อุกกาบาต: ประเภทและกระบวนการ

การ ผุกร่อนคือการสลายตัวของหินโดยการสลายตัวทางกลและการสลายตัวทางเคมี หลายคนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงและเกิดความกดดันอย่างรุนแรงในเปลือกโลก เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิที่ลดลงและแรงกดดันบนพื้นผิวและเผชิญกับอากาศน้ำและสิ่งมีชีวิตพวกมันจะสลายตัวและแตกหัก

สิ่งมีชีวิตยังมีบทบาทที่มีอิทธิพลต่อการผุกร่อนเนื่องจากมีผลกระทบต่อหินและแร่ธาตุผ่านกระบวนการทางชีวฟิสิกส์และชีวเคมีต่างๆซึ่งส่วนใหญ่ไม่เป็นที่รู้จักในรายละเอียด

โดยทั่วไปมีสามประเภทหลักผ่านการผุกร่อนที่เกิดขึ้น; ซึ่งอาจเป็นทางกายภาพทางเคมีหรือทางชีวภาพ แต่ละสายพันธุ์เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะที่ส่งผลกระทบต่อหินในรูปแบบที่แตกต่างกัน แม้ในบางกรณีอาจมีการรวมกันของปรากฏการณ์หลายอย่าง

การผุกร่อนทางกายภาพหรือ เชิงกล

กระบวนการทางกลลดหินให้เป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กลงเรื่อย ๆ ซึ่งจะเพิ่มพื้นผิวที่สัมผัสกับการโจมตีทางเคมี กระบวนการผุกร่อนทางกลหลักมีดังต่อไปนี้:

- การดาวน์โหลด

- การกระทำของน้ำค้างแข็ง

- ความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากความร้อนและความเย็น

- การขยายตัว

- การหดตัวเนื่องจากการเปียกด้วยการอบแห้งที่ตามมา

- แรงกดดันกระทำโดยการเติบโตของผลึกเกลือ

ปัจจัยสำคัญในการผุกร่อนทางกลคือความเหนื่อยล้าหรือการสร้างความเครียดซ้ำ ๆ ซึ่งลดความทนทานต่อความเสียหาย ผลของความเหนื่อยล้าคือหินจะแตกหักที่ระดับความเครียดต่ำกว่าชิ้นงานที่ไม่ได้ล้า

ปล่อย

เมื่อการสึกกร่อนลบวัสดุออกจากพื้นผิวแรงกดดันที่ จำกัด บนหินที่อยู่เบื้องล่างจะลดลง แรงดันที่ต่ำกว่าทำให้ธัญพืชแยกออกจากกันมากขึ้นและสร้างช่องว่าง หินขยายหรือขยายและสามารถแตกหัก

ตัวอย่างเช่นในเหมืองหินแกรนิตหรือหินหนาแน่นอื่น ๆ การปล่อยแรงดันเนื่องจากการตัดเพื่อสกัดอาจมีความรุนแรงและอาจทำให้เกิดการระเบิด

แตกหักโดยการแช่แข็งหรือเจลฟิวชัน

น้ำที่ครอบครองรูขุมขนภายในหินจะขยายตัว 9% เมื่อแช่แข็ง การขยายตัวนี้สร้างแรงกดดันภายในที่สามารถทำให้เกิดการแตกตัวทางกายภาพหรือการแตกหักของหิน

Gelification เป็นกระบวนการสำคัญในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัดซึ่งวงจรการแช่แข็งและการละลายเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

วงจรความร้อนความเย็น (thermoclast)

หินมีค่าการนำความร้อนต่ำซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่สามารถขับความร้อนออกจากพื้นผิวได้ เมื่อหินร้อนพื้นผิวด้านนอกจะเพิ่มอุณหภูมิมากกว่าส่วนด้านในของหิน ด้วยเหตุนี้ชิ้นส่วนภายนอกจึงทนต่อการขยายตัวมากกว่าชิ้นส่วนภายใน

ยิ่งไปกว่านั้นหินที่ประกอบด้วยผลึกที่แตกต่างกันนำเสนอการให้ความร้อนที่ต่างกัน: ผลึกสีเข้มกว่าจะร้อนเร็วกว่าและเย็นลงช้ากว่าผลึกที่เบากว่า

ความเมื่อยล้า

ความเครียดจากความร้อนเหล่านี้สามารถทำให้เกิดการแตกตัวของหินและการก่อตัวของเกล็ดเปลือกหอยและแผ่นหินขนาดใหญ่ การให้ความร้อนและความเย็นซ้ำ ๆ จะให้ผลที่เรียกว่าล้าซึ่งช่วยให้เกิดความร้อนจากสภาพอากาศหรือที่เรียกว่า thermoclastia

โดยทั่วไปความเหนื่อยล้าสามารถกำหนดเป็นผลของกระบวนการหลายอย่างที่ลดความทนทานต่อวัสดุที่จะเกิดความเสียหาย

เกล็ดหิน

การขัดหรือการผลิตแผ่นโดยความเครียดจากความร้อนยังรวมถึงการสร้างเครื่องชั่งหิน เช่นเดียวกันความร้อนแรงที่เกิดจากไฟป่าและการระเบิดของนิวเคลียร์สามารถทำให้หินแตกสลายและสลายในที่สุด

ตัวอย่างเช่นในอินเดียและอียิปต์ไฟถูกใช้เป็นเวลาหลายปีเป็นเครื่องมือสกัดในเหมือง อย่างไรก็ตามความผันผวนของอุณหภูมิในชีวิตประจำวันซึ่งพบได้แม้ในทะเลทรายนั้นต่ำกว่าระดับสูงสุดของการเกิดเพลิงไหม้ในท้องถิ่น

เปียกชื้นและทำให้แห้ง

วัสดุที่มีส่วนผสมของดินเหนียวเช่นโคลนและหินดินดานขยายตัวมากเมื่อเปียกซึ่งสามารถชักนำให้เกิดการก่อตัวของ microcracks หรือ microfractures ( microcracks เป็น ภาษาอังกฤษ) หรือการขยายรอยแตกที่มีอยู่

นอกเหนือจากผลของความเหนื่อยล้าการขยายตัวและการหดตัวของวัฏจักรที่เกี่ยวข้องกับการทำให้เปียกและการทำให้แห้ง - นำไปสู่การผุกร่อนของหิน

อุตุนิยมวิทยาโดยการเจริญเติบโตของผลึกเกลือหรือ haloclastia

ในบริเวณชายฝั่งและเขตแห้งแล้งผลึกเกลือสามารถเติบโตได้ในสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นโดยการระเหยของน้ำ

การตกผลึกของเกลือใน interstices หรือรูขุมขนของหินสร้างความตึงเครียดที่กว้างขึ้นพวกเขาและสิ่งนี้นำไปสู่การสลายตัวเป็นเม็ดเล็ก ๆ ของหิน กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อเกลือเกลือหรือ haloclastia

เมื่อผลึกเกลือที่เกิดขึ้นภายในรูขุมขนของหินร้อนหรืออิ่มตัวด้วยน้ำพวกมันจะขยายตัวและออกแรงดันกับผนังของรูขุมขนที่อยู่ใกล้เคียง สิ่งนี้ก่อให้เกิดความเครียดจากความร้อนหรือความเครียดจากความชุ่มชื้น (ตามลำดับ) ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดสภาพดินฟ้าอากาศหิน

อุกกาบาตเคมี

การผุกร่อนประเภทนี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมีที่หลากหลายซึ่งกระทำร่วมกันบนหินหลายประเภทในสภาพอากาศที่หลากหลาย

ความหลากหลายที่ยิ่งใหญ่นี้สามารถแบ่งได้เป็นหกประเภทของปฏิกิริยาเคมีหลัก (ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของหิน) คือ:

- การสลายตัว

- ไฮเดรชั่น

- ออกซิเดชันและการลด

- คาร์บอเนต

- การย่อยสลาย

การละลาย

เกลือแร่สามารถละลายในน้ำได้ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการแยกตัวของโมเลกุลในประจุลบและประจุบวกและความชุ่มชื้นของแต่ละไอออน นั่นคือไอออนถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ

โดยทั่วไปแล้วการละลายนั้นถือเป็นกระบวนการทางเคมีแม้ว่าจะไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปทางเคมีที่เหมาะสม เนื่องจากการละลายเกิดขึ้นเป็นขั้นตอนเริ่มต้นสำหรับกระบวนการทางเคมีอื่น ๆ ของการผุกร่อนจึงรวมอยู่ในหมวดหมู่นี้

วิธีแก้ปัญหากลับด้านได้ง่าย: เมื่อสารละลายมีค่ามากเกินไปส่วนหนึ่งของวัสดุที่ละลายจะตกตะกอนเป็นของแข็ง สารละลายอิ่มตัวไม่สามารถละลายของแข็งได้มากขึ้น

แร่ธาตุแตกต่างกันในความสามารถในการละลายและหมู่ที่ละลายในน้ำมากที่สุดคือคลอไรด์ของโลหะอัลคาไลเช่นเกลือหินหรือเฮไลต์ (NaCl) และเกลือโพแทสเซียม (KCl) แร่ธาตุเหล่านี้พบได้เฉพาะในภูมิอากาศที่แห้งแล้งมาก

ยิปซั่ม (CaSO ₄ .2H ₂ O) ค่อนข้างละลายในขณะที่ควอตซ์มีความสามารถในการละลายต่ำมาก

ความสามารถในการละลายของแร่ธาตุหลายชนิดขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจนอิสระ (H +) ในน้ำ H + ions ถูกวัดเป็นค่า pH ซึ่งระบุระดับของความเป็นกรดหรือด่างของสารละลายที่เป็นน้ำ

ความชุ่มชื้น

การผุกร่อนของไฮเดรชั่นเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อแร่ธาตุดูดซับโมเลกุลของน้ำบนพื้นผิวของมันหรือดูดซับรวมถึงพวกมันภายในผลึกของพวกมัน น้ำที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้เกิดปริมาตรที่เพิ่มขึ้นซึ่งอาจทำให้เกิดการแตกหักของหิน

ในภูมิอากาศชื้นของละติจูดต่ำสีของดินมีอยู่ในปัจจุบัน / แสดงการเปลี่ยนแปลงที่มีชื่อเสียง: สามารถสังเกตได้จากสีน้ำตาลจนถึงสีเหลือง สีเหล่านี้เกิดจากการไฮเดรตของออกไซด์ของเหล็กออกไซด์สีแดงซึ่งผ่านไปยัง goethite ที่มีสีออกไซด์ (iron oxyhydroxide)

การดูดน้ำโดยอนุภาคดินก็เป็นรูปแบบหนึ่งของความชุ่มชื้นที่นำไปสู่การขยายตัวของมัน จากนั้นเมื่อดินแห้งเปลือกก็แตก

ออกซิเดชันและการลด

ออกซิเดชันเกิดขึ้นเมื่ออะตอมหรือไอออนสูญเสียอิเล็กตรอนเพิ่มประจุบวกหรือลดประจุลบ

หนึ่งในปฏิกิริยาออกซิเดชันที่มีอยู่เกี่ยวข้องกับการรวมกันของออกซิเจนกับสาร ออกซิเจนที่ละลายในน้ำเป็นสารออกซิไดซ์ทั่วไปในสิ่งแวดล้อม

การสึกหรอโดยการออกซิเดชั่นส่งผลกระทบต่อแร่ธาตุส่วนใหญ่ที่มีเหล็กถึงแม้ว่าองค์ประกอบเช่นแมงกานีส, ซัลเฟอร์และไทเทเนียมสามารถออกซิไดซ์ได้

ปฏิกิริยาของเหล็กซึ่งเกิดขึ้นเมื่อออกซิเจนที่ละลายในน้ำสัมผัสกับแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กเป็นดังนี้:

4Fe2 + + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e-

ในการแสดงออกนี้ e- หมายถึงอิเล็กตรอน

เหล็กเฟอร์รัส (Fe2 +) ที่พบในแร่ส่วนใหญ่ที่ก่อตัวเป็นหินสามารถเปลี่ยนเป็นรูปแบบเฟอริก (Fe3 +) โดยการเปลี่ยนประจุเป็นกลางของตาข่ายคริสตัล การเปลี่ยนแปลงนี้บางครั้งทำให้เกิดการยุบตัวและทำให้แร่มีแนวโน้มที่จะถูกโจมตีทางเคมี

อัดลม

Carbonation คือการสะสมของคาร์บอเนตซึ่งเป็นเกลือของกรดคาร์บอนิก (H ₂ CO ₃ ) คาร์บอนไดออกไซด์ละลายในน้ำธรรมชาติเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

ต่อจากนั้นกรดคาร์บอนิกจะแยกตัวออกเป็นไอออนไฮโดรเจนไฮเดรต (H ₃ O +) และไอออนไบคาร์บอเนตตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ - + H ₃ O +

กรดคาร์บอนิกโจมตีแร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นคาร์บอเนต Carbonation ควบคุมการผุกร่อนของหินปูนซึ่งเป็นหินปูนและโดโลไมต์ ในแร่เหล่านี้คือแคลเซียมคาร์บอเนตหรือแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO ₃ )

แคลเซียมคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอนิกในรูปแบบแคลเซียมกรดคาร์บอเนต Ca (HCO ₃ ) ₂ ซึ่งแตกต่างจากแคลเซียมคาร์บอเนตละลายง่ายในน้ำ นี่คือเหตุผลว่าทำไมหินปูนบางชนิดจึงมีแนวโน้มที่จะยุบตัว

ปฏิกิริยาย้อนกลับระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์น้ำและแคลเซียมคาร์บอเนตนั้นซับซ้อน ในสาระสำคัญกระบวนการสามารถสรุปได้ดังนี้:

CaCO ₃ + H ₂ O + CO ₂ ⇔ Ca ₂ + + 2HCO ₃ -

การย่อยสลาย

โดยทั่วไปการย่อยสลาย - การสลายทางเคมีโดยการกระทำของน้ำ - เป็นกระบวนการหลักของการผุกร่อนทางเคมี น้ำสามารถย่อยสลายละลายหรือดัดแปลงแร่ธาตุหลักที่ไวต่อหิน

ในกระบวนการนี้น้ำที่แยกออกจากกันในไฮโดรเจนไอออน (H +) และไฮดรอกซิลแอนไอออน (OH-) ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับแร่ซิลิเกตในหินและดิน

ไฮโดรเจนไอออนนั้นแลกเปลี่ยนกับไอออนบวกของแร่ซิลิเกตโพแทสเซียม (K +), โซเดียม (Na +), แคลเซียม (Ca2 +) หรือแมกนีเซียม (Mg2 +) จากนั้นไอออนบวกที่ปลดปล่อยออกมาจะถูกรวมเข้ากับไอออนไฮดรอกซิล

ตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาสำหรับการไฮโดรไลซิสของแร่ที่เรียกว่า orthoclase ซึ่งมีสูตรทางเคมี KAlSi ₃ O ₈ เป็นดังนี้:

2KAlSi ₃ O ₈ + 2H + + 2OH- → 2HAlSi ₃ O ₈ + 2KOH

ดังนั้น orthoclase จะถูกแปลงเป็นกรดอะลูมิโนซิลิก HAlSi ₃ O ₈ และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์

ปฏิกิริยาประเภทนี้มีบทบาทพื้นฐานในการก่อตัวของลักษณะนูนบางอย่าง; ตัวอย่างเช่นพวกเขามีส่วนร่วมในการก่อตัวของ karstic โล่งอก

อุตุนิยมวิทยาทางชีวภาพ

สิ่งมีชีวิตบางชนิดโจมตีหินโดยใช้กลไกทางเคมีหรือโดยการผสมผสานระหว่างกระบวนการเชิงกลและทางเคมี

พืช

รากของพืชโดยเฉพาะต้นไม้ที่ขึ้นบนเตียงหินแบนสามารถออกฤทธิ์ทางชีวกลศาสตร์ได้

ผลกระทบทางชีวกลศาสตร์นี้เกิดขึ้นเมื่อรากเจริญเติบโตเพราะมันจะเพิ่มแรงดันที่กระทำโดยมันในสภาพแวดล้อมโดยรอบ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การแตกหักของหินเตียงราก

ไลเคน

ไลเคนเป็นสิ่งมีชีวิตที่ประกอบด้วยสอง symbionts: เชื้อรา (mycobiont) และสาหร่ายที่มักจะเป็นไซยาโนแบคทีเรีย (phycobiont) สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้รับรายงานว่าเป็นอาณานิคมที่เพิ่มการผุกร่อนของหิน

ตัวอย่างเช่นพบว่ามีการติดตั้ง Stereocaulon vesuvianum ในการไหลของลาวาซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการผุกร่อนได้ถึง 16 เท่าเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวที่ไม่ได้ทำการบ่ม อัตราเหล่านี้สามารถเพิ่มเป็นสองเท่าในที่ชื้นเช่นเดียวกับในฮาวาย

มีการบันทึกไว้ด้วยว่าเมื่อไลเคนตายพวกมันจะทิ้งรอยด่างดำไว้บนพื้นผิวของหิน จุดเหล่านี้ดูดซับรังสีได้มากกว่าพื้นที่ที่ชัดเจนโดยรอบของหินดังนั้นการส่งเสริมการผุกร่อนของความร้อนหรือการเทอร์โมพลาสติก