Ayrışma (jeoloji)

Ayrışma, çözünme veya günlenme, yerkabuğunu oluşturan kayaçların yüzey kısımlarında fiziksel ve kimyasal etkenlerle meydana gelen değişimlerdir. Bu etkenlerin yanında atmosferdeki gazlar, sıcaklık, su, organizmalar da ayrışmada etkilidir.
Ayrışma ile ilgili iki önemli sınıflandırma vardır. Bunlar; fiziksel ve kimyasal ayrışmadır. İkisi de bazen biyolojik bileşenleri içerir. Mekanik veya fiziksel ayrışma, su, buz, sıcaklık ve basınç gibi atmosferik durumlarla direkt olarak etkileşimle toprak ve kayalarda bozulmaları kapsar. İkinci sınıflandırma, kimyasal ayrışma ise, atmosferik kimyasalların direkt olarak etkisiyle ya da kayalar, topraklar ve minerallerin parçalanmasında biyolojik ayrışma olarak bilinen biyolojik olarak üretilen kimyasalları içerir. Fiziksel ayrışma, çok kuru ve çok soğuk ortamlarda oluşurken, kimyasal reaksiyonlar çok sıcak ve ıslak iklimlerde daha yoğundur. Ancak, her iki ayrışma aynı anda meydana gelirse, birbirini hızlandırır. Örneğin, fiziksel sürtünme parçacıkların boyutunu azaltır ve bu nedenle yüzeylerini hızlandırır ve böylece onları hızlı kimyasal reaksiyonlara daha duyarlı hale getirir. Çeşitli maddeler, birincil mineralleri (feldspatlar ve mikalar) ikincil minerallere (killer ve karbonatlar) dönüştürmek ve bitki besin elementlerini çözülebilen formlarda serbest bırakmak için uyum halinde hareket ederler. Kaya parçalandıktan sonra kalanlar organik materyaller ile birleşince toprağa dönüşür. Toprağın mineral içeriği ana materyal tarafından belirlenir. Bu nedenle, tek bir kaya türünden türetilen bir toprak, verimlilik için gerekli olan bir veya daha fazla mineral eksikliği gösterebilirken (kristalin, buzul veya alüvyon çökeltilerinde olduğu gibi) kaya türlerinin karışımından çıkan bir toprak genellikle daha verimli toprağa neden olur. Buna ek olarak, Dünya'nın birçok yeryüzü şekilleri ve manzarası, erozyon ve yeniden birikme ile birleşen hava olaylarının sonucudur.
Ayrışma türleri
Yaşlandırma süreçleri söz konusu olduğunda, genellikle aşağıdakiler arasında kabaca bir ayrım yapılır:
Fiziksel süreçler - çoğunlukla, çeşitli nedenlere sahip olabilen, aynı parçanın münferit bileşenlerinin hacmindeki artışın bir sonucu olarak kaya yapısının mekanik olarak zayıflaması veya tahrip olması.
Kimyasal süreçler - kaya yapısının tek tek veya tüm bileşenlerinin ayrışması.
Biyolojik süreçler - canlıların faaliyetlerinin kaya zayıflatıcı etkileri.
Kimyasal ayrışma
Kimyasal ayrışma, kayaların bileşimini değiştirir ve genellikle su, çeşitli kimyasal reaksiyonlar oluşturmak için minerallerle etkileşime girdiğinde onları dönüştürür. Kimyasal ayrışma, kayanın mineralojisi yakın yüzey ortamına uyum sağladığı için kademeli ve devam eden bir süreçtir. Kayanın orijinal minerallerinden yeni veya ikincil mineraller gelişir.
Kimyasal ayrışma: oksidasyon; hidroliz, hidratasyon, karbonasyon gibi yollarla gerçekleşir.
Kimyasal ayrışma, su ve oksijenin varlığı gibi jeolojik ajanların yanı sıra mikrobiyal ve bitki kökü metabolizması tarafından üretilen asitler gibi biyolojik ajanlar tarafından arttırılır.
Dağ bloğunun yükselmesi süreci, yeni kaya katmanlarının atmosfere ve neme maruz bırakılmasında önemlidir ve önemli kimyasal aşınmanın meydana gelmesini sağlar; Ca2 + ve diğer iyonların yüzey sularına önemli ölçüde salınması meydana gelir.
Çözünme ve karbonatlaşma
Yağış asidiktir çünkü atmosferdeki karbondioksit yağmur suyunda çözünerek zayıf karbonik asit üretir. Kirlenmemiş ortamlarda yağış pH'ı 5,6 civarındadır. Asit yağmuru, atmosferde kükürt dioksit ve nitrojen oksitler gibi gazlar bulunduğunda meydana gelir. Bu oksitler, daha güçlü asitler üretmek için yağmur suyunda reaksiyona girer ve pH'ı 4,5 veya hatta 3,0'a düşürebilir. Sülfür dioksit, SO 2, volkanik püskürmelerden veya fosil yakıtlardan gelir, yağmur suyunda sülfürik asit haline gelebilir ve bu da üzerine düştüğü kayalarda çözelti ayrışmasına neden olabilir.
Bazı mineraller, doğal çözünürlükleri, oksidasyon potansiyeli (pirit gibi demir açısından zengin mineraller) veya yüzeysel koşullara göre kararsızlık nedeniyle, asidik su olmadan bile doğal olarak çözünme yoluyla ayrışacaktır.
İyi bilinen çözelti ayrışma süreçlerinden biri, atmosferik karbon dioksitin çözelti ile hava etkisine yol açtığı süreç olan karbonat çözünmesidir. Karbonat çözünmesi, kireçtaşı ve tebeşir gibi kalsiyum karbonat içeren kayaları etkiler. Yağmur birleştirir, bu gerçekleşir karbondioksit oluşturmak üzere karbonik asit, bir zayıf bir asit, kalsiyum karbonat (kireçtaşı) ve formları çözünür çözer kalsiyum bikarbonat. Daha yavaş reaksiyon kinetiğine rağmen, bu işlem termodinamik olarak düşük sıcaklıkta tercih edilir, çünkü daha soğuk su daha fazla çözünmüş karbondioksit gazı tutar (retrogradgazların çözünürlüğü). Karbonat çözünmesi bu nedenle buzul ayrışmasının önemli bir özelliğidir.
Karbonat çözünme reaksiyonu aşağıdaki adımları içerir:
CO 2 + H 2 O - H 2 CO 3
karbondioksit + su - karbonik asit
H 2 CO 3 + CaCO 3 - Ca (HCO 3) 2
karbonik asit + kalsiyum karbonat - kalsiyum bikarbonat
İyi eklemlenmiş kireçtaşının yüzeyindeki karbonat çözünmesi, kesilmiş bir kireçtaşı kaplama üretir. Bu işlem en çok eklemler boyunca etkilidir, onları genişletir ve derinleştirir.
Hidrasyon
Mineral hidrasyonu, H + ve OH- iyonlarının bir mineralin atomlarına ve moleküllerine sert bir şekilde bağlanmasını içeren bir kimyasal ayrışma biçimidir.
Kaya mineralleri su aldığında, artan hacim kayanın içinde fiziksel gerilimler yaratır. Örneğin, demir oksitler dönüştürülür demir hidroksitler ve hidrasyonu anhidrit formları, alçı.
Silikatların ve karbonatların hidrolizi
Hidroliz, silikat ve karbonat minerallerini etkileyebilen kimyasal bir ayrışma sürecidir. Suyun bir silikat minerali ile reaksiyona girdiği böyle bir reaksiyona örnek şudur:
Mg 2 SiO 4 + 4 H 2 O ⇌ 2 Mg (OH) 2 + H 4 SiO 4
olivin (forsterit) + su ⇌ brusit + silisik asit
Bu reaksiyon, eğer sistemde yeterli su mevcutsa ve reaksiyon termodinamik olarak uygunsa, orijinal mineralin tamamen çözünmesine neden olabilir. Ortam sıcaklığında su, H + ve OH'de zayıf bir şekilde ayrışır - ancak karbondioksit suda kolayca çözünür ve önemli bir hava koşullandırma ajanı olan karbonik asit oluşturur.
Mg 2 SiO 4 + 4 CO 2 + 4 H 2 O ⇌ 2 Mg 2+ + 4 HCO 3 - + H 4 SiO 4
olivin (forsterit) + karbondioksit + su ⇌ solüsyonda magnezyum ve bikarbonat iyonları + solüsyonda silisik asit
Bu hidroliz reaksiyonu çok daha yaygındır. Karbonik asit, bikarbonat nedeniyle daha alkali çözeltilerle sonuçlanan silikat ayrışmasıyla tüketilir. Bu, atmosferdeki CO 2 miktarını kontrol etmede önemli bir tepkidir ve iklimi etkileyebilir.
Alüminosilikatlar, hidroliz reaksiyonuna tabi tutulduğunda, basitçe katyonları serbest bırakmak yerine ikincil bir mineral üretirler.
2 KAlSi 3 O 8 + 2 H 2 CO 3 + 9 H 2 O ⇌ Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4 H 4 SiO 4 + 2 K + + 2 HCO 3 -
ortoklaz (alüminosilikat feldispat) + karbonik asit + su ⇌ kaolinit (bir kil minerali) + çözelti içinde silisik asit + çözelti içinde potasyum ve bikarbonat iyonlar.
Oksidasyon
Kayaçların bünyesindeki minerallerin oksijenle tepkimeye girmesiyle oluşur.
Yaygın olarak gözlenen en Fe oksitlenmesidir 2 + (demir) ile kombine oksijen Fe oluşturmak üzere su ve 3+ gibi hidroksitleri ve oksitler, goetit, limonit ve hematit. Bu, etkilenen kayalara yüzeyde kolayca parçalanan ve kayayı zayıflatan kırmızımsı kahverengi bir renk verir. Bu işlem, metalik demirin paslanmasından farklı olsa da daha çok " paslanma " olarak bilinir. Diğer birçok metalik cevher ve mineral, kalkopiritler gibi renkli tortular üretmek için oksitlenir ve hidratlanır. veya CuFeS 2 oksitleyici bakır hidroksit ve demir oksitler.
Hidratasyon
Kayacın yapısına suyun katılmasıyla oluşur.
Karbonasyon
Karbondioksitin kayaçların yapısında değişime neden olmasıdır. Karstik şekillerin oluşumu bu yolla gerçekleşir. Kimyasal ayrışma sonunda kayacın kimyasal yapısı değişir. Kayaçların yapılarına göre kimyasal ayrışma süreçlerinden birisi daha etkin olur.
Hidroliz
Hidroliz sırasında (hidrolitik ayrışma), belirli minerallerin kristal kafesindeki iyonlar, otoprotoliz yoluyla suda kalıcı olarak oluşturulan H + ve OH - iyonlarına bağlanır ve bu sayede iyon kafesi parçalanır. Hidroliz, yaygın silikat minerallerinin (örn. Feldispatlar ve mika) kil minerallerine (örn. İllit, kaolinit, montmorillonit, smektit) dönüştürülmesinin ilk reaksiyonunu oluşturduğu için önemli bir toprak oluşum sürecidir.
Genel olarak, iklim ne kadar nemli olursa, sıcaklık ne kadar yüksek ve pH değeri ne kadar düşükse hidroliz o kadar yoğun olur. Tropikal ve subtropikal bölgelerin ılık ve nemli iklimlerinde, magmatik kayaçlar ve metamorfik kayaçlar genellikle hidroliz ve oksidasyon yoluyla 100 metre derinliklere kadar ayrışır. Güney Appalachians'ta kayanın bu kadar derin ayrışmasını ilk kez araştıran jeologlar, bu ayrışma tabakası saproliti(kelimenin tam anlamıyla "çürümüş kaya"). İnşaat mühendisi için derinden aşınmış kaya, otoyollar, barajlar veya diğer ağır hizmet yapıları inşa edilirken risk anlamına gelir. Saprolith yumuşaktır ve çok fazla patlatma işlemi yapmadan ekskavatörlerle hareket ettirilebilir, ancak yüksek şişebilen kil mineralleri içeriği nedeniyle istenmeyen plastik özelliklere sahip olduğu için malzemenin ağır yükler altında akma riski vardır.
Fiziksel ayrışma
Fiziksel ayrışma(ayrıca fiziksel veya mekanik ayrışma), oldukça farklı birkaç fiziksel süreci içeren geniş bir terimdir. Ortak noktaları, çevredeki sert, masif kayayı, büyüklükleri büyük bloklardan ince kum ve alüvyona kadar değişebilen parçalara ayırmalarıdır. Bu aynı zamanda nehirlerin, dalgaların ve akıntıların, rüzgar ve buzul buzunun çalışmasının sürtünme ve ezme etkisiyle gerçekleştiğinden, bu süreçler bazen fiziksel ayrışmaya da atanır.
Don ayrışma
Donla ayrışma (ayrıca donma çatlaması), gözeneklerde ve yarıklarda donma suyunun hacim genişlemesinden kaynaklanır ve fiziksel ayrışmanın en önemli süreçlerinden biridir. Buna göre oluşumları kışları soğuk olan bölgelerle sınırlıdır. Don patlaması sırasında 200 MPa'nın üzerinde bir basınç oluşabilir. -5 C'de basınç 50 MPa'dır. -22 C'de, 211,5 MPa'da maksimum basınca ulaşılır. Bu, hacimde %9'a varan bir artışa yol açar. Daha yüksek basınçta, buz farklı, daha az yer kaplayan bir şekle dönüşür. Kayanın hemen hemen her yerinde, sözde çatlaklar olan çatlaklarla çaprazlama vardır. Katılaşmış kayaç, nadiren suyun kayanın içine girebileceği yarıklardan (yarık donu) arındırılmıştır. Gelen tortul kayalar, kaya nispeten düşük direnç seviyeleri doğal serisini oluşturmak tabakaları; katman yüzeyleri ve çatlaklar birbirine dik açılarda kesişir. Nispeten düşük kuvvetler, blok çatlaklar ve tabaka yüzeyleriyle sınırlanan mevcut kaya oluşumundan ayırmak için yeterliyken, katı kayada yeni, taze yarıklar oluşturmak için çok daha fazla kuvvet gerekir. Kaba taneli katılaşma kayası, kimyasal ayrışma ile zayıfladığında, su, mineral taneleri arasındaki ara yüzler boyunca kayaya nüfuz edebilir; burada su, hacimdeki artışın kuvvetli basıncı nedeniyle mineral taneleri donabilir ve birbirinden ayırabilir. Bu sürece granüler bozulma da denir. Donma çatlağı, örneğin dağınık nem ve ardından çiğ noktasının altında soğutularak yoğunlaşma ile ıslatılmış yapı malzemelerinde de meydana gelebilir.
Tuzla ayrışma
Buz kristallerinin büyümesi yoluyla donun ayrışmasının etkisi, kayanın çatlaklarında ve gözeneklerinde tuz kristallerinin büyümesinin etkisine çok benzer. Tuz püskürtme adı verilen bu işlem kurak iklimlerde yaygındır. Uzun kuraklık dönemlerinde, su, kılcal kuvvetler tarafından kayanın içinden yüzeye çekilir. Bu su, çözünmüş mineral tuzlar içerir. Bu zaman buharlaşır, küçük bir tuz kristalleri kalır.
Bu kristallerin büyüme veya kristalleşme basıncı, dış kaya kabuğunun granüler parçalanmasına neden olabilir. Aşırı doymuş çözeltilerden kristalizasyon, 13 MPa'lık bir basınç üretir ve tuz kristalleri büyürken 4 MPa'lık bir basınç üretir. Aynı süreç şehirlerdeki yapı taşları ve betonlarda da gözlemlenebilir. Kışın yollara serpilen yol tuzu, taş ve beton yapıların zeminine yakın olan alanın önemli ölçüde parçalanmasına neden olur.
Kumtaşı kaya duvarları, özellikle tuz patlaması nedeniyle kaya parçalanmasına eğilimlidir. Sızıntı suyu, daha yoğun, geçirimsiz bir kaya katmanına (örneğin kil kayrak) giremediği için bir kumtaşı duvarın dibinden kaçarsa, bu suyun devam eden buharlaşması, yüzeye yakın kumtaşı gözeneklerinde taşınan tuzları bırakır. Büyüyen tuz kristallerinin basıncı kumtaşından küçük pulları ve kıymıkları koparır. Ayrılan kum taneleri, rüzgar esintileri tarafından taşınır veya kaya yüzeyinden akan yağmur suyuyla yıkanır.
Tuzla ayrışma genellikle kurak iklime sahip bölgeler için tipiktir, çünkü yüksek buharlaşma oranları ve düşük yağış miktarları kayanın gözenek boşluğunda tuzların çökelmesini kolaylaştırır. Nemli iklimlerde, bu tür ayrışma öncelikle deniz kıyısında, özellikle de doğrudan denize çıkıntı yapan duvarlarda veya kayalarda meydana gelir.
Hidrasyonla ayrışma
Hidrasyonla ayrışma, ilgili minerallerin kristal kafesinde su moleküllerinin depolanması nedeniyle mineral taneciklerinin hacminin artması sonucu orijinal kaya yapısının parçalanması olarak anlaşılır. Hidrasyonla ayrışma, minerallerin su iyonları ile kimyasal reaksiyonlarla (kimyasal ayrışma) dönüştürüldüğü hidroliz ile karıştırılmamalıdır.
Pas aşınması
Pas ayrışması (ayrıca pas patlaması) yalnızca (oksik olmayan) demir cevheri mineralleri içeren kayalarda meydana gelir. İlgili mineral taneleri, oksidasyon ve dolayısıyla demir oksitler, hidroksitler, oksit hidroksitler ve oksit hidratların oluşması nedeniyle meteorik su ile temas halinde hacimde bir artış yaşarlar. Hacimdeki artış, orijinal kaya yapısını patlatır, böylece patlayıcı etki bir kaya kütlesinin çok geniş alanlarını etkileyebilir. Dağlık bölgelerde, pas patlamaları şiddetli kaya düşmelerine ve çığlara neden olabilir. Pas patlatma, eskiden demir dübeller ve demir ankrajlar genellikle binalarda kurulum için kullanıldığından, genellikle taş kültür varlıklarını da yok eder.
Şişme basıncı ayrışması
Şişebilen kil mineralleri nedeniyle, nem penetrasyonu ve kurutma arasında geçiş yaparken kaya yapısını tahrip edebilecek hacim dalgalanmaları meydana gelir.
Basınç düşürme ayrışma
Yeryüzünün altında büyük derinliklerde oluşan kayalar (özellikle katılaşma ve metamorfik kayaçlar), üzerlerindeki kayaların yükü nedeniyle sıkıştırılmış bir durumdadır. Bu kayalar yüzeye çıktığında biraz genişler; bu süreçte kalın kaya kabukları aşağıdaki kaya kütlesinden kopar. Bu sürece aynı zamanda pul pul dökülme de denir. Kabuklar arasındaki bölme yüzeyleri, basınç tahliye bağlantıları adı verilen bir boşluk sistemi oluşturur.
Termal ayrışma
Ana madde sıcaklık ayrışmasıdır. özelikle sıcaklık farklarının fazla olduğu alanlarda görülür.
Termal ayrışma (izolasyonla ayrışma) fiziksel ayrışma türlerinden biridir, ancak genellikle özel bir kategori olarak listelenir. Katı maddelerde uzaysal ve zamansal sıcaklık farklılıkları ve ortaya çıkan hacim değişikliklerinden kaynaklanır. bunlar olabilir
doğal nedenleri var (güneş radyasyonu, rüzgar, don, parlak hava, dünyanın iç kısımlarında sıcaklık artışı ve benzeri) veya
teknik önlemlere geri dönün (sürtünme, yaşlanma/korozyon, radyoaktivite, ısıtma ve diğerleri)
Biyolojik ayrışma
Biyotik ayrışma, canlı organizmaların ve bunların ayrışma ürünlerinin etkisinin neden olduğu ayrışma olarak anlaşılır. Bu etkiler fiziksel bir yapıya sahip olabilir veya kimyasal bir etkiden oluşabilir. Biyotik ayrışma süreçleri bazı durumlarda fiziksel veya kimyasal ayrışma kategorilerinde sınıflandırılır.
Mekanik-biyotik ayrışma
Esas olarak kök patlamasıdır.
Kök basıncı
Büyüme stresi
Islanma-kuruma
Mekanik delikler
Kimyasal-biyotik ayrışma
Bakteri redüksiyonu
Reaksiyonlar
Jelatinleşme
Katyon değişim
Solüsyon
Biyolojik ayrışmanın en yaygın biçimleri, bitkiler tarafından şelatlama bileşiklerinin (yani organik asitler, sideroforlar) ve asitleştirici moleküllerin (yani protonlar, organik asitler), altlarındaki topraklarda alüminyum ve demir içeren bileşikleri parçalayacak şekilde salınmasıdır.
Topraktaki ölü bitkilerin çürüyen kalıntıları, suda çözündüğünde kimyasal aşınmaya neden olan organik asitler oluşturabilir. Çoğunlukla düşük moleküler ağırlıklı organik asitler olan kenetleme bileşiklerinin birikimi, çevredeki kayaları ve toprakları kolayca etkileyebilir ve toprağın podsolleşmesine yol açabilir.