ΧΗΜΙΚΗ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Σ' όλα τα επίπεδα και σ' όλα τα περιβάλλοντα, η χηµική αποσάθρωση εξαρτάται οπό την παρουσία νερού καθώς και των στερεών και αερίων

Transcript

1 ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Η αποσάθρωση ορίζεται σαν η διάσπαση και η εξαλλοίωση των υλικών κοντά στην επιφάνεια της Γης, µε τοσχηµατισµό προιόντων που είναι σχεδόν σε ισορροπία µε τηνατµόσφαιρα, την υδρόσφαιρα και τη βιόσφαιρα. H αποσάθρωση µπορεί να οριστεί σα µία αλλαγή των πετρωµάτων από τη συµπαγή στην κλαστική κατάσταση. Η διεργασία αρχίζει µε µία προοδευτική αποσύνδεση και αποσύνθεση του πετρώµατος in situ. Το προιόν της αποσύνδεσης αυτής είναι ένα µείγµα ανθεκτικών πρωτογενών ορυκτών µε µία σειρά νέων ορυκτολογικών συστατικών, που είναι σταθερά στο νέο περιβάλλον. Αυτά µαζί σχηµατίζουν ασύνδετο υλικό, που υπέρκειται του στερεού πετρώµατος (regolith). Η διεργασία της αποσάθρωσης ακολουθείται από τις διεργασίες σχηµατισµού εδάφους, διάβρωσης, µεταφοράς και ιζηµατογένεσης

2

3 ΧΗΜΙΚΗ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Σ' όλα τα επίπεδα και σ' όλα τα περιβάλλοντα, η χηµική αποσάθρωση εξαρτάται οπό την παρουσία νερού καθώς και των στερεών και αερίων διαλυµένων ουσιών µέσα σ' αυτό. Όλα τα ορυκτά είναι λίγο ή πολύ διαλυτά ακόµα και στο καθαρό νερό. Η παρουσία διαλυµένου οξυγόνου, C0 2 και οργανικών οξέων αυξάνει τη δύναµη των φυσικών διαλυµάτων. Το νερό της βροχής περιέχει µικρές, αλλά σηµαντικές, ποσότητες διαλυµένου οξυγόνου και C0 2 µαζί µε χλωριούχα και θειικά ιόντα από τους ωκεανούς και από τις ανθρώπινες και βιοµηχανικές δραστηριότητες. Οι κύριοι τύποι χηµικών αντιδράσεων, που είναι συνδεδεµένοι µε την αποσάθρωση, είναι η απορρόφηση νερού (ενυδάτωση, hydration), η υδρόλυση, η οξείδωση και η απλή διάλυση

4 Ενυδάτωση και υδρόλυση Η ενυδάτωση προϋποθέτει απορρόφηση µορίων νερού στην κρυσταλλική δοµή ενός ορυκτού. Πχ η µετατροπή του ανυδρίτη (CaSO 4 ) σε γύψο (CaSO 4 2H 2 0) Κατά την υδρόλυση, ένα πυριτικό άλας του ΑΙ ή Fe τυπικά µετατρέπεται σ ένα αργιλικό ορυκτό ή οξείδιο του Fe, συνοδευόµενο από ελευθέρωση κατιόντων και εισαγωγή Η +.

5 Ένα µέρας του Si0 2, που απελευθερώνεται κατά την υδρόλυση, µπορεί να παραµένει στο νερό σαν κολλοειδές Sί0 2 ένα άλλο µέρος µπορεί να καθιζάνει σαν όµορφο Sί0 2 στην περιοχή της αποσάθρωσης. Το ΑΙ στην αντίδραση αυτή µπορεί να ελευθερωθεί σαν ένα καλό κρυσταλλωµένο αργιλικό ορυκτό ή σαν κολλοειδές φτωχό κρυσταλλικό αργιλοπυριτικό ορυκτό και το Sί0 2 σαν κολλοειδές διοξείδιο του πυριτίου, σα διαλυµένο πυριτικό οξύ (Η 2 SίΟ 4 ) ή σαν στερεός χαλαζίας, οπάλιο ή άλλα ορυκτό του Sί0 2. Το απελευθερωµένο κατιόν Na+ µπορεί να προσροφηθεί στην επιφάνεια των κολλοειδών ή να παραµείνει στο διάλυµα.

6 Οξείδωση Οι αντιδράσεις οξείδωσης είναι χαρακτηριστικές του αεριζόµενου περιβάλλοντος της ζώνης απoσάθρωοης. Τα στοιχεία που συνήθως επηρεάζονται είναι ο Fe Μn και S, που απαντούν ως Fe 2+, Μn 2+ και S 2- σε πετρώµατα βάθους και σε ορισµένα ιζηµατογενή πετρώµατα, αλλά µπορεί να οξειδώνονται προς Fe 3+. Μn 4+ και S 6+ στο επιφανειακό περιβάλλον. Τα προϊόντα οξείδωσης είναι νέα ορυκτά (οξείδια του Fe και Μη) και διαλυµένα συστατικό όπως SO Ιδανικές συνθήκες οξείδωσης επικρατούν στη φύση στο έδαφος που βρίσκεται πάνω από τη µόνιµη ζώνη κορεσµού. Fe 2 O 3 +H 2 O 2FeO(OH) 4FeS 2 + 8H 2 O + 15O 2 2Fe 2 O H + + 8SO 4

7 Απλή διάλυση Η απλή διάλυση πολλών ορυκτών µε παρουσία άφθονου επιφανειακού νερού µπορεί να είναι σπουδαίος παράγοντας κάτω από ορισµένες συνθήκες. Το πιο θεαµατικό παράδειγµα διάλυσης είναι ο σχηµατισµός σπηλαίων ασβεστόλιθου από τη διάλυση του ασβεστίτη σε νερά που φέρνουν C0 2 για να σχηµατισθεί διαλυτά δισανθρακικό ασβέστιο. CaC0 3 +H 2 C0 3 2HC0 3- +Ca ++ Ανταλλαγή Ιόντος Οι αντιδράσεις ιοντοαλλαγής πραγµατοποιούνται µετά το σχηµατισµό των αργιλικών ορυκτών, επειδή τα ορυκτά αυτά έχουν την ικανότητα να ανταλλάσσουν ορισµένα ιόντα µε ιόντα που βρίσκονται στο νερό του περιβάλλοντός τους.

8 ΦΥΣΙΚΗ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Περιβαλλοντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση Το κλίµα Τα κύρια κλιµατολογικά στοιχεία που επιδρούν στην αποσάθρωση είναι ηβροxάmωοη και η θερµοκρασία. Η βροxόπτωση ελέγχει το ποσό του νερού που είναι διαθέσιµο για τη χηµική αποσάθρωση, ενώ η θερµοκρασία επιδρά στο ρυθµό (ταχύτητα) των χηµικών αντιδράσεων. Ανάγλυφο, ιαπερατότητα

9

10 Ανθεκτικότητα των ορυκτών στην αποσάθρωση

11 Χηµικές και ορυκτολογικές αλλαγές που προέρχονται από την αποσάθρωση Τρόποι για διερεύνηση των αλλαγών που υφίσταται ένα πέτρωµα µετά την εξαλλοίωση του. 1) Σύγκριση της χηµικής σύστασης του εδάφους που σχηµατίζεται µε τη χηµική σύσταση του µητρικού πετρώµατος 2) υπολογισµός των οξειδίων που προστέθηκαν ή που αποµακρύνθηκαν. 3) Γραφική παράσταση της σχέσεως µεταξύ της συγκέντρωσης κάθε στοιχείου στο µητρικό πέτρωµα και στο έδαφος 4) Θεωρητικός υπολογισµός των ορυκτών από τη χηµική ανάλυση του µητρικού πετρώµατος και του εδάφους.

12

13

14 Πολλές φορές τα συστατικά των εδαφών είναι πρωτογενή ορυκτά του µητρικού πετρώµατος, που παρέµειναν αναλλοίωτα µε την αποσάθρωση. Για παράδειγµα, τα εδάφη που σχηµατίζονται από την αποσάθρωση ασβεστόλιθων και δολοµιτών αποτελούνται συνήθως από αργιλικά ορυκτά, χαλαζία και οξείδια Fe που βρίσκονταν στο µητρικό πέτρωµα. Στην περίmωση αυτή, ο τύπος των αργιλικών ορυκτών και η χηµική σύσταση του εδάφους εξαρτάται από τις συνθήκες που επικροτούσαν κατά την ανθρακική ιζηµατογένεση. Η ορυκτολογική εξέταση του εδάφους που προέρχεται από γρανιτικό πέτρωµα έδειξε ότι η αποσάθρωση του πετρώµατος γίνεται µε την ακόλουθη σειρά πλαγιόκλαστο (An25-30) >κεροστίλβη > βιοτίτης >µικροκλινής, πλαγιόκλαστο (An10-I5) > µοσχοβίτης, χαλαζίας. Ανάλυση βιοτίτη στα διαφορετικά στάδια της αποσάθρωσης έδειξε σταδιακή µείωση της περιεκτικότητάς του σε Κ, Mg και Si και αύξηση της περιεκτικότητάς του σε Fe και Αl. Η σειρά αποµάκρυνσης των στοιχείων από το πέτρωµα είνα, Na, Κ Mg> Si > ΑΙ > Fe..

15