Ik wil alles weten

Verwering

Pin
Send
Share
Send


Verwering is het proces van desintegratie van rotsen en bodems en de mineralen die ze bevatten door direct of indirect contact met de atmosfeer. De verwering van een gebied vindt plaats 'zonder beweging'. Bij erosie gaat het daarentegen om de beweging en desintegratie van rotsen en mineralen door processen zoals de stroming van water, wind of ijs.

Er zijn twee hoofdtypen verwering: mechanisch (of fysiek) en chemisch. Mechanische verwering omvat de afbraak van rotsen en bodems door direct contact met atmosferische omstandigheden zoals hitte, water, ijs en druk. Chemische verwering houdt het directe effect in van atmosferische chemicaliën of biologisch geproduceerde chemicaliën (ook wel genoemd) biologisch verwering). Chemische verwering verandert de chemische samenstelling van het uitgangsmateriaal, maar mechanische verwering niet. Toch gaan chemische en fysische weersinvloeden vaak hand in hand. Scheuren die worden benut door mechanische verwering zullen bijvoorbeeld het oppervlak vergroten dat wordt blootgesteld aan chemische actie. Bovendien kan de chemische werking van mineralen in scheuren bijdragen aan het fysische desintegratieproces.

De afbraakproducten na chemische verwering van steen- en sedimentmineralen en het uitlogen van de meer oplosbare delen kunnen worden gecombineerd met rottend organisch materiaal om grond te vormen. Het mineraalgehalte van de bodem wordt bepaald door het uitgangsmateriaal (of gesteente) waaruit de mineralen zijn afgeleid. Een grond afgeleid van een enkel gesteentetype heeft vaak een tekort aan een of meer mineralen voor een goede vruchtbaarheid, terwijl een door een mix van gesteentetypes verweerde grond vaak vruchtbaarder is.

Mechanische (fysieke) weersinvloeden

Mechanische verwering leidt tot het uiteenvallen van rotsen en hout. Het produceert meestal kleinere, hoekige stukjes materiaal met dezelfde eigenschappen als het oorspronkelijke moedermateriaal (zoals puin).

Thermische uitzetting

Thermische expansie - ook bekend als ui-huidverwering, afschilfering of thermische schok - wordt voornamelijk veroorzaakt door temperatuursveranderingen. Het komt vaak voor in warme gebieden zoals woestijnen, waar er een groot temperatuurbereik overdag is. De temperaturen stijgen overdag hoog, terwijl ze 's nachts tot een paar negatieve graden dalen. Terwijl de rots overdag opwarmt en uitzet en 's nachts afkoelt en samentrekt, ondergaan de buitenste lagen stress. Als een gevolg daarvan pellen de buitenste lagen van de rots in dunne vellen af. Thermische expansie wordt versterkt door de aanwezigheid van vocht.

Door vorst veroorzaakte verwering

Een rots in het zuiden van IJsland gefragmenteerd door bevriezen-ontdooien actie.

Door vorst veroorzaakte verwering, hoewel vaak toegeschreven aan de expansie van bevriezen water gevangen in scheuren, is over het algemeen onafhankelijk van de expansie van water naar ijs. Het is al lang bekend dat vochtige bodems uitzetten (of "bevriezing") bij bevriezing, als gevolg van de groei van ijslenzen - water migreert uit niet-bevroren gebieden via dunne films om zich te verzamelen bij groeiende ijslenzen. Ditzelfde fenomeen doet zich voor in poriënruimten van rotsen. Ze worden groter naarmate ze water aantrekken dat niet is bevroren uit de omliggende poriën. De ontwikkeling van ijskristallen verzwakt de rots, die na verloop van tijd uiteenvalt.

Intermoleculaire krachten tussen de minerale oppervlakken, ijs en water ondersteunen deze niet-bevroren films die vocht transporteren en druk tussen minerale oppervlakken genereren terwijl de lenzen aggregeren. Experimenten tonen aan dat poreuze rotsen zoals krijt, zandsteen en kalksteen niet breken bij de nominale vriestemperatuur van water van iets lager dan 0 ° C, zelfs wanneer ze langere tijd worden gecirculeerd of op lage temperaturen worden gehouden, zoals men zou verwachten als weersinvloeden het gevolg waren van de expansie van water bij bevriezing. Voor de meer poreuze steensoorten is het temperatuurbereik dat cruciaal is voor snelle, door ijslens veroorzaakte fracturen -3 tot -6 ° C, aanzienlijk lager dan de vriestemperaturen.12

Door vorst veroorzaakte weersinvloeden treden voornamelijk op in omgevingen waar veel vocht aanwezig is en temperaturen vaak schommelen boven en onder het vriespunt, dat wil zeggen voornamelijk alpine en periglaciale gebieden. Dit proces is te zien in Dartmoor, een regio in het zuidwesten van Engeland, waar het resulteert in de vorming van blootgestelde granieten heuveltoppen of torsten.

Vorst vastzetten

Vroeger werd aangenomen dat het de dominante modus was, kan vorstwiggen nog steeds een factor zijn in de verwering van niet-poreus gesteente, hoewel recent onderzoek het minder belangrijk heeft aangetoond dan eerder werd gedacht. Vorstvorming - soms bekend als ijskristalgroei, ijsvorming of bevriezen-ontdooien - treedt op wanneer water in de scheuren en voegen van rotsen bevriest en uitzet. Bij de expansie werd betoogd dat het expanderende water een druk tot 21 megapascal (MPa) (2100 kilogram-kracht / cm²) kan uitoefenen bij -22 ° C, en deze druk is vaak hoger dan de weerstand van de meeste rotsen, waardoor de rots ontstaat verbrijzelen.12

Wanneer water dat de gewrichten is binnengekomen bevriest, spant het expanderende ijs de wanden van de gewrichten en zorgt ervoor dat de gewrichten dieper en breder worden. Dit komt omdat het volume water met ongeveer tien procent uitzet als het vriest.3

Wanneer het ijs ontdooit, kan water verder in de rots stromen. Zodra de temperatuur onder het vriespunt zakt en het water weer bevriest, vergroot het ijs de gewrichten verder.

Herhaalde vries-dooi actie verzwakt de rotsen, die uiteindelijk langs de gewrichten in hoekige stukken uiteenvallen. De hoekige rotsfragmenten verzamelen zich aan de voet van de helling om een ​​talushelling (of steile helling) te vormen. Het splitsen van stenen langs de gewrichten in blokken wordt blok desintegratie genoemd. De blokken rotsen die zijn losgemaakt hebben verschillende vormen, afhankelijk van hun minerale structuur.

Drukverlichting

Drukafgifte van graniet.

Bij het loslaten van de druk (ook bekend als lossen) worden bovenliggende materialen (niet noodzakelijk gesteenten) verwijderd door erosie of andere processen, waardoor de onderliggende rotsen uitzetten en evenwijdig aan het oppervlak breken. Het bovenliggende materiaal is vaak zwaar en de onderliggende rotsen ondervinden er hoge druk onder, zoals in een bewegende gletsjer. Drukontlasting kan ook leiden tot exfoliatie.

Opdringerige stollingsgesteenten (zoals graniet) worden diep onder het aardoppervlak gevormd. Ze staan ​​onder enorme druk vanwege het bovenliggende rotsmateriaal. Wanneer erosie het bovenliggende gesteentemateriaal verwijdert, worden deze opdringerige rotsen blootgesteld en wordt de druk erop opgeheven. Als reactie op de afname van de druk zetten de onderliggende rotsen zich vervolgens naar boven uit. De uitzetting veroorzaakt spanningen die breuken veroorzaken parallel aan het rotsoppervlak. Na verloop van tijd breken bladen van gesteente weg van de blootgestelde rotsen langs de breuken. Drukontlasting wordt ook wel "afschilfering" of "vellen" genoemd. Deze processen resulteren in batholieten en granieten koepels, zoals gevonden in Dartmoor.4

Hydraulische actie

Hydraulische actie verwijst naar de actie van water, meestal van krachtige golven, die in scheuren in de rotswand snelt. Dit proces vangt een luchtlaag op de bodem van de scheur, comprimeert deze en verzwakt de rots. Wanneer de golf zich terugtrekt, wordt de ingesloten lucht plotseling vrijgegeven met explosieve kracht. De explosieve afgifte van sterk onder druk staande lucht scheurt fragmenten weg bij de rotswand en verbreedt de scheur, zodat meer lucht wordt ingevangen bij de volgende golf. Dit progressieve systeem van positieve feedback kan kliffen beschadigen en snel verwering veroorzaken.

Zoutkristalgroei (haloclastiek)

Zoute verwering van bouwsteen op het eiland Gozo, Malta

Zoutkristallisatie, ook wel bekend als haloclastiek, veroorzaakt desintegratie van rotsen wanneer zoutoplossingen in scheuren en voegen in de rotsen sijpelen en verdampen, waardoor zoutkristallen achterblijven. Deze zoutkristallen zetten uit als ze worden opgewarmd en oefenen druk uit op het opsluitende gesteente.

Zoutkristallisatie kan ook plaatsvinden wanneer oplossingen rotsen ontleden. Bijvoorbeeld, kalksteen en krijt vormen zoutoplossingen van natriumsulfaat of natriumcarbonaat, waarvan het vocht verdampt om hun respectieve zoutkristallen te vormen.

Zouten die het meest effectief zijn gebleken bij het uiteenvallen van gesteenten zijn natriumsulfaat, magnesiumsulfaat en calciumchloride. Sommige van deze zouten kunnen tot drie keer of zelfs meer uitzetten.

Verwering door zoutkristallisatie wordt normaal gesproken geassocieerd met droge klimaten, waar sterke verwarming snelle verdamping veroorzaakt, wat leidt tot de vorming van zoutkristallen. Het is ook gebruikelijk langs kusten en een voorbeeld van zoutverwering is te zien in de honingraatstenen in zeeweringen.

Biotische verwering

Levende organismen kunnen bijdragen aan mechanische verwering en chemische verwering (zie 'biologische' verwering hieronder). Korstmossen en mossen groeien op in wezen kale rotsoppervlakken en creëren een vochtiger chemische micro-omgeving. De hechting van deze organismen aan het rotsoppervlak verbetert de fysieke en chemische afbraak van de microlaag van het oppervlak van het gesteente. Op een grotere schaal oefenen zaailingen die in een spleet ontspruiten en plantenwortels fysieke druk uit en zorgen voor een pad voor water en chemische infiltratie. Gravende dieren en insecten verstoren de grondlaag grenzend aan het bodemoppervlak, waardoor de infiltratie van water en zuren en de blootstelling aan oxidatieprocessen verder toenemen.

Een ander bekend voorbeeld van door dieren veroorzaakte biotische verwering is door het tweekleppige weekdier dat bekend staat als een Piddock. Deze dieren, gevonden saai in koolstofhoudende rotsen (zoals de kalkstenen kliffen van Flamborough Head) boren zich verder in de rotswand.

Chemische verwering

Chemische verwering omvat veranderingen in de chemische samenstelling van gesteente, wat vaak leidt tot afbraak in zijn vorm.

Oplossing

Bij verwering van de oplossing worden gesteente-mineralen opgelost in water en de oplosbaarheid is afhankelijk van pH en temperatuur.

Neerslag is van nature licht zuur omdat atmosferisch koolstofdioxide oplost in regenwater en zwak koolzuur produceert. In niet-verontreinigde omgevingen ligt de pH van de regenval rond de 5.6. Zure regen treedt op wanneer gassen zoals zwaveldioxide en stikstofoxiden in de atmosfeer aanwezig zijn. Deze oxiden reageren in het regenwater om sterkere zuren te produceren en kunnen de pH verlagen tot 4,5 of zelfs 4,0.

Zwaveldioxide (SO2) door vulkaanuitbarstingen of fossiele brandstoffen kunnen zwavelzuur worden bij blootstelling aan regenwater, wat kan leiden tot verwering van de oplossing waarop de rotsen vallen.

Een van de meest bekende verweringsprocessen voor oplossingen is carbonatatie, het proces waarbij atmosferisch kooldioxide leidt tot verwering van de oplossing. Carbonisatie vindt plaats op rotsen die calciumcarbonaat bevatten, zoals kalksteen en krijt. Dit vindt plaats wanneer regen wordt gecombineerd met kooldioxide of een organisch zuur om een ​​zwak koolzuur te vormen, dat reageert met calciumcarbonaat (zoals kalksteen) en calciumbicarbonaat vormt. Dit proces versnelt met een verlaging van de temperatuur en is daarom een ​​groot kenmerk van glaciale verwering.

De reacties zijn als volgt:

CO2 + H2O -> H2CO3
kooldioxide + water -> koolzuur
H2CO3 + CaCO3 -> Ca (HCO3)2
koolzuur + calciumcarbonaat -> calciumbicarbonaat

Hydratatie

Hydratatie is een vorm van chemische verwering waarbij de sterke hechting van H een rol speelt+ en OH- ionen aan de atomen en moleculen van een mineraal. Het mineraal anydrite vormt bijvoorbeeld het gips met de bevestiging van deze ionen tijdens hydratatie.

Wanneer rotsmineralen water opnemen, neemt het in volume toe, waardoor fysieke spanningen in de rots ontstaan. Een voorbeeld hiervan is dat ijzeroxiden worden omgezet in ijzerhydroxiden. Hydratatie kan leiden tot schilfering, afbrokkeling en pitting van het oppervlak.5

Een vers gebroken rots vertoont differentiële chemische verwering (waarschijnlijk vooral oxidatie) die naar binnen vordert. Dit stuk zandsteen werd gevonden in ijsschotsen nabij Angelica, New York.

Hydrolyse

Hydrolyse is een chemisch verweringsproces dat silicaatmineralen beïnvloedt (verbindingen die silicium, zuurstof en een metaal bevatten). Bij dergelijke reacties ioniseert zuiver water enigszins en reageert met silicaatmineralen. Een voorbeeld reactie:

mg2SiO4 + 4H+ + 4OH -> 2Mg2+ + 4OH + H4SiO4
olivine (forsteriet) + vier geïoniseerde watermoleculen -> ionen in oplossing + kiezelzuur in oplossing

Deze reactie resulteert in volledige oplossing van het oorspronkelijke mineraal, ervan uitgaande dat er voldoende water beschikbaar is om de reactie aan te sturen. De bovenstaande reactie is echter tot op zekere hoogte bedrieglijk omdat zuiver water zelden als een H werkt+ donor. Koolstofdioxide lost echter gemakkelijk op in water en vormt een zwak zuur en H+ donor.

mg2SiO4 + 4CO2 + 4H2O -> 2Mg2+ + 4HC3 + 4H4SiO4
olivine (forsteriet) + kooldioxide + water -> Magnesium- en bicarbonaat-ionen in oplossing + kiezelzuur in oplossing

Deze hydrolysereactie komt veel vaker voor. Koolzuur wordt verbruikt door silicaatverwering, wat resulteert in meer alkalische oplossingen vanwege het bicarbonaat. Dit is een belangrijke reactie bij het beheersen van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer en kan het klimaat beïnvloeden.

Aluminiumsilicaten produceren, wanneer ze worden onderworpen aan de hydrolysereactie, een secundair mineraal in plaats van eenvoudigweg kationen vrij te geven.

2KAlSi3O8 + 2H2CO3 + 9H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+ + 2 HC3
orthoclase (aluminosilicaat veldspaat) + koolzuur + water -> kaoliniet (een kleimineraal) + kiezelzuur in oplossing + kalium- en bicarbonaationen in oplossing

Oxydatie

Het verweringsproces kan chemische oxidatie van verschillende metalen inhouden. Het meest waargenomen is de oxidatie van Fe2+ (ijzer) in combinatie met zuurstof en water om Fe te vormen3+ hydroxiden en oxiden zoals goethiet, limoniet en hematiet. De aangetaste rotsen krijgen een roodbruine kleur op het oppervlak, die gemakkelijk afbrokkelt en de rots verzwakt. Dit proces staat beter bekend als 'roesten'.

Sulfatie

De toevoeging van zwaveldioxide aan kalksteen produceert gips (calciumsulfaat), dat beter oplosbaar is dan calciumcarbonaat en gemakkelijk wordt opgelost en weggespoeld door daaropvolgende regen. Op delen van een gebouw die beschut zijn tegen regen, kan een gipskorst zich ophopen en roetdeeltjes vasthouden die afkomstig zijn van de verbranding van fossiele brandstoffen.

Biologisch

Een aantal planten en dieren kunnen chemische verwering bevorderen door de afgifte van zure verbindingen.

De meest voorkomende vorm van biologische verwering is het vrijkomen van verbindingen (zoals zuren) afgescheiden door bomen, om elementen zoals aluminium en ijzer in de omliggende grond af te breken. Deze elementen kunnen giftig zijn en de plantengroei verstoren als ze alleen worden gelaten. Eenmaal afgebroken, worden dergelijke elementen gemakkelijker weggespoeld door regenwater, en extreme afgifte van chelaatvormende verbindingen kan gemakkelijk omliggende rotsen en bodems beïnvloeden door uitloging van deze elementen uit de grond, bekend als podsolisatie.

Verwering van gebouwen en standbeelden

Gebouwen van kalksteen zijn bijzonder gevoelig voor weersinvloeden. Ook kan onkruid soms ontkiemen in de goten van gebouwen waar ze door de wind zijn gebracht. Terwijl ze verder groeien, planten ze hun wortels in de kern van het gebouw en dringen ze verder naar beneden. Dit zorgt ervoor dat de rots gedurende een lange tijd exfolieert en getuige is dat kleine fragmenten af ​​en toe afbrokkelen.

Bovendien kunnen beelden en decoratieve elementen zwaar worden beschadigd door weersinvloeden, vooral in gebieden die zwaar worden getroffen door zure regen, veroorzaakt door verontreinigende stoffen in de lucht.

Zie ook

  • Erosie
  • mineraal
  • Rock (geologie)
  • Bodem
  • Verwering in de ruimte

Notes

  1. 1.0 1.1 J. B. Murton, R. Peterson, J.-C. Ozouf, Wetenschap, 314, 1127, 2006.
  2. 2.0 2.1 J. G. Dash, A. W. Rempel, J. S. Wettlaufer, Rev. Mod. Phys. 78, 695, 2006.
  3. ↑ "Wateruitbreiding na bevroren" Vraag een wetenschapper: Environmental Science Archive. Newton. December 2004. opgehaald op 7 maart 2008.
  4. ↑ David McConnell, "Weathering and Bodems: Physical Weathering" Good Earth, 09 september 2001. Ontvangen op 7 maart 2008.
  5. ↑ "Weathering" opgehaald 7 maart 2008.

Referenties

  • Gore, Pamela J.W. 1998-2004. "Verwering van rotsen en vorming van sediment" Georgia Perimeter College. Ontvangen op 7 maart 2008.
  • McConnell, David. 2001. "Weathering and Soils" The Good Earth. Ontvangen op 7 maart 2008.
  • Pidwirney, Michael. 1999-2006. "Inleiding tot de Lithosphere: Weathering" Physical Geography.net. Ontvangen op 7 maart 2008.

Pin
Send
Share
Send