Вода відповідає за більшість ерозії. Вода може переміщати більшість розмірів опадів, в залежності від сили сили сили.
• Вітер переміщує по повітрю розміром з пісок і менші шматки породи.
• Льодовики переміщують всі розміри відкладень, від надзвичайно великих валунів до найдрібніших фрагментів.
• Гравітація переміщує розбиті шматки породи, великі або малі, вниз по схилу.

Хоча тектоніка плит змушує будувати величезні гори та інші ландшафти, сили вивітрювання поступово зношують ці скелі та ландшафти. Разом з ерозією високі гори перетворюються в пагорби і навіть рівнини. Аппалачі гори уздовж східного узбережжя Північної Америки колись були такими ж високими, як Гімалаї.

Малюнок 1. Колись гладке дорожнє покриття має тріщини і переломи, плюс велика вибоїна.

Жодна людина не може спостерігати мільйони років, як будуються гори, і ніхто не може спостерігати, як ті самі гори поступово зношуються. Але уявіть собі новий тротуар або дорогу. Нова дорога рівна і рівна. За сотні років вона повністю зникне, але що відбувається протягом одного року? Які зміни ви б побачили (рисунок 1)? Які сили вивітрювання зношуються на цій дорозі, або скелі чи гори з часом?

Перейдіть за цим посиланням, щоб переглянути деякі анімації різних типів процесів вивітрювання.

МЕХАНІЧНЕ ВИВІТРЮВАННЯ

Механічне вивітрювання (також зване фізичним вивітрюванням) розбиває породу на більш дрібні шматки. Ці менші шматочки так само, як більша скеля, просто менші. Це означає, що скеля змінилася фізично, не змінюючи свого складу. Менші шматки мають ті ж мінерали, в тих же пропорціях, що і вихідна порода.

Існує багато способів, що породи можуть бути розбиті на більш дрібні шматочки. Крижане заклинювання - це основна форма механічного вивітрювання в будь-якому кліматі, який регулярно циклікує вище і нижче температури замерзання (рис. 2). Крижане заклинювання працює швидко, розбиваючи породи в районах з температурами, які крутяться вище і нижче замерзання вдень і вночі, а також цей цикл вище і нижче замерзання з сезонами.

Малюнок 2. Крижане заклинювання.

Крижане заклинювання розбиває стільки гірських порід, що великі купи зламаної породи видно біля основи схилу пагорба, як фрагменти скель відокремлюються і падають вниз. Крижане заклинювання поширене в полярних регіонах Землі та середніх широтах, а також на більш високих висотах, наприклад, в горах. Стирання - ще одна форма механічного вивітрювання. При стиранні одна скеля ударяється об іншу скелю.

• Гравітація викликає стирання, коли скеля падає вниз по схилу гори або скелі.
• Рухома вода викликає стирання, оскільки частинки у воді стикаються і натикаються один на одного.
• Сильні вітри, що несуть шматки піску, можуть піскоструминні поверхні
• Лід в льодовиках несе багато шматочків і шматочків скелі. Скелі, закладені на дні льодовика, зішкребти об скелі внизу.

Стирання робить породи з гострими або зубчастими краями гладкими і круглими. Якщо ви коли-небудь збирали пляжне скло або кругляк з струмка, ви стали свідками роботи стирання (рис. 3).

Малюнок 3. Скелі на пляжі зношуються стиранням, оскільки проходять хвилі змушують їх вражати один одного.

Тепер, коли ви знаєте, що таке механічне вивітрювання, чи можете ви придумати інші способи це може статися? Рослини і тварини можуть виконувати роботу механічного вивітрювання (рис. 4). Це може відбуватися повільно, коли коріння рослини переростають у тріщину або перелом у скелі і поступово збільшуються, заклинюючи відкриваючи тріщину. Зариваються тварини також можуть розбивати скелю, коли вони копають їжу або роблять житлові приміщення для себе.

Малюнок 4. (а) Людська діяльність несе відповідальність за величезну кількість механічного вивітрювання, шляхом копання або вибуху в скелі для будівництва будинків, доріг, метро або кар'єрного каменю. (б) Сіль вивітрювання будівельного каменю на острові Гозо, Мальта.

Механічне вивітрювання збільшує швидкість хімічного вивітрювання. У міру розбивання породи на більш дрібні шматки площа поверхні шматків збільшується на малюнку 5. При більшій кількості оголених поверхонь з'являється більше поверхонь, на яких може відбуватися хімічне вивітрювання.

Малюнок 5. Механічне вивітрювання може збільшити швидкість хімічного вивітрювання.

ХІМІЧНЕ ВИВІТРЮВАННЯ

Іншим важливим видом вивітрювання є хімічне вивітрювання. Хімічне вивітрювання відрізняється від механічного вивітрювання тим, що гірська порода змінюється не тільки розміром шматків, але і за складом. Тобто один вид мінералу змінюється в інший мінерал. Хімічне вивітрювання працює через хімічні реакції, які викликають зміни мінералів.

Більшість мінералів утворюються при високому тиску або високих температурах глибоко в корі, а іноді і в мантії. Коли ці породи досягають поверхні Землі, вони зараз знаходяться при дуже низьких температурах і тиску. Це зовсім інше середовище від тієї, в якій вони утворилися і мінерали вже не стабільні. При хімічному вивітрюванні мінерали, які були стабільними всередині кори, повинні змінюватися на мінерали, стійкі на поверхні Землі.

Малюнок 6. Вирубка лісів у Бразилії виявляє ґрунт, багатий глиною.

Пам'ятайте, що найпоширенішими мінералами в земній корі є силікатні мінерали. Багато силікатні мінерали утворюються в магматичних або метаморфічних породах. Мінерали, які утворюються при найвищих температурах і тиску, найменш стійкі на поверхні. Глина стійка на поверхні, а хімічне вивітрювання перетворює багато мінералів в глину (рис. 6).

Існує багато видів хімічного вивітрювання, оскільки існує багато агентів хімічного вивітрювання. Вода є найважливішим агентом хімічного вивітрювання. Ще двома важливими агентами хімічного вивітрювання є вуглекислий газ і кисень.

Хімічне вивітрювання водою

Молекула води має дуже просту хімічну формулу, H ₂ O, два атоми водню, пов'язані з одним атомом кисню. Але вода досить примітна з точки зору всіх речей, які вона може зробити. Пам'ятайте з розділу «Мінерали Землі», що вода - це полярна молекула. Позитивна сторона молекули притягує негативні іони, а негативна - позитивні іони. Так молекули води відокремлюють іони від своїх сполук і оточують їх. Вода може повністю розчиняти деякі мінерали, наприклад сіль. Перейдіть за цим посиланням, щоб перевірити цю анімацію того, як вода розчиняє сіль.

Гідроліз - це назва хімічної реакції між хімічною сполукою і водою. Коли відбувається ця реакція, вода розчиняє іони з мінералу і забирає їх. Ці елементи піддалися вимиванню. За допомогою гідролізу такий мінерал, як калієвий польовий шпат, вилуговується з калію і перетворюється на глинистий мінерал. Глинисті мінерали більш стійкі на поверхні Землі.

Хімічне вивітрювання вуглекислим газом

Вуглекислий газ (CO ₂) поєднується з водою, коли краплі дощу потрапляють через атмосферу. Це робить слабку кислоту, звану вугільною кислотою. Вугільна кислота є дуже поширеною в природі, де вона працює на розчинення гірських порід. Забруднюючі речовини, такі як сірка та азот, від спалювання викопного палива створюють сірчану та азотну кислоту. Сірчана і азотна кислоти є двома основними компонентами кислотних дощів, які прискорюють хімічне вивітрювання (рис. 7). Кислотний дощ обговорюється в розділі «Дії людини» та «Атмосфера».

Малюнок 7. Ця статуя була пошкоджена кислотними дощами.

Хімічне вивітрювання киснем

Окислення - це хімічна реакція, яка відбувається, коли кисень вступає в реакцію з іншим елементом. Кисень дуже сильно хімічно реактивний. Найбільш звичний вид окислення - це коли залізо вступає в реакцію з киснем з утворенням іржі (рис. 8). Мінерали, багаті залізом, руйнуються, коли залізо окислюється і утворює нові сполуки. Оксид заліза виробляє червоний колір в грунтах.

Малюнок 8. Коли багаті залізом мінерали окислюються, вони виробляють знайомий червоний колір, виявлений в іржі.

Тепер, коли ви знаєте, що таке хімічне вивітрювання, чи можете ви подумати про деякі інші способи хімічного вивітрювання? Хімічного вивітрювання також можуть сприяти рослини і тварини. Оскільки коріння рослин приймають розчинні іони як поживні речовини, певні елементи обмінюються. Коріння рослин і бактеріальний гниття використовують вуглекислий газ в процесі дихання.

ВПЛИВІВ НА ВИВІТРЮВАННЯ

Швидкість вивітрювання залежить від декількох факторів. До них відносяться склад гірської породи та мінерали, які вона містить, а також клімат регіону.

Вид гірських порід і мінералів

Різні типи гірських порід погода з різною швидкістю. Деякі види гірських порід дуже стійкі до атмосферних впливів. Магматичні породи, особливо нав'язливі магматичні породи, такі як граніт, повільно погода, тому що воді важко проникнути в них. Інші види гірських порід, такі як вапняк, легко вивітрюються, оскільки вони розчиняються в слабких кислотах.

Малюнок 9. Вежа Диявола - центральна пробка стійкої лави, від якої навколишня скеля вивітрюється і вивітрюється.

Скелі, що протистоять вивітрювання, залишаються на поверхні і утворюють хребти або пагорби. Вежа диявола в Вайомінгу - це магматична скеля з-під вулкана (рис. 9). Оскільки навколишні менш стійкі породи були зношені, стійкий центр вулкана залишився позаду.

Різні мінерали також погодяться з різною швидкістю. Деякі мінерали в скелі можуть повністю розчинятися у воді, але більш стійкі мінерали залишаються. При цьому поверхня породи стає кісточкової і шорсткою. Коли менш стійкий мінерал розчиняється, з породи виділяються більш стійкі мінеральні зерна.

Клімат

Клімат регіону сильно впливає на вивітрювання. Клімат визначається температурою регіону плюс кількістю опадів, які він отримує. Клімат - це погода, усереднена протягом тривалого періоду часу. Хімічне вивітрювання збільшується у міру:

• Підвищення температури: Хімічні реакції протікають швидше при більш високих температурах. На кожні 10 ^о С підвищення середньої температури швидкість хімічних реакцій подвоюється.
• Опади збільшуються: більше води дозволяє більше хімічних реакцій. Оскільки вода бере участь як в механічному, так і в хімічному вивітрюванні, більше води сильно підвищує вивітрювання.

Так як різний клімат впливає на вивітрювання? Холодний сухий клімат дасть найнижчу швидкість вивітрювання. Теплий вологий клімат дасть найвищу швидкість вивітрювання. Чим тепліше клімат, тим більше видів рослинності у нього буде і тим більше швидкість біологічного вивітрювання (рис. 10). Це відбувається тому, що рослини та бактерії ростуть і розмножуються швидше при тепліших температурах.

Малюнок 10. Вологі, теплі тропічні райони мають найбільше вивітрювання.

Деякі ресурси концентруються процесами вивітрювання. У тропічному кліматі інтенсивне хімічне вивітрювання забирає всі розчинні мінерали, залишаючи після себе тільки найменш розчинні компоненти. Оксид алюмінію, боксит, утворюється таким чином і є нашим основним джерелом алюмінієвої руди.

РЕЗЮМЕ УРОКУ

• Механічне вивітрювання розбиває породи на більш дрібні шматки, не змінюючи їх складу.
• Крижане заклинювання і стирання є двома важливими процесами механічного вивітрювання.
• Хімічне вивітрювання руйнує гірські породи, утворюючи нові мінерали, стійкі на поверхні Землі.
• Вода, вуглекислий газ та кисень є важливими агентами хімічного вивітрювання.
• Різні види гірських порід погода з різною швидкістю. Більш стійкі види порід збережуться довше.

РЕФЛЕКСІЯ ПИТАННЯ

• Яку майстерність допомагає вам розвивати цей вміст?
• Які ключові теми висвітлюються в цьому контенті?
• Як зміст цього розділу може допомогти вам продемонструвати майстерність певної майстерності?
• Які питання у вас щодо цього вмісту?

Дописувачі та атрибуція

• Template:ContribCandelaGeo