التجوية من الصخور: الفيزيائية والكيميائية
بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن التجوية الفيزيائية والكيميائية للصخور.
التجوية الميكانيكية أو التجوية المادية:
يشير التجوية الميكانيكية أو الفيزيائية إلى التغيرات التي تنطوي على الشكل فقط. بسبب هذا النوع من التجوية يمكن أن تتكسر كتل صلبة كبيرة في شظايا فضفاضة متفاوتة في الحجم والشكل ولكنها تحافظ على تركيبها الأصلي. وتسمى هذه العمليات التي تكسر الصخور دون تغيير تركيبتها الكيميائية التجوية المادية أو الميكانيكية.
يمكن أن يكون التجوية الميكانيكية من نوعين. تفكك الكتلة والتفكك الحبيبي. يحدث تفكك البلوك بسبب تطور المفاصل التي تحطم كتلة الصخور إلى عدد من الكتل الفردية الصغيرة أو الشظايا. يحدث التفكك الحبيبي بسبب فقدان التماسك بين الجسيمات الفردية مما يجعل الصخر إلى قطع حبيبية غير متماسكة.
يقتصر التفكك الحبيبي على الصخور الخشنة المحببة ويؤثر على صخور معينة مثل الجرانيت الخشبي المزخرف. ويؤثر تفكك البلوك على الصخور من جميع القوام وهو واضح بشكل خاص في الأصناف ذات الألوان الدقيقة. بالإضافة إلى التفكك والتفكك الحبيبي ، يمكن أن يؤدي التأثير والكشط أيضًا إلى تفكك الصخور.
قد يكون التجوية المادية بسبب ما يلي:
(ط) التمدد الحراري التفاضلي
(2) تغيرات درجة الحرارة
(3) تقويض
(4) التآكل والطحن والتأثير
(ت) التقشير
(6) عمل الصقيع
(7) العمل النباتي والحيواني
(ثامنا) تفريغ الضغط
1. التوسعة الحرارية التفاضلية:
المعادن في الصخر لها معاملات توسع حراري متفاوتة. نظرا لارتفاع في درجات الحرارة سيتم ضبط الضغوط التفاضلية. سيؤدي ذلك إلى تفكك المعادن والصخور. المعادن ذات اللون الغامق لديها معدل امتصاص حرارة أعلى من المعادن ذات الألوان الفاتحة. هذا قد يساهم أيضا في تشكيل الإجهاد الذي قد يؤدي إلى الشقوق.
2. درجات الحرارة الاختلافات:
تتعرض الصخور للتدفئة والتبريد المتكررة بسبب التغيرات اليومية والفصلية في درجات الحرارة. خلال فترة الحرارة الشديدة ، تتوسع الطبقات الخارجية للكتلة الصخرية لتدخل ضغوطات الشد. هذا قد يسبب الفصل بالتوازي مع سطح الصخور. عندما يكون هناك انخفاض كبير في درجة الحرارة ، فإن المواد القريبة من السطح تتعاقد أكثر وهذا يؤدي إلى انشقاقات شعاعية.
3. تقويض:
التآكل بالأنهار والبحر يمكن أن يؤدي إلى سقوط الصخور والانهيارات الأرضية التي قد تسبب كسور الصخور. هذا أمر شائع على طول سواحل البحر حيث يحدث إزالة الطين من أسفل الحجر الجيري. قد ينجم تكسر واسع النطاق أيضًا عن تعرية الرياح من الأسِرَّة الناعمة في المستويات الأدنى مما يؤدي إلى سقوط صخور أكثر صعوبة عند سفح المنحدرات.
4. التآكل والطحن والتأثير:
هذه العمليات الثلاث تقلل من حجم الجزيئات. يعتبر التآكل نموذجًا لفرك الحطام من كتل الجليد المحلاة التي تمر فوق أرضية صخرية. الطحن هو التأثير الناتج عن الشظايا الصغيرة التي يتم اكتشافها بين الأحجام الكبيرة ووصولها إلى دقيق الصخور تقريباً. من المرجح أن مثل هذه الإجراءات على طول قنوات النهر وعلى طول السواحل. يشير التأثير إلى الاصطدام المفاجئ للأجسام الصخرية التي تؤدي إلى تقشر وتشقق الأجزاء.
5. تقشير:
هذا يشير إلى قشور أو تقشير قذائف متتالية من سطح الصخور. لوحظ التقشر في الصخور الخشنة المحببة المحتوية على الفلسبار. عندما يبلل سطح الصخرة ، تخترق الرطوبة المسام والشقوق بين الحبوب المعدنية وتتفاعل مع الفلسبار. نتيجة للتفاعل الكيميائي ، يتم تشكيل مادة جديدة وهي الكاولين وهي شكل من أشكال الطين.
هذا الصلصال له حجم أكبر من الفلسبار الموجود أصلا. هذا التوسع يفقد الحبوب المعدنية المحيطة بها. ونتيجة لهذا الإجراء ، يتم إزالة طبقة رقيقة من المواد السطحية (لاحظ أن هذه عملية فيزيائية بتغير كيميائي). تتكرر هذه العملية بسبب الإسبات المتتابع لسطح الصخرة.
6. عمل الصقيع:
عمل الصقيع ناتج عن خاصية متناقضة للمياه. نحن نعلم أن معظم المواد تتسع عند تسخينها والتعاقد عند تبريدها. وينطبق هذا على الماء باستثناء أنه عندما يتم تبريد الماء من 4 درجات مئوية إلى 0 درجة مئوية فإنه يتمدد.
يبلغ مدى التوسع عند درجة حرارة 0 درجة مئوية حيث يتحول إلى جليد ، حيث يزداد حجمه بنسبة 9٪. مثل هذا التوسع في الماء حيث يبرد ويتصلب يمكن أن تمارس قوى هائلة لإنتاج الضغوط من عدة آلاف من نيوتن لكل مليمتر مربع. عندما تتسرب مياه الأمطار أو ذوبان الجليد أو التكثيف إلى أي مسام أو شق في الصخور ، حيث تنخفض درجة الحرارة تحت نقطة التجمد ، تتسرب المياه إلى الشقوق والمسام وتتحول إلى جليد.
يمارس الجليد المتوسع ضغطًا هائلاً ضد الصخرة المحصورة ، ويتصرف مثل الإسفين ويتسع ويوسع الفتحة. بعد ذلك عند ذوبان الجليد ، يتسرب الماء في الفتحة بشكل أعمق. مع إعادة تعبئة الماء ، تتكرر العملية. مثل تكرار الذوبان وتجميد المياه ، أي عمل الصقيع يكسر الصخرة.
تكون حركة الصقيع بارزة حيث تتعرض صخور السرير مباشرة إلى الغلاف الجوي وحيث توجد الرطوبة وتتقلب درجات الحرارة غالباً فوق وتحت نقطة تجمد الماء.
وتوجد مثل هذه الحالة في فصل الشتاء في المناخات المعتدلة ويمكن أن تحدث أيضًا على قمم الجبال وأيضاً في مناطق ذات ارتفاع عالٍ في الربيع أو الخريف. ترتفع درجات الحرارة في وقت النهار فوق نقطة التجمد ، مما يؤدي إلى ذوبان الثلج والجليد مع انخفاض درجة الحرارة إلى ما دون نقطة التجمد مرة أخرى أثناء الليل ، مما يؤدي إلى حدوث حركة الصقيع.
بسبب حركة الصقيع على المنحدرات ، تقع الشظايا المحطمة في قاعدة الجرف. ومع استمرار هذه العملية ، تتكدس كومة من الشظايا تسمى ميل تالوس عند قاعدة الجرف. تنجم الثقوب الموجودة على الطرق في المناطق الباردة عن حركة الصقيع على أسطح الطرق المكشوفة.
7. العمل النباتي والحيواني:
يمكن أن تتحلل الصخور إلى قطع أصغر عن طريق التفاعل عليها بواسطة النباتات والحيوانات. عندما تتطور الصخور تشققات جزيئات الصخور الصغيرة والتربة يتم غسلها في مثل هذا الكراك بواسطة المطر أو الرياح. إذا كانت البذرة تنزل إلى مثل هذا الكراك ، فإنها يمكن أن تنبت ويمكن أن تنمو لتصبح نباتًا.
يمكن لمثل هذا المصنع أن يرسل صخوره إلى عمق أكبر في الصخور بحثًا عن الماء. مع تزايد كثافته للنباتات ، فإنها تضغط على جانبي الصدع وعلى مدى فترة من الزمن يمكن أن تكسر الصخر. وتنتج جذور النباتات الصغيرة مثل الأشنيات والطحالب حمضًا مذابًا للحامض أثناء نموها وتسوسها في تسريع تحطيم الصخور.
الحيوانات (باستثناء البشر) تسهم أيضا في تجوية الصخور. يمكن لديدان الأرض أن تجلب الجسيمات إلى السطح. هذه الجسيمات تتعرض للغلاف الجوي وتخضع لمزيد من الانهيار. يمكن أن يتسبب النمل والنملان والشامات والحيوانات المخرمة في حدوث التجوية. الجحور التي تم إنشاؤها من قبلهم تسمح للهواء والماء لاختراق التسبب في التجوية للصخور الأساسية.
البشر أيضا ساهموا في التجوية المادية. تعدّ عمليات استخراج الصخور والتعدين في القطاع أمثلة للأنشطة البشرية التي تتكسر فيها الصخور. بالإضافة إلى ذلك ، تعرض مثل هذه الأنشطة كميات هائلة من الصخور الطازجة لعمليات التجوية الأخرى.
8. تفريغ الضغط (إصدار الضغط):
تتشكل الصخور المتكونة على أعماق كبيرة تحت ضغط عالٍ. يتم تطوير ضغوط ضغط عالية جدا في تلك التي لا يمكن إطلاقها بسبب الضغط.
بعض القوى داخل الأرض تجلب هذه الصخور إلى السطح وفي مثل هذه الحالات يتم تحرير الضغط مما يؤدي إلى التوسع والإفراج عن الإجهاد. في هذه العملية ، تصطدم الصخور بشقوق أو مفاصل كبيرة حيث تكون ضعيفة. يمكن أن يحدث التفريغ أيضًا عندما تتساقط الأنهار الجليدية الثقيلة ويخرج الضغط.
ملاحظة: يعرِّف التجوية الفيزيائية المساحات الكبيرة اللازمة للنشاط الكيميائي.
التجوية الكيميائية من الصخور:
التجوية الكيميائية هي عملية يتم فيها تكسير الصخور لتغيير تراكيبها الكيميائية. تتشكل معظم الصخور في بيئة تختلف كثيرا عن البيئة السائدة على سطح الأرض. العديد من المواد الموجودة في الغلاف الجوي غير موجودة في البيئة التي تتشكل فيها الصخور.
وبالتالي ، عندما يتعرض معدن الصخر إلى مادة الغلاف الجوي ، تحدث تفاعلات كيميائية تؤدي إلى تكوين مركبات جديدة ، تختلف خصائصها عن تلك الموجودة في المعادن الأصلية. وتؤدي هذه التغييرات إلى إضعاف بنية الصخر ، ونتيجة لذلك ، تتكسر الصخور بسبب التجوية المادية.
تجدر الإشارة إلى الخصائص العامة التالية للتفاعلات الكيميائية في سياق بيئات التجوية المختلفة.
(1) تميل التفاعلات الكيميائية إلى السير بسرعة أكبر عند درجات الحرارة المرتفعة.
(2) للتفاعل الفعال ، يجب جمع المواد المتفاعلة بسرعة وسهولة ويجب إزالة المنتجات. في الطبيعة ، تقوم المياه بشكل عام بتزويد المواد المتفاعلة إلى السطوح المعدنية وتقوم بإبعاد منتجات التفاعل.
(3) كلما كانت الحبيبات المتفاعلة أصغر ، كلما زادت سرعة التفاعلات الكيميائية حتى اكتمالها. جميع العوامل المذكورة أعلاه تلعب دورا في عملية التجوية الكيميائية. المناخ المحلي يتحكم في متوسط درجة حرارة التفاعل وتزويد الماء للتفاعل.
يعتمد حجم حبوب المواد المتفاعلة المعدنية بشكل كبير على عملية التجوية الميكانيكية (التفكك) للصخور وكذلك التآكل والكسر أثناء النقل. يعتمد طول الوقت المتاح لتفاعلات التجوية على معدل التعرية وبالتالي معدل الارتفاعات أو الهبوط.
إذا حدث التعرية أو الترسب بسرعة ، فسوف تنقطع تفاعلات التجوية بسبب دفن الرواسب وإزالتها من بيئة التجوية ؛ إذا حدث تآكل أو ترسب ببطء ، يمكن أن تستمر ردود فعل التجوية لمدة أطول.
التجوية الكيميائية يتم جلبها أساسا بالأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء.
1. الأكسدة:
الأكسدة تعني الجمع بين الأكسجين والمواد الأخرى. هذه عملية تجوية كيميائية مهمة. معظم المعادن التي تحتوي على الحديد مثل Magnetite ، Pyrite Amphibole. تتأثر Biotites بسهولة من الأكسجين ، منها Haematite (Fe 2 O 3 ) و Magnetite (Fe 3 O 4 ) شائعة جدا.
يمكن أن يؤدي وجود الماء أثناء الأكسدة إلى تفاعل آخر. يمكن تشكيل مركب من الحديد والأكسجين والماء يسمى جوتيث. Goethite هو البني المصفر اللون. عندما يكون الجُيثيت مجففاً ، يتشكل الهيماتيت. وجود الهيماتيت أو goethite في التربة يعطي اللون البني المحمر أو الأصفر.
أكسدة أكسيد الحديد في وجود الماء:
الجفاف من goethite:
الأكسدة تسبب تحطم الصخور بسبب التأثير التالي. عندما يتحد الأكسجين مع الحديد ، تتكسر الروابط الكيميائية بين الحديد والعناصر الأخرى مما يضعف البنية. حتى الألمنيوم والسيليكون عندما يتعرضان للأكسدة التي تشكل أكاسيد يمكن أن تضعف في الهيكل.
2. Hydration ، التحلل المائي ، الحل:
الماء الموجود على سطح الأرض هو عامل مهم في التجوية الكيميائية. يسمى تفاعل الماء مع مادة أخرى بالترطيب.
مثال: ترطيب الأنهيدريت لتشكيل الجبس
يمكن للماء أيضا اختراق أيونات الهيدروجين (H +) وأيونات الهيدروكسيد (OH-). إذا كانت هذه الأيونات تحل محل أيونات المعدنية ، فإن التفاعل يسمى التحلل المائي. المعادن المشتركة التي تخضع للتحلل المائي هي الفلسبار ، الأمفيبول والبيوتايت. هذه العملية تؤدي إلى التورم والتفتت إلى مسحوق.
يمكن للمياه حل المواد الصخرية وإحداث التجوية. تسمى هذه العملية التجوية بواسطة الحل. الهاليت (الملح الصخري) والجبس هي أمثلة على المعادن القابلة للذوبان في الماء. بينما يذوب الماء ببطء بعض المعادن من الصخور ، تتعرض المعادن الصخرية المحيطة لمزيد من التجوية.
في بعض الحالات ، يمكن إضعاف بنية الصخر بسبب التجاويف الشاغرة التي تم إنشاؤها مما يؤدي إلى انهيار الصخور. يمكن للمواد المعدنية المذابة في المحلول أن تتفاعل كيميائياً مع بعضها البعض لتشكيل مركبات جديدة. إذا كانت المركبات الناتجة غير قابلة للذوبان في الماء ، فقد تتعجل.
3. الكربنة:
يسمى التركيب الكيميائي لثاني أكسيد الكربون مع مادة أخرى بالكربونات. قد لا يكون لثاني أكسيد الكربون في حالة الغاز أي تأثير على الصخور. ولكن عندما يتلامس ثاني أكسيد الكربون مع الماء ، يتشكل حمض الكربونيك الذي يمكن أن يعمل على المعادن الصخرية المشتركة. تتأثر المعادن المحتوية على الصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم والكالسيوم بحمض الكربونيك لتشكيل كربونات.
يتأثر الكالسيت المعدني بشدة بحمض الكربونيك إلى تدميره تقريبًا. يذوب الحجر الجيري تماما بحامض الكربونيك الموجود في المياه الجوفية أو مياه الأمطار. وبما أن المياه الجوفية التي تحتوي على حمض الكربونيك تتسرب من خلال صخور السرير المكونة من الكالسيت ، تتشكل الكهوف المدهشة ، بسبب تكوين ثقوب كبيرة جدًا.
4. عامل كيميائي آخر:
هناك أيضا أحماض أخرى إلى جانب حمض الكربونيك التي تهاجم الصخور والمعادن. يتم إنتاج بعض هذه الأحماض أثناء تحلل المادة العضوية. يتم إنتاج بعض الأحماض على شكل مخلفات بعض النباتات والحيوانات. تتحلل هذه الأحماض في مياه الأمطار وتتسرب عبر التربة لتصل إلى الصخرة وتتفاعل كيميائياً مع الصخر.
بعض النباتات البدائية مثل الأشنات يمكن أن تنمو على الصخور العارية عندما تكون الرطبة صخرية و تكون نائمة عندما تكون الصخور جافة ، يؤدي الإفراز من الأشنات إلى تآكل سطح الصخرة مما يفسد المغذيات المعدنية التي تعمل على إزالة جزيئات المعادن. تتراكم الجسيمات المعدنية المتضخمة مع الغبار في شقوق الصخر. بعض البذور يمكن أن تصل إلى جسيمات التربة وتنمو مما يؤدي إلى مزيد من التجوية المادية.
كما تصبح الأنشطة البشرية مصادر الأحماض التي يمكن أن تسبب تجوية الصخور. تصدر المنازل والسيارات والحافلات والشاحنات وغيرها كميات كبيرة من غازات النفايات والملوثات الأخرى في الغلاف الجوي. كثير من هذه مثل أكاسيد النيتروجين والكبريت تتفاعل كيميائيا مع الماء لتشكيل الأحماض التفاعلية.
يمكن للبكتيريا أيضا ممارسة تأثير مهم في تعزيز تفكك الصخور وتحللها. ومن المعروف أن بعض منهم لإعطاء حامض النيتريك التي يمكن أن تعمل على الصخور كيميائيا. تخترق البكتيريا المجهرية كل شق طفيف تنتجه وكالات الغلاف الجوي وطوال الفترات الزمنية الطويلة تؤدي إلى تفكك الصخور السطحية ، وتقتصر فترة نشاطها على أشهر الصيف.
وقد لوحظت على صخور ذات طابع مختلف مثل الجرانيت والشصوص والحجر الجيري والحجارة الرملية والصخور البركانية وعلى قمم الجبال العالية وكذلك المستويات المنخفضة. وأفيد أيضا أن مجموعة متنوعة من النمل باستمرار صب حمض الكربونيك في الأرض مما يؤدي إلى التجوية.
بعض الأنواع الأخرى من النمل تعرف باسم saubas أو sauvas تعيش في مستعمرات كبيرة ، تختبئ في الأرض ، حيث تقوم بحفر غرف مع صالات تشع في كل اتجاه تحمل فيه كميات كبيرة من الأوراق.
في مناطق المجمعات الصناعية تكون الأحماض بكمية مزعجة. تحتوي مياه الأمطار في هذه المناطق على كمية كبيرة من الأحماض وغالباً ما يطلق على المطر اسم المطر الحمضي. يمكن أن تنكسر الصخور وتتحلل بفعل المطر الحمضي. يمكن للأمطار الحمضية أيضا أن تتسبب في انهيار الهياكل التي صنعها الإنسان ويمكن أن تضر الحياة النباتية والحيوانية.
أشكال التجوية الكيميائية:
1. حل الطقس:
هذا هو شكل آخر من أشكال التجوية الكيميائية. يحدث هذا عندما تذوب المعادن في الماء (اذهب في محلول). يحدث هذا لأن بعض أنواع الصخور تذوب بسهولة في مياه الأمطار. عادةً ما ينتج عن التجوية باستخدام المحلول أسطحًا متعرجة ناعمة. على سبيل المثال ، غالباً ما يظهر الكالسيت والجبس الناعم دليلاً على التجوية في المحاليل.
2. الطقس spheroidal:
يشير التجوية الكروية إلى تغير كتل الصخور المشتركة تدريجياً من الداخل. يتم تحويل منطقة حافة كسور الصخر جزئيا أو كليا إلى الطين أو غيرها من المنتجات.
في حين أن المناطق الداخلية من الصخور تظل طازجة ومتماسكة نسبياً ، فإن الخارجيات تخضع للتوسعات التفاضلية ويتم فصل المواد في هذه المنطقة على طول الوصلات المتراكزة. شكلت النوى في حجمها من بولدر إلى الحصى. يحصلون على تقريبه عن طريق التجوية. هذا النوع من التجوية يرجع إلى الصخر الخاضع للتجوية الميكانيكية والكيميائية.
أولا يتم تقسيم الصخور تطوير المفاصل. وتخضع الكتل المنفصلة من الصخر لعملية التجوية الكيميائية التي تتعرض لها حواف وأسطح الكتل المنفصلة المنفصلة للتآكل. ونتيجة لذلك ، يتم تغيير الكتل المنفصلة إلى صخور دائرية.
3. الطقس التفاضلي:
نلاحظ في كثير من الأحيان في العديد من طبقات المحاصيل / قطع الطرق من الصخور التي تجتاح جميع بمعدلات مختلفة مما يجعل المحاصيل تبدو وكأنها كومة غير مستوية من الصخور المسطحة. وهذا ما يسمى التجوية التفاضلية.
يحدث هذا عندما تحتوي الطبقات في نواتج تحتوي على أكثر من نوع واحد من الصخور ، على سبيل المثال ، بعض البيئات البحرية القديمة قد ترسب طبقات منفصلة من الرمل والطمي ، مما يؤدي إلى إنتاج محصول من الحجر الرملي والصخر الزيتي. عندما يكون هذان النوعان من الطقس الصخري ، فإن النتيجة تكون في كثير من الأحيان من العوامل الجوية التفاضلية ، حيث تكون الصخور الرملية أكثر مقاومة للعوامل الجوية من الصخور.
