Bewitterung von Gesteinen: physikalisch und chemisch

Nach dem Lesen dieses Artikels erfahren Sie mehr über die physikalische und chemische Verwitterung von Gesteinen.

Mechanische Verwitterung oder physikalische Verwitterung:

Mechanische oder physikalische Verwitterung bezieht sich nur auf Formänderungen. Aufgrund dieser Art der Bewitterung können große feste Massen in lose Fragmente zerfallen, die sich in Größe und Form unterscheiden, jedoch ihre ursprüngliche Zusammensetzung beibehalten. Solche Prozesse, die Steine ​​abbauen, ohne ihre chemische Zusammensetzung zu verändern, werden als physikalische oder mechanische Verwitterung bezeichnet.

Mechanische Verwitterung kann von zwei Arten sein, nämlich. Blockdesintegration und granulare Desintegration. Der Blockzerfall erfolgt aufgrund der Entwicklung von Fugen, die die Gesteinsmasse in eine Anzahl kleinerer Einzelblöcke oder -fragmente aufteilen. Granulare Zersetzung findet statt, weil der Kohäsionsverlust zwischen den einzelnen Partikeln verloren geht, wodurch das Gestein zu inkohärenten körnigen Stücken wird.

Granulare Zersetzung beschränkt sich auf die grobkörnigen Gesteine ​​und betrifft bestimmte Gesteine ​​wie grob strukturierte Granite. Der Blockzerfall wirkt sich auf Gesteine ​​aller Texturen aus und ist besonders bei fein strukturierten Sorten auffällig. Neben dem Blockieren und Granulataufschluss können auch Aufprall und Abrieb Steinbrüche verursachen.

Die physikalische Verwitterung kann folgende Ursachen haben:

(i) Differenzielle Wärmeausdehnung

(ii) Temperaturschwankungen

(iii) Untergraben

(iv) Abrieb, Schleifen und Schlag

(v) Exfoliation

(vi) Frostaktion

(vii) Aktion Pflanzen und Tiere

(viii) Druckentlastung

1. Differential Wärmeausdehnung:

Mineralien in einem Gestein haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Aufgrund des Temperaturanstiegs werden Differenzspannungen eingestellt. Dies führt zu einem granulären Abbau von Mineralien und Gesteinen. Das dunkel gefärbte Mineral hat eine höhere Wärmeabsorptionsrate als helle Mineralien. Dies kann auch zur Spannungsbildung beitragen, die zu Rissen führen kann.

2. Temperaturschwankungen:

Gesteine ​​werden aufgrund täglicher und saisonaler Temperaturänderungen wiederholt erhitzt und abgekühlt. Während der intensiven Hitzeperiode dehnen sich die äußeren Schichten der Gesteinsmasse aus, wodurch Zugspannungen entstehen. Dies kann zu einer Trennung parallel zur Gesteinsoberfläche führen. Bei einem erheblichen Temperaturabfall zieht sich das Material in der Nähe der Oberfläche stärker zusammen und dies führt zu radialen Rissen.

3. Untergraben:

Die Erosion durch Flüsse und das Meer kann zu Steinschlägen und Erdrutschen führen, die zu Steinbrüchen führen können. Dies ist an Küsten entlang der Küste üblich, wo die Entfernung von Ton von darunter liegenden Kalksteinen erfolgt. Ein starker Zusammenbruch kann auch durch die Erosion weicher Betten in tieferen Lagen verursacht werden, was dazu führt, dass härteres Gestein am Fuß der Klippen abfällt.

4. Abrieb, Schleifen und Auswirkungen:

Diese drei Vorgänge reduzieren die Partikelgröße. Abrieb ist typisch für die Reibwirkung von mit Trümmern beladenen Eismassen, die über einen Felsboden laufen. Mahlen ist der Effekt, der bewirkt, dass kleine Bruchstücke zwischen größeren gefangen und auf fast Mehl niedergemahlen werden. Solche Aktionen sind wahrscheinlich entlang von Flusskanälen und entlang von Küsten. Einschlag bezieht sich auf einen plötzlichen Zusammenstoß von Gesteinskörpern, der zu Abplatzungen und Abplatzungen führt und Bruchstücke bildet.

5. Peeling:

Dies bezieht sich auf das Abblättern oder Abziehen aufeinanderfolgender Schalen von der Gesteinsoberfläche. Exfoliation wird in grobkörnigen Gesteinen mit Feldspat beobachtet. Wenn die Gesteinsoberfläche nass wird, dringt die Feuchtigkeit in die Poren und Spalten zwischen den Mineralkörnern ein und reagiert mit Feldspat. Als Folge der chemischen Reaktion entsteht eine neue Substanz, nämlich Kaolin, die eine Form von Ton ist.

Dieser Ton hat ein größeres Volumen als der ursprünglich vorhandene Feldspat. Diese Expansion verliert die umgebenden Mineralkörner. Als Ergebnis dieser Aktion blättert eine dünne Hülle aus Oberflächenmaterial ab (Beachten Sie, dass dies ein physikalischer Prozess durch eine chemische Veränderung ist). Dieser Vorgang wiederholt sich aufgrund aufeinanderfolgender Benetzungen der Gesteinsoberfläche.

6. Frostaktion:

Die Frostwirkung beruht auf einer kontrastierenden Eigenschaft von Wasser. Wir wissen, dass sich die meisten Materialien beim Erhitzen ausdehnen und beim Abkühlen zusammenziehen. Dies gilt für Wasser, mit der Ausnahme, dass Wasser sich ausdehnt, wenn es von 4 ° C auf 0 ° C abgekühlt wird.

Das Ausdehnungsausmaß ist am stärksten bei 0 ° C, wenn es zu Eis erstarrt, wobei sich das Volumen um 9 Prozent erhöht. Eine solche Expansion von Wasser, wenn es abkühlt und sich verfestigt, kann enorme Kräfte ausüben, die Spannungen von vielen Tausend Newton pro Quadratmillimeter erzeugen. Wenn Regenwasser, schmelzender Schnee oder Kondenswasser in irgendwelche Poren oder Spalten in Gesteinen eindringt, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt, wird das Wasser, das in die Risse und Poren eindringt, zu Eis.

Das sich ausdehnende Eis übt einen enormen Druck auf das begrenzende Gestein aus, wirkt wie ein Keil und verbreitert die Öffnung. Wenn das Eis dann auftaut, sickert das Wasser tiefer in die Öffnung. Während das Wasser wieder einfriert, wird der Vorgang wiederholt. Ein derartiges wiederholtes Auftauen und Einfrieren von Wasser, dh Frostwirkung, bricht das Gestein auseinander.

Die Frostwirkung ist dort besonders ausgeprägt, wo das Gestein direkt der Atmosphäre ausgesetzt ist und wo Feuchtigkeit vorhanden ist und die Temperatur häufig über und unter dem Gefrierpunkt von Wasser schwankt.

Solche Bedingungen sind im Winter in gemäßigten Klimazonen vorhanden und sie können auch auf Berggipfeln sowie in Gebieten mit hoher Erhebung im Frühling oder Herbst auftreten. Die Tagestemperaturen steigen über den Gefrierpunkt, was dazu führt, dass Schnee und Eis schmelzen. Wenn die Temperatur während der Nacht wieder unter den Gefrierpunkt fällt, wird Frost ausgelöst.

Aufgrund der Frostwirkung der Klippen fallen die gebrochenen losen Bruchstücke auf die Basis der Klippe. Wenn dieser Prozess fortschreitet, sammelt sich am Fuß der Klippe ein Haufen von Fragmenten, der Tallus-Hang genannt wird. Schlaglöcher auf Straßen in kalten Regionen beruhen auf Frost auf freiliegenden Straßen.

7. Pflanzen- und Tieraktion:

Gesteine ​​können durch die Wechselwirkung von Pflanzen und Tieren in kleinere Stücke zerfallen. Wenn ein Stein Risse entwickelt, werden kleine Steinpartikel und der Boden durch Regen oder Wind in einen solchen Spalt gespült. Wenn ein Samen in einen solchen Riss fällt, kann er keimen und zu einer Pflanze heranwachsen.

Eine solche Pflanze kann ihre Wurzeln auf der Suche nach Wasser tiefer in die Felsen schicken. Wenn die wachsenden Wurzeln dicker werden, drücken sie gegen die Seiten des Risses und können mit der Zeit das Gestein brechen. Die Wurzeln kleiner Pflanzen wie Flechten und Moose erzeugen beim Aufwachsen eine steinlösende Säure, die weiter zerfällt und den Abbau der Felsen beschleunigt.

Tiere (mit Ausnahme des Menschen) tragen auch zur Verwitterung von Felsen bei. Regenwürmer können Partikel an die Oberfläche bringen. Diese Partikel werden der Atmosphäre ausgesetzt und weiter abgebaut. Ameisen, Termiten, Molen und solche grabende Tiere können Verwitterung verursachen. Die von ihnen gebauten Höhlen erlauben das Eindringen von Luft und Wasser, um das darunter liegende Gestein zu verwittern.

Auch die Menschen haben zur körperlichen Verwitterung beigetragen. Steinbrüche und Strip-Mining sind Beispiele menschlicher Aktivitäten, bei denen Steine ​​gebrochen werden. Darüber hinaus setzen solche Aktivitäten riesige Mengen an frischem Gestein anderen Verwitterungsprozessen aus.

8. Druckentlastung (Druckentlastung):

In großer Tiefe gebildete Felsen stehen unter hohem Druck. In ihnen entwickeln sich sehr hohe Druckspannungen, die sich durch Druck nicht lösen können.

Bestimmte Kräfte innerhalb der Erde bringen diese Gesteine ​​an die Oberfläche, und in solchen Situationen wird der Druck abgebaut, was zu einer Expansion und Freisetzung von Stress führt. In diesem Prozess entwickeln die Gesteine ​​große Risse oder Fugen, wo sie schwach sind. Das Entladen kann auch stattfinden, wenn sehr schwere Gletscher wegschmelzen und der Druck abgebaut wird.

Hinweis: Die physikalische Verwitterung legt große Flächen frei, die für die chemische Aktivität erforderlich sind.

Chemische Verwitterung von Gesteinen:

Chemische Verwitterung ist ein Prozess, bei dem Gesteine ​​abgebaut werden, die ihre chemische Zusammensetzung verändern. Die meisten Gesteine ​​werden in einer Umgebung gebildet, die sich stark von der auf der Erdoberfläche vorherrschenden Umgebung unterscheidet. Viele der in der Atmosphäre vorhandenen Substanzen sind nicht in der Umgebung vorhanden, in der die Felsen gebildet werden.

Wenn also das Mineral des Gesteins der Substanz der Atmosphäre ausgesetzt wird, finden chemische Reaktionen statt, die zur Bildung neuer Verbindungen führen, deren Eigenschaften sich von denen der ursprünglichen Mineralien unterscheiden. Diese Veränderungen schwächen die Struktur des Felsens und infolgedessen wird der Stein durch physikalische Verwitterung gebrochen.

Die folgenden allgemeinen Eigenschaften chemischer Reaktionen im Zusammenhang mit verschiedenen Witterungsbedingungen sind erwähnenswert.

(i) Chemische Reaktionen neigen dazu, bei höheren Temperaturen schneller abzulaufen.

(ii) Für eine effiziente Reaktion müssen die Reaktanten schnell und einfach zusammengebracht und die Produkte entfernt werden. In der Natur liefert Wasser die Reaktanten im Allgemeinen zu den Mineraloberflächen und spült die Reaktionsprodukte weg.

(iii) Je kleiner die reagierenden Körner sind, desto schneller laufen die chemischen Reaktionen zur Vollständigkeit ab. Alle oben genannten Faktoren spielen beim chemischen Bewitterungsprozess eine Rolle. Das lokale Klima steuert die Durchschnittstemperatur der Reaktion und die Zufuhr von Wasser für die Reaktion.

Die Korngröße der mineralischen Reaktanten hängt wesentlich von dem Prozess der mechanischen Verwitterung (Zerfall) von Gesteinen sowie von Abrieb und Bruch während des Transports ab. Die für Verwitterungsreaktionen zur Verfügung stehende Zeit hängt von der Erosionsrate und damit von der Absenkungsrate ab.

Wenn die Erosion oder Ablagerung schnell erfolgt, werden die Verwitterungsreaktionen unterbrochen, da Sedimente eingegraben und aus der Verwitterungsumgebung entfernt werden. Wenn die Erosion oder Ablagerung langsam erfolgt, können Verwitterungsreaktionen längere Zeit ablaufen.

Chemische Verwitterung wird hauptsächlich durch Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser hervorgerufen.

1. Oxidation:

Oxidation bedeutet die Kombination von Sauerstoff mit anderen Substanzen. Dies ist ein wichtiger chemischer Verwitterungsprozess. Die meisten der Mineralien enthalten Eisen wie Magnetit, Pyrit Amphibole. Biotite werden leicht durch Sauerstoff beeinflusst, wobei Hämatit (Fe 2 O 3 ) und Magnetit (Fe 3 O 4 ) sehr häufig sind.

Die Anwesenheit von Wasser während der Oxidation kann zu einer anderen Reaktion führen. Es kann eine Verbindung von Eisen, Sauerstoff und Wasser gebildet werden, die als Goethit bezeichnet wird. Goethit ist gelbbraun gefärbt. Wenn Goethit dehydriert wird, bildet sich Hämatit. Die Anwesenheit von Hämatit oder Goethit in Böden ergibt eine rötliche oder gelbbraune Farbe.

Oxidation von Eisenoxid in Gegenwart von Wasser:

Dehydratisierung von Goethit:

Oxidation führt zu einem Abbau des Gesteins aufgrund des folgenden Effekts. Wenn sich Sauerstoff mit Eisen verbindet, werden die chemischen Bindungen zwischen Eisen und anderen Elementen gebrochen, wodurch die Struktur geschwächt wird. Sogar Aluminium und Silizium, wenn sie oxidationsbildenden Oxiden ausgesetzt werden, können in ihrer Struktur geschwächt werden.

2. Hydratisierung, Hydrolyse, Lösung:

Wasser auf der Erdoberfläche ist ein wichtiges Mittel zur chemischen Verwitterung. Eine Reaktion von Wasser mit einer anderen Substanz wird Hydratation genannt.

Bsp .: Hydratisierung von Anhydrit zu Gips

Wasser kann auch in Wasserstoffionen (H +) und Hydroxidionen (OH-) zerfallen. Wenn diese Ionen die Ionen des Minerals ersetzen, wird die Reaktion als Hydrolyse bezeichnet. Gewöhnliche Mineralien, die eine Hydrolyse erfahren, sind Feldspat, Amphibol und Biotit. Dieser Prozess führt zu Schwellung und Zerbröckeln zu Pulver.

Wasser kann Gesteinsmaterie auflösen und Verwitterung bewirken. Dieser Vorgang wird Bewitterung durch Lösung genannt. Halit (Steinsalz) und Gips sind Beispiele für in Wasser lösliche Mineralien. Da Wasser langsam einige Mineralien aus dem Gestein löst, werden die umliegenden Gesteinsmineralien zur weiteren Verwitterung ausgesetzt.

In einigen Fällen kann die Struktur des Felsens durch leere Hohlräume geschwächt werden, die zum Zerbröckeln des Felsens führen. Die in Lösung gelösten Mineralien können chemisch miteinander reagieren und neue Verbindungen bilden. Wenn die resultierenden Verbindungen in Wasser unlöslich sind, können sie ausfallen.

3. Kohlensäure:

Die chemische Kombination von Kohlendioxid mit einer anderen Substanz wird Karbonisierung genannt. Kohlendioxid im Gaszustand darf keinen Einfluss auf Gesteine ​​haben. Wenn jedoch Kohlendioxid mit Wasser in Kontakt kommt, entsteht Kohlensäure, die auf gewöhnliche Gesteinsmineralien wirken kann. Mineralien, die Natrium, Kalium, Magnesium und Kalzium enthalten, werden von Kohlensäure beeinflusst, um Karbonate zu bilden.

Das Mineral Calcit wird durch Kohlensäure bis zur Zerstörung stark beeinträchtigt. Kalkstein wird durch im Grundwasser oder im Regenwasser enthaltene Kohlensäure vollständig aufgelöst. Wenn kohlensäurehaltiges Grundwasser durch aus Calcit bestehende Grundgesteine ​​sickert, bilden sich aufgrund der Bildung sehr großer Löcher spektakuläre Kavernen.

4. Andere chemische Faktoren:

Neben Kohlensäure gibt es auch andere Säuren, die Gesteine ​​und Mineralien angreifen. Einige dieser Säuren entstehen beim Zerfall organischer Stoffe. Einige Säuren fallen in Form von Abfallprodukten bestimmter Pflanzen und Tiere an. Diese Säuren lösen sich im Regenwasser auf und sickern durch den Boden bis zum Grundgestein und wirken chemisch mit dem Gestein.

Einige primitive Pflanzen wie Flechten können auf nacktem Stein wachsen, wenn der Stein nass ist, und ruhen, wenn der Stein trocken ist. Sekret aus Flechten korrodiert die Felsoberfläche und löst die mineralischen Nährstoffe auf, die die Mineralpartikel lösen. Die gelösten Mineralpartikel sammeln sich zusammen mit Staub in den Felsspalten. Einige Samen können in diese Bodenteilchen gelangen und wachsen, was zu einer weiteren physikalischen Verwitterung führt.

Menschliche Aktivitäten werden auch zu Quellen von Säuren, die Steinbewitterung verursachen können. Häuser, Autos, Busse, Lastwagen usw. setzen große Mengen an Abgasen und anderen Schadstoffen in die Atmosphäre frei. Viele davon wie Stickoxide und Schwefel reagieren chemisch mit Wasser und bilden reaktive Säuren.

Bakterien können auch einen wichtigen Einfluss bei der Förderung des Zerfalls und der Zersetzung von Steinen ausüben. Einige von ihnen geben bekanntermaßen Salpetersäure ab, die chemisch auf die Felsen wirken kann. Die mikroskopisch kleinen Bakterien dringen in jede kleine Spalte ein, die durch atmosphärische Einrichtungen erzeugt wird, und bewirken über die langen Zeiträume einen Zerfall von Oberflächengesteinen, wobei ihre Aktivitätsperiode auf die Sommermonate beschränkt ist.

Sie wurden auf Gesteinen mit unterschiedlichem Charakter wie Granit, Schiefer, Kalkstein, Sandstein, Vulkangestein und auf hohen Berggipfeln sowie auf niedrigeren Ebenen festgestellt. Es wird auch berichtet, dass bestimmte Ameisenarten kontinuierlich Kohlensäure in den Boden gießen, was zu Verwitterung führt.

Bestimmte andere Ameisenarten, die als Saubas oder Sauvas bekannt sind, leben in großen Kolonien und graben sich in die Erde, wo sie Kammern mit Galerien ausheben, die in alle Richtungen strahlen und in die sie große Mengen an Blättern befördern.

In Regionen von Industriekomplexen sind Säuren in alarmierender Menge. Wasser in diesen Regionen enthält erhebliche Mengen an Säure, und der Regen wird oft als saurer Regen bezeichnet. Felsen können durch sauren Regen verwittert und abgebaut werden. Saurer Regen kann auch künstliche Strukturen zerstören und das Leben von Pflanzen und Tieren schädigen.

Formen der chemischen Verwitterung:

1. Verwitterung der Lösung:

Dies ist eine andere Form der chemischen Verwitterung. Dies geschieht, wenn sich Mineralien in Wasser auflösen (in Lösung gehen). Dies geschieht, weil einige Gesteinsarten im Regenwasser leicht aufgelöst werden. Bei der Bewitterung durch Lösung werden normalerweise ziemlich glatte, überbackene Oberflächen erzeugt. Beispielsweise zeigen weicher Calcit und Gips oft Beweise für die Lösungsbewitterung.

2. Spheroidale Verwitterung:

Spheroidale Verwitterung bezieht sich auf die Veränderung der gemeinsamen Felsblöcke, die von ihren Felgen nach und nach nach innen wandern. Der Randbereich der Gesteinsbrüche wird teilweise oder vollständig in Ton oder andere Produkte umgewandelt.

Während die inneren Bereiche des Gesteins relativ frisch und fest bleiben, werden die äußeren Bereiche unterschiedlichen Ausdehnungen ausgesetzt und das Material in diesem Bereich wird entlang konzentrischer Verbindungen gelockert. Die Größe der gebildeten Kerne reicht von Boulder bis zu Kieselsteinen. Sie werden durch Verwitterung abgerundet. Diese Art der Verwitterung ist auf das Gestein zurückzuführen, das sowohl mechanischer als auch chemischer Verwitterung ausgesetzt ist.

Zuerst werden die Felsen gespalten, wobei sich Gelenke bilden. Die getrennten Blöcke des Gesteins unterliegen einer chemischen Bewitterung, aufgrund derer die Kanten und Oberflächen der einzelnen getrennten Blöcke Korrosion erfahren. Infolgedessen werden die getrennten Blöcke in abgerundete Felsbrocken umgewandelt.

3. Differentialbewitterung:

Wir beobachten oft, dass in vielen Straßen Getreidekulturen geschnitten und herausgeschlagen werden, die alle unterschiedlich schnell verwittern, so dass die Außenfrüchte wie ein unebener Stapel flacher Felsen aussehen. Dies wird als differentielle Bewitterung bezeichnet.

Dies tritt auf, wenn die Schichten in einem Aufschluss mehrere Gesteinsarten enthalten, z. B. können bestimmte uralte Meeresumgebungen getrennte Sandschichten und Schlick ablagern, wodurch Sandstein und Schiefer entstehen. Bei diesen beiden Arten von Felswetter kommt es häufig zu einer unterschiedlichen Bewitterung, bei der die Sandsteine ​​widerstandsfähiger sind als die Schiefer.