stringtranslate.com

Выветривание

Естественная арка , образованная эрозией неравномерно выветренной горной породы в Джебель-Харазе ( Иордания )

Выветривание — это ухудшение состояния горных пород , почв и минералов (а также древесины и искусственных материалов) при контакте с водой, атмосферными газами , солнечным светом и биологическими организмами. Оно происходит in situ (на месте, с небольшим или нулевым движением), и поэтому отличается от эрозии , которая включает в себя перемещение горных пород и минералов такими агентами, как вода , лед , снег , ветер , волны и гравитация .

Процессы выветривания бывают физическими и химическими. Первый включает разрушение горных пород и почв под действием таких механических воздействий, как тепло, вода, лед и ветер. Последний охватывает реакции с водой, атмосферными газами и биологически произведенными химикатами с горными породами и почвами. Вода является основным агентом обоих видов, [1] хотя атмосферный кислород и углекислый газ, а также деятельность биологических организмов также важны. [2] Биологическое химическое выветривание также называется биологическим выветриванием. [3]

Материалы, оставшиеся после разрушения горной породы, соединяются с органическим материалом, образуя почву . Многие формы рельефа и ландшафты Земли являются результатом выветривания, эрозии и переосаждения. Выветривание является важнейшей частью цикла горных пород ; осадочные породы , продукт выветривания горных пород, покрывают 66% континентов Земли и большую часть дна океана . [4]

Физический

Физическое выветривание , также называемое механическим выветриванием или дезагрегацией , представляет собой класс процессов, вызывающих распад горных пород без химических изменений. Физическое выветривание включает в себя распад горных пород на более мелкие фрагменты посредством таких процессов, как расширение и сжатие, в основном из-за изменений температуры. Два типа физического распада - это выветривание при замораживании-оттаивании и термическое разрушение. Сброс давления также может вызвать выветривание без изменения температуры. Обычно это гораздо менее важно, чем химическое выветривание, но может быть значительным в субарктических или альпийских условиях. [5] Кроме того, химическое и физическое выветривание часто идут рука об руку. Например, трещины, расширенные физическим выветриванием, увеличат площадь поверхности, подвергающейся химическому воздействию, тем самым усиливая скорость распада. [6]

Морозное выветривание является наиболее важной формой физического выветривания. Следующим по важности является расклинивание корнями растений, которые иногда проникают в трещины в скалах и разрывают их. Рытье нор червей или других животных также может способствовать разрушению скал, как и «выщипывание» лишайниками. [7]

Мороз

Камень в Абиску , Швеция, расколот вдоль существующих швов , возможно, из-за морозного выветривания или термического напряжения.

Морозное выветривание — это собирательное название для тех форм физического выветривания, которые вызваны образованием льда внутри скальных обнажений. Долгое время считалось, что наиболее важным из них является морозное расклинивание , которое возникает из-за расширения поровой воды при ее замерзании. Растущий объем теоретических и экспериментальных работ предполагает, что сегрегация льда, при которой переохлажденная вода мигрирует в линзы льда, образующиеся внутри скалы, является более важным механизмом. [8] [9]

Когда вода замерзает, ее объем увеличивается на 9,2%. Это расширение теоретически может создавать давление более 200 мегапаскалей (29 000 фунтов на квадратный дюйм), хотя более реалистичный верхний предел составляет 14 мегапаскалей (2 000 фунтов на квадратный дюйм). Это все еще намного больше предела прочности гранита на разрыв, который составляет около 4 мегапаскалей (580 фунтов на квадратный дюйм). Это делает морозное расклинивание, при котором поровая вода замерзает, и ее объемное расширение разрушает окружающую породу, по-видимому, правдоподобным механизмом морозного выветривания. Лед просто расширится из прямой открытой трещины, прежде чем он сможет создать значительное давление. Таким образом, морозное расклинивание может происходить только в небольших извилистых трещинах. [5] Порода также должна быть почти полностью насыщена водой, или лед просто расширится в воздушные пространства в ненасыщенной породе, не создавая большого давления. Эти условия достаточно необычны, поэтому морозное расклинивание вряд ли будет доминирующим процессом морозного выветривания. [10] Морозное расклинивание наиболее эффективно там, где наблюдаются ежедневные циклы таяния и замерзания водонасыщенных пород, поэтому оно вряд ли будет значительным в тропиках, полярных регионах или в засушливом климате. [5]

Сегрегация льда — это менее изученный механизм физического выветривания. [8] Это происходит потому, что ледяные зерна всегда имеют поверхностный слой, часто толщиной всего в несколько молекул, который больше напоминает жидкую воду, чем твердый лед, даже при температурах значительно ниже точки замерзания. Этот предварительно расплавленный жидкий слой обладает необычными свойствами, включая сильную тенденцию втягивать воду капиллярным действием из более теплых частей породы. Это приводит к росту ледяного зерна, которое оказывает значительное давление на окружающую породу, [11] до десяти раз большее, чем это вероятно при расклинивании морозом. Этот механизм наиболее эффективен в породах, средняя температура которых немного ниже точки замерзания, от −4 до −15 °C (от 25 до 5 °F). Сегрегация льда приводит к росту ледяных игл и ледяных линз внутри трещин в породе и параллельно поверхности породы, которые постепенно разрывают породу. [9]

Термический стресс

Выветривание под действием термического напряжения происходит из-за расширения и сжатия породы из-за изменений температуры. Выветривание под действием термического напряжения наиболее эффективно, когда нагретая часть породы подпирается окружающей породой, так что она может свободно расширяться только в одном направлении. [12]

Выветривание под действием термического напряжения включает два основных типа: термический удар и термическую усталость . Термический удар происходит, когда напряжения настолько велики, что порода немедленно трескается, но это встречается редко. Более типичной является термическая усталость, при которой напряжения недостаточно велики, чтобы вызвать немедленное разрушение породы, но повторяющиеся циклы напряжения и освобождения постепенно ослабляют породу. [12]

Выветривание под действием термического стресса является важным механизмом в пустынях , где существует большой суточный диапазон температур, днем ​​жарко, а ночью холодно. [13] В результате выветривание под действием термического стресса иногда называют выветриванием под действием инсоляции , но это заблуждение. Выветривание под действием термического стресса может быть вызвано любым большим изменением температуры, а не только интенсивным солнечным нагревом. Вероятно, оно так же важно в холодном климате, как и в жарком, засушливом климате. [12] Лесные пожары также могут быть существенной причиной быстрого выветривания под действием термического стресса. [14]

Важность выветривания под действием термического напряжения долгое время недооценивалась геологами [5] [9] на основе экспериментов в начале 20-го века, которые, казалось, показали, что его эффекты не важны. С тех пор эти эксперименты критиковались как нереалистичные, поскольку образцы горных пород были небольшими, были отполированы (что уменьшает зарождение трещин) и не были укреплены. Таким образом, эти небольшие образцы могли свободно расширяться во всех направлениях при нагревании в экспериментальных печах, которые не могли создать виды напряжения, вероятные в естественных условиях. Эксперименты также были более чувствительны к термическому удару, чем к термической усталости, но термическая усталость, вероятно, является более важным механизмом в природе. Геоморфологи начали вновь подчеркивать важность выветривания под действием термического напряжения, особенно в холодном климате. [12]

Сброс давления

Расслоение гранитных плит в Техасе, возможно, вызванное сбросом давления

Сброс давления или разгрузка — это форма физического выветривания, наблюдаемая при извлечении на поверхность глубоко залегающей породы . Интрузивные магматические породы, такие как гранит , образуются глубоко под поверхностью Земли. Они находятся под огромным давлением из-за вышележащего скального материала. Когда эрозия удаляет вышележащий скальный материал, эти интрузивные породы обнажаются, и давление на них сбрасывается. Затем внешние части пород имеют тенденцию расширяться. Расширение создает напряжения, которые вызывают образование трещин, параллельных поверхности породы. Со временем пласты породы отрываются от обнаженных пород вдоль трещин, процесс, известный как расслоение . Расслоение из-за сброса давления также известно как расслоение . [15]

Как и в случае с термическим выветриванием, сброс давления наиболее эффективен в укрепленной породе. Здесь дифференциальное напряжение, направленное к неукрепленной поверхности, может достигать 35 мегапаскалей (5100 фунтов на квадратный дюйм), что достаточно для того, чтобы легко разрушить породу. Этот механизм также отвечает за отколы в шахтах и ​​карьерах, а также за образование швов в скальных обнажениях. [16]

Отступление вышележащего ледника также может привести к отслаиванию из-за сброса давления. Это может быть усилено другими физическими механизмами износа. [17]

Рост кристаллов соли

Тафони в государственном парке Солт-Пойнт , округ Сонома, Калифорния

Кристаллизация соли (также известная как соляное выветривание , соляное расклинивание или галокластика ) вызывает дезинтеграцию горных пород, когда соляные растворы просачиваются в трещины и соединения в горных породах и испаряются, оставляя после себя соляные кристаллы . Как и при сегрегации льда, поверхности соляных зерен втягивают дополнительные растворенные соли через капиллярное действие, вызывая рост соляных линз, которые оказывают высокое давление на окружающую породу. Соли натрия и магния являются наиболее эффективными для создания соляного выветривания. Соляное выветривание может также иметь место, когда пирит в осадочной породе химически выветривается до сульфата железа (II) и гипса , которые затем кристаллизуются в виде соляных линз. [9]

Кристаллизация соли может происходить везде, где соли концентрируются путем испарения. Таким образом, это наиболее распространено в засушливом климате, где сильный нагрев вызывает сильное испарение, и вдоль побережий. [9] Выветривание соли, вероятно, играет важную роль в формировании тафони , класса пещеристых структур выветривания горных пород. [18]

Биомеханическая взаимосвязь

Живые организмы могут способствовать механическому выветриванию, а также химическому выветриванию (см. § Биологическое выветривание ниже). Лишайники и мхи растут на практически голых поверхностях скал и создают более влажную химическую микросреду. Прикрепление этих организмов к поверхности скалы усиливает физическое, а также химическое разрушение поверхностного микрослоя скалы. Было замечено, что лишайники отрывают минеральные зерна от голого сланца с помощью своих гиф (корневидных структур прикрепления), процесс, описанный как выщипывание , [15] и втягивают фрагменты в свое тело, где фрагменты затем подвергаются процессу химического выветривания, похожему на пищеварение. [19] В более крупном масштабе проростки, прорастающие в расщелине, и корни растений оказывают физическое давление, а также обеспечивают путь для воды и химической инфильтрации. [7]

Химический

Сравнение невыветренного (слева) и выветренного (справа) известняка

Большинство горных пород формируются при повышенной температуре и давлении, а минералы, составляющие горную породу, часто химически нестабильны в относительно прохладных, влажных и окислительных условиях, типичных для поверхности Земли. Химическое выветривание происходит, когда вода, кислород, углекислый газ и другие химические вещества реагируют с горной породой, изменяя ее состав. Эти реакции преобразуют некоторые из исходных первичных минералов в горной породе во вторичные минералы, удаляют другие вещества как растворенные вещества и оставляют наиболее устойчивые минералы как химически неизмененный резист . По сути, химическое выветривание изменяет исходный набор минералов в горной породе на новый набор минералов, который находится в более тесном равновесии с поверхностными условиями. Истинное равновесие достигается редко, поскольку выветривание — медленный процесс, и выщелачивание уносит растворенные вещества, образующиеся в результате реакций выветривания, прежде чем они смогут накопиться до равновесных уровней. Это особенно актуально в тропических условиях. [20]

Вода является основным агентом химического выветривания, преобразуя многие первичные минералы в глинистые минералы или гидратированные оксиды посредством реакций, которые в совокупности описываются как гидролиз . Кислород также важен, действуя на окисление многих минералов, как и углекислый газ, реакции выветривания которого описываются как карбонизация . [21]

Процесс поднятия горных блоков важен для воздействия атмосферы и влаги на новые слои горных пород, что позволяет происходить важному химическому выветриванию; происходит значительный выброс Ca 2+ и других ионов в поверхностные воды. [22]

Расторжение

Образцы керна известняка на разных стадиях химического выветривания, от очень высокого на небольших глубинах (внизу) до очень низкого на больших глубинах (вверху). Слегка выветренный известняк показывает коричневатые пятна, в то время как сильно выветренный известняк теряет большую часть своего карбонатного минерального содержания, оставляя глину. Керн известняка, взятый из карбонатного месторождения Западный Конго в Кимпесе , Демократическая Республика Конго .

Растворение (также называемое простым растворением или конгруэнтным растворением ) — это процесс, при котором минерал полностью растворяется без образования нового твердого вещества. [23] Дождевая вода легко растворяет растворимые минералы, такие как галит или гипс , но также может растворять высокоустойчивые минералы, такие как кварц , при наличии достаточного времени. [24] Вода разрывает связи между атомами в кристалле: [25]

Общая реакция растворения кварца:

SiO2 + 2H2O → H4SiO4​​​

Растворенный кварц принимает форму кремниевой кислоты .

Особенно важной формой растворения является растворение карбоната, при котором атмосферный углекислый газ усиливает выветривание раствора. Растворение карбоната влияет на породы, содержащие карбонат кальция , такие как известняк и мел . Это происходит, когда дождевая вода соединяется с углекислым газом, образуя угольную кислоту , слабую кислоту , которая растворяет карбонат кальция (известняк) и образует растворимый бикарбонат кальция . Несмотря на более медленную кинетику реакции , этот процесс термодинамически благоприятен при низкой температуре, потому что более холодная вода содержит больше растворенного углекислого газа (из-за ретроградной растворимости газов). Поэтому растворение карбоната является важной особенностью ледникового выветривания. [26]

Растворение карбоната включает следующие этапы:

CO2 + H2O → H2CO3​​​
углекислый газ + вода → угольная кислота
H 2 CO 3 + CaCO 3 → Ca(HCO 3 ) 2
угольная кислота + карбонат кальция → гидрокарбонат кальция

Растворение карбоната на поверхности хорошо трещиноватого известняка приводит к образованию расчлененного известнякового покрытия . Этот процесс наиболее эффективен вдоль швов, расширяя и углубляя их. [27]

В незагрязненной среде pH дождевой воды из-за растворенного углекислого газа составляет около 5,6. Кислотные дожди возникают, когда в атмосфере присутствуют такие газы, как диоксид серы и оксиды азота. Эти оксиды реагируют в дождевой воде, образуя более сильные кислоты, и могут снизить pH до 4,5 или даже 3,0. Диоксид серы , SO2 , появляется в результате извержений вулканов или из ископаемого топлива и может стать серной кислотой в дождевой воде, что может вызвать выветривание раствора в скалах, на которые он падает. [28]

Гидролиз и карбонизация

Выветривание оливина до иддингсайта в мантийном ксенолите

Гидролиз (также называемый неконгруэнтным растворением ) — это форма химического выветривания, при которой только часть минерала переходит в раствор. Остальная часть минерала преобразуется в новый твердый материал, такой как глинистый минерал . [29] Например, форстерит (магниевый оливин ) гидролизуется в твердый брусит и растворенную кремниевую кислоту:

Mg2SiO4 + 4H2O ⇌ 2Mg ( OH ) 2 + H4SiO4​
форстерит + вода ⇌ брусит + кремниевая кислота

Большая часть гидролиза во время выветривания минералов представляет собой кислотный гидролиз , при котором протоны (ионы водорода), присутствующие в кислой воде, атакуют химические связи в кристаллах минералов. [30] Связи между различными катионами и ионами кислорода в минералах различаются по прочности, и самые слабые будут атакованы первыми. Результатом является то, что минералы в магматических породах выветриваются примерно в том же порядке, в котором они изначально образовались ( Ряд реакций Боуэна ). [31] Относительная прочность связей показана в следующей таблице: [25]

Эта таблица является лишь грубым руководством по порядку выветривания. Некоторые минералы, такие как иллит , необычайно стабильны, в то время как кремний необычайно нестабилен, учитывая прочность связи кремний-кислород . [32]

Диоксид углерода, который растворяется в воде, образуя угольную кислоту, является наиболее важным источником протонов, но органические кислоты также являются важными природными источниками кислотности. [33] Кислотный гидролиз из растворенного диоксида углерода иногда описывается как карбонизация и может привести к выветриванию первичных минералов до вторичных карбонатных минералов. [34] Например, выветривание форстерита может привести к образованию магнезита вместо брусита посредством реакции:

Mg2SiO4 + 2CO2 + 2H2O ⇌ 2MgCO3 + H4SiO4​​​​​
форстерит + углекислый газ + вода ⇌ магнезит + кремниевая кислота в растворе

Углекислота потребляется силикатным выветриванием, что приводит к образованию более щелочных растворов из-за бикарбоната . Это важная реакция в контроле количества CO 2 в атмосфере, которая может влиять на климат. [35]

Алюмосиликаты , содержащие высокорастворимые катионы, такие как ионы натрия или калия, будут высвобождать катионы в виде растворенных бикарбонатов во время кислотного гидролиза:

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 -
ортоклаз (алюмосиликатный полевой шпат) + угольная кислота + вода ⇌ каолинит (глинистый минерал) + кремниевая кислота в растворе + ионы калия и бикарбоната в растворе

Окисление

Кубик пирита отделился от вмещающей породы, оставив после себя частицы золота .
Кубики окисленного пирита

В среде выветривания происходит химическое окисление различных металлов. Наиболее часто наблюдаемым является окисление Fe 2+ ( железа ) кислородом и водой с образованием оксидов и гидроксидов Fe 3+ , таких как гетит , лимонит и гематит . Это придает затронутым породам красновато-коричневую окраску на поверхности, которая легко крошится и ослабляет породу. Многие другие металлические руды и минералы окисляются и гидратируются, образуя цветные отложения, как это делает сера во время выветривания сульфидных минералов, таких как халькопирит или CuFeS 2, окисляясь до гидроксида меди и оксидов железа . [36]

Гидратация

Гидратация минералов — это форма химического выветривания, которая включает в себя жесткое присоединение молекул воды или ионов H+ и OH- к атомам и молекулам минерала. Существенного растворения не происходит. Например, оксиды железа преобразуются в гидроксиды железа , а гидратация ангидрида образует гипс . [37]

Объемная гидратация минералов по важности вторична по сравнению с растворением, гидролизом и окислением [36] , но гидратация поверхности кристалла является важнейшим первым шагом в гидролизе. Свежая поверхность кристалла минерала обнажает ионы, электрический заряд которых притягивает молекулы воды. Некоторые из этих молекул распадаются на H+, которые связываются с обнажёнными анионами (обычно кислородом), и OH-, которые связываются с обнажёнными катионами. Это ещё больше разрушает поверхность, делая её восприимчивой к различным реакциям гидролиза. Дополнительные протоны заменяют катионы, обнажённые на поверхности, освобождая катионы в качестве растворённых веществ. По мере удаления катионов связи кремний-кислород и кремний-алюминий становятся более восприимчивыми к гидролизу, освобождая кремниевую кислоту и гидроксиды алюминия для выщелачивания или образования глинистых минералов. [32] [38] Лабораторные эксперименты показывают, что выветривание кристаллов полевого шпата начинается с дислокаций или других дефектов на поверхности кристалла, и что слой выветривания имеет толщину всего в несколько атомов. Диффузия внутри минерального зерна, по-видимому, незначительна. [39]

Недавно сломанная скала демонстрирует дифференциальное химическое выветривание (вероятно, в основном окисление), прогрессирующее вовнутрь. Этот кусок песчаника был найден в ледниковом дрейфе около Анджелики, Нью-Йорк .

Биологический

Минеральное выветривание также может быть инициировано или ускорено почвенными микроорганизмами. Почвенные организмы составляют около 10 мг/см 3 типичных почв, и лабораторные эксперименты показали, что альбит и мусковит выветриваются в два раза быстрее в живой почве по сравнению со стерильной. Лишайники на скалах являются одними из самых эффективных биологических агентов химического выветривания. [33] Например, экспериментальное исследование роговообманкового гранита в Нью-Джерси, США, продемонстрировало 3-4-кратное увеличение скорости выветривания под поверхностями, покрытыми лишайником, по сравнению с недавно открытыми голыми поверхностями скал. [40]

Биологическое выветривание базальта лишайником , Ла - Пальма

Наиболее распространенные формы биологического выветривания являются результатом высвобождения хелатирующих соединений (таких как определенные органические кислоты и сидерофоры ), а также углекислого газа и органических кислот растениями. Корни могут повышать уровень углекислого газа до 30% всех почвенных газов, чему способствует адсорбция CO2 на глинистых минералах и очень медленная скорость диффузии CO2 из почвы. [41] CO2 и органические кислоты помогают расщеплять алюминий- и железосодержащие соединения в почвах под ними. Корни имеют отрицательный электрический заряд, уравновешенный протонами в почве рядом с корнями, и они могут обмениваться на необходимые катионы питательных веществ, такие как калий. [ 42] Разлагающиеся остатки мертвых растений в почве могут образовывать органические кислоты, которые при растворении в воде вызывают химическое выветривание. [43] Хелатирующие соединения, в основном низкомолекулярные органические кислоты, способны удалять ионы металлов с голых поверхностей скал, причем алюминий и кремний особенно восприимчивы. [44] Способность разрушать голые скалы позволяет лишайникам быть одними из первых колонизаторов сухой земли. [45] Накопление хелатирующих соединений может легко повлиять на окружающие скалы и почвы и может привести к оподзоливанию почв. [46] [47]

Симбиотические микоризные грибы, связанные с корневыми системами деревьев, могут высвобождать неорганические питательные вещества из минералов, таких как апатит или биотит, и переносить эти питательные вещества в деревья, тем самым способствуя питанию деревьев. [48] Недавно также было доказано, что бактериальные сообщества могут влиять на стабильность минералов, что приводит к высвобождению неорганических питательных веществ. [49] Сообщалось, что большой спектр бактериальных штаммов или сообществ из различных родов способен колонизировать минеральные поверхности или выветривать минералы, и для некоторых из них был продемонстрирован эффект стимуляции роста растений. [50] Продемонстрированные или предполагаемые механизмы, используемые бактериями для выветривания минералов, включают несколько реакций окисления-восстановления и растворения, а также производство агентов выветривания, таких как протоны, органические кислоты и хелатирующие молекулы.

Дно океана

Выветривание базальтовой океанической коры отличается в важных отношениях от выветривания в атмосфере. Выветривание происходит относительно медленно, при этом базальт становится менее плотным, со скоростью около 15% за 100 миллионов лет. Базальт становится гидратированным и обогащается общим и трехвалентным железом, магнием и натрием за счет кремния, титана, алюминия, двухвалентного железа и кальция. [51]

Здания

Бетон поврежден кислотным дождем

Здания из любого камня, кирпича или бетона подвержены тем же выветривающим агентам, что и любая открытая скальная поверхность. Статуи , памятники и декоративная каменная кладка также могут быть сильно повреждены естественными процессами выветривания. Это ускоряется в районах, сильно пострадавших от кислотных дождей . [52]

Ускоренное выветривание здания может представлять угрозу для окружающей среды и безопасности жильцов. Стратегии проектирования могут смягчить воздействие окружающей среды, например, использование дождевого экрана с умеренным давлением, обеспечение того, что система HVAC способна эффективно контролировать накопление влажности, и выбор бетонных смесей с пониженным содержанием воды для минимизации воздействия циклов замерзания-оттаивания. [53]

Земля

Гранитная порода, которая является наиболее распространенной кристаллической породой, выходящей на поверхность Земли, начинает выветривание с разрушения роговой обманки . Затем биотит выветривается до вермикулита , и, наконец, олигоклаз и микроклин разрушаются. Все они превращаются в смесь глинистых минералов и оксидов железа. [31] Полученная почва обедняется кальцием, натрием и двухвалентным железом по сравнению с коренной породой, а магний уменьшается на 40%, а кремний на 15%. В то же время почва обогащается алюминием и калием, по крайней мере, на 50%; титаном, содержание которого утраивается; и трехвалентным железом, содержание которого увеличивается на порядок по сравнению с коренной породой. [54]

Базальтовая порода легче выветривается, чем гранитная, из-за того, что она формируется при более высоких температурах и в более сухих условиях. Мелкий размер зерна и присутствие вулканического стекла также ускоряют выветривание. В тропических условиях она быстро выветривается до глинистых минералов, гидроксидов алюминия и оксидов железа, обогащенных титаном. Поскольку большая часть базальта относительно бедна калием, базальт выветривается непосредственно до бедного калием монтмориллонита , а затем до каолинита . Там, где выщелачивание непрерывное и интенсивное, как в дождевых лесах, конечным продуктом выветривания является боксит , основная руда алюминия. Там, где осадки интенсивные, но сезонные, как в муссонном климате, конечным продуктом выветривания является латерит , богатый железом и титаном . [55] Превращение каолинита в боксит происходит только при интенсивном выщелачивании, так как обычная речная вода находится в равновесии с каолинитом. [56]

Для формирования почвы требуется от 100 до 1000 лет, что является очень коротким интервалом в геологическом времени. В результате некоторые формации показывают многочисленные слои палеосолей (ископаемой почвы). Например, формация Уиллвуд в Вайоминге содержит более 1000 слоев палеосолей на участке 770 метров (2530 футов), что составляет 3,5 миллиона лет геологического времени. Палеосоли были обнаружены в формациях, возраст которых составляет архей (более 2,5 миллиарда лет). Их трудно распознать в геологической летописи. [57] Признаки того, что осадочный пласт является палеосолью, включают постепенную нижнюю границу и резкую верхнюю границу, наличие большого количества глины, плохую сортировку с небольшим количеством осадочных структур, разрывы обломков в вышележащих слоях и трещины высыхания, содержащие материал из более высоких слоев. [58]

Степень выветривания почвы может быть выражена как химический индекс изменения , определяемый как 100 Al 2 O 3 /(Al 2 O 3 + CaO + Na 2 O + K 2 O) . Он варьируется от 47 для невыветренной верхней коры до 100 для полностью выветренного материала. [59]

Дерево, краска и пластик

Древесина может быть физически и химически выветрена гидролизом и другими процессами, связанными с минералами, и очень восприимчива к ультрафиолетовому излучению солнечного света. Это вызывает фотохимические реакции, которые разрушают ее поверхность. [60] Они также значительно выветривают краску [61] и пластик. [62]

Галерея

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Leeder, MR (2011). Седиментология и осадочные бассейны: от турбулентности к тектонике (2-е изд.). Чичестер, Западный Сассекс, Великобритания: Wiley-Blackwell. стр. 4. ISBN 9781405177832.
  2. ^ Блатт, Харви; Миддлтон, Джерард; Мюррей, Рэймонд (1980). Происхождение осадочных пород (2-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice-Hall. С. 245–246. ISBN 0136427103.
  3. ^ Гор, Памела Дж. В. "Weathering". Georgia Perimeter College . Архивировано из оригинала 2013-05-10.
  4. ^ Блатт, Харви; Трейси, Роберт Дж. (1996). Петрология: магматические, осадочные и метаморфические (2-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. 217. ISBN 0716724383.
  5. ^ abcd Блатт, Миддлтон и Мюррей 1980, стр. 247.
  6. ^ Лидер 2011, стр. 3.
  7. ^ ab Blatt, Middleton & Murray 1980, стр. 249–250.
  8. ^ ab Murton, JB; Peterson, R.; Ozouf, J.-C. (17 ноября 2006 г.). «Разрушение коренной породы при сегрегации льда в холодных регионах». Science . 314 (5802): 1127–1129. Bibcode :2006Sci...314.1127M. doi :10.1126/science.1132127. PMID  17110573. S2CID  37639112.
  9. ^ abcde Leeder 2011, стр. 18.
  10. ^ Мацуока, Нориказу; Мертон, Джулиан (апрель 2008 г.). «Морозное выветривание: последние достижения и будущие направления». Вечная мерзлота и перигляциальные процессы . 19 (2): 195–210. Bibcode :2008PPPr...19..195M. doi :10.1002/ppp.620. S2CID  131395533.
  11. ^ Дэш, Дж. Г.; Ремпель, АВ; Веттлауфер, Дж. С. (12 июля 2006 г.). «Физика предварительно расплавленного льда и ее геофизические последствия». Reviews of Modern Physics . 78 (3): 695–741. Bibcode : 2006RvMP...78..695D. doi : 10.1103/RevModPhys.78.695.
  12. ^ abcd Холл, Кевин (1999), «Роль усталости от термических напряжений в разрушении горных пород в холодных регионах», Геоморфология , 31 (1–4): 47–63, Bibcode : 1999Geomo..31...47H, doi : 10.1016/S0169-555X(99)00072-0
  13. ^ Paradise, TR (2005). «Петра снова посещается: исследование выветривания песчаника в Петре, Иордания». Специальный доклад 390: Разрушение камня в архитектурной среде . Том 390. С. 39–49. doi :10.1130/0-8137-2390-6.39. ISBN 0-8137-2390-6.
  14. ^ Штёбер-Зису, Нурит; Виттенберг, Ли (март 2021 г.). «Долгосрочные эффекты лесных пожаров на выветривание горных пород и каменистость почв в средиземноморских ландшафтах». Science of the Total Environment . 762 : 143125. Bibcode : 2021ScTEn.76243125S. doi : 10.1016/j.scitotenv.2020.143125. ISSN  0048-9697. PMID  33172645. S2CID  225117000.
  15. ^ ab Blatt, Middleton & Murray 1980, стр. 249.
  16. ^ Лидер 2011, стр. 19.
  17. ^ Харланд, У. Б. (1957). «Швы отслоения и действие льда». Журнал гляциологии . 3 (21): 8–10. doi : 10.3189/S002214300002462X .
  18. ^ Туркингтон, Элис В.; Парадайз, Томас Р. (апрель 2005 г.). «Выветривание песчаника: век исследований и инноваций». Геоморфология . 67 (1–2): 229–253. Bibcode : 2005Geomo..67..229T. doi : 10.1016/j.geomorph.2004.09.028.
  19. ↑ Фрай, Э. Дженни (июль 1927 г.). «Механическое воздействие корковых лишайников на субстраты из сланца, сланца, гнейса, известняка и обсидиана». Annals of Botany . os-41 (3): 437–460. doi :10.1093/oxfordjournals.aob.a090084.
  20. ^ Блатт, Миддлтон и Мюррей 1980, стр. 245–246.
  21. ^ Блатт, Миддлтон и Мюррей 1980, стр. 246.
  22. ^ Хоган, К. Майкл (2010) «Кальций», в A. Jorgenson и C. Cleveland (ред.) Encyclopedia of Earth , Национальный совет по науке и окружающей среде, Вашингтон, округ Колумбия
  23. ^ Биркеланд, Питер В. (1999). Почвы и геоморфология (3-е изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 59. ISBN 978-0195078862.
  24. ^ Боггс, Сэм (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Верхняя Сэддл-Ривер, Нью-Джерси: Pearson Prentice Hall. стр. 7. ISBN 0131547283.
  25. ^ ab Nicholls, GD (1963). «Исследования окружающей среды в осадочной геохимии». Science Progress (1933- ) . 51 (201): 12–31. JSTOR  43418626.
  26. ^ План, Лукас (июнь 2005 г.). «Факторы, контролирующие скорость растворения карбонатов, количественно определенные в полевых испытаниях в австрийских Альпах». Геоморфология . 68 (3–4): 201–212. Bibcode :2005Geomo..68..201P. doi :10.1016/j.geomorph.2004.11.014.
  27. ^ Anon. "Geology and geomorphology". Limestone Pavement Conservation . UK and Ireland Biodiversity Action Plan Steering Group. Архивировано из оригинала 7 августа 2011 года . Получено 30 мая 2011 года .
  28. ^ Charlson, RJ; Rodhe, H. (февраль 1982 г.). «Факторы, контролирующие кислотность естественной дождевой воды». Nature . 295 (5851): 683–685. Bibcode :1982Natur.295..683C. doi :10.1038/295683a0. S2CID  4368102.
  29. ↑ Боггс 2006, стр. 7–8.
  30. ^ Лидер 2011, стр. 4.
  31. ^ ab Blatt, Middleton & Murray 1980, стр. 252.
  32. ^ ab Blatt, Middleton & Murray 1980, стр. 258.
  33. ^ ab Blatt, Middleton & Murray 1980, стр. 250.
  34. ^ Торнбери, Уильям Д. (1969). Принципы геоморфологии (2-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. С. 303–344. ISBN 0471861979.
  35. ^ Бернер, Роберт А. (31 декабря 1995 г.). Уайт, Артур Ф.; Брэнтли, Сьюзан Л. (ред.). "Глава 13. ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА АТМОСФЕРНЫЙ CO2 И КЛИМАТ". Химические скорости выветривания силикатных минералов : 565–584. doi :10.1515/9781501509650-015. ISBN 9781501509650.
  36. ^ ab Boggs 2006, стр. 9.
  37. ^ Боггс 1996, стр. 8.
  38. ^ Лидер 2011, стр. 653–655.
  39. ^ Бернер, Роберт А.; Холдрен, Джордж Р. (1 июня 1977 г.). «Механизм выветривания полевого шпата: некоторые наблюдательные данные». Геология . 5 (6): 369–372. Bibcode :1977Geo.....5..369B. doi :10.1130/0091-7613(1977)5<369:MOFWSO>2.0.CO;2.
  40. ^ Zambell, CB; Adams, JM; Gorring, ML; Schwartzman, DW (2012). «Влияние колонизации лишайников на химическое выветривание роговообманкового гранита, оцененное по водному элементному потоку». Chemical Geology . 291 : 166–174. Bibcode : 2012ChGeo.291..166Z. doi : 10.1016/j.chemgeo.2011.10.009.
  41. ^ Fripiat, JJ (1974). «Межламеллярная адсорбция углекислого газа смектитами» (PDF) . Глины и глинистые минералы . 22 (1): 23–30. Bibcode :1974CCM....22...23F. doi :10.1346/CCMN.1974.0220105. S2CID  53610319. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июня 2018 г.
  42. ^ Блатт, Миддлтон и Мюррей 1980, стр. 251.
  43. ^ Чапин III, Ф. Стюарт; Памела А. Мэтсон; Гарольд А. Муни (2002). Принципы экологии наземных экосистем (ред. [Nachdr.]). Нью-Йорк: Springer. С. 54–55. ISBN 9780387954431.
  44. ^ Блатт и Трейси 1996, стр. 233.
  45. ^ Блатт, Миддлтон и Мюррей 1980, стр. 250–251.
  46. ^ Lundström, US; van Breemen, N.; Bain, DC; van Hees, PAW; Giesler, R.; Gustafsson, JP; Ilvesniemi, H.; Karltun, E.; Melkerud, P. -A.; Olsson, M.; Riise, G. (2000-02-01). «Достижения в понимании процесса оподзоливания в результате многопрофильного исследования трех почв хвойных лесов в странах Северной Европы». Geoderma . 94 (2): 335–353. Bibcode : 2000Geode..94..335L. doi : 10.1016/S0016-7061(99)00077-4. ISSN  0016-7061.
  47. ^ Waugh, David (2000). География: комплексный подход (3-е изд.). Глостер, Великобритания: Nelson Thornes . стр. 272. ISBN 9780174447061.
  48. ^ Ландеверт, Р.; Хоффланд, Э.; Финлей, РД; Кайпер, Т.В.; ван Бреемен, Н. (2001). «Связывание растений с горными породами: эктомикоризные грибы мобилизуют питательные вещества из минералов». Тенденции в экологии и эволюции . 16 (5): 248–254. doi :10.1016/S0169-5347(01)02122-X. PMID  11301154.
  49. ^ Calvaruso, C.; Turpault, M.-P.; Frey-Klett, P. (2006). «Бактерии, связанные с корнями, способствуют выветриванию минералов и минеральному питанию деревьев: бюджетный анализ». Applied and Environmental Microbiology . 72 (2): 1258–66. Bibcode :2006ApEnM..72.1258C. doi :10.1128/AEM.72.2.1258-1266.2006. PMC 1392890 . PMID  16461674. 
  50. ^ Uroz, S.; Calvaruso, C.; Turpault, M.-P.; Frey-Klett, P. (2009). «Выветривание минералов бактериями: экология, участники и механизмы». Trends Microbiol . 17 (8): 378–87. doi :10.1016/j.tim.2009.05.004. PMID  19660952.
  51. ^ Блатт, Миддлтон и Мюррей 1960, стр. 256.
  52. ^ Шаффер, Р. Дж. (2016). Выветривание природных строительных камней . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781317742524.
  53. ^ "Design Discussion Primer - Chronic Stressors" (PDF) . BC Housing . Получено 13 июля 2021 г. .
  54. ↑ Блатт, Миддлтон и Мюррей, стр. 253.
  55. ↑ Блатт, Миддлтон и Мюррей, стр. 254.
  56. ↑ Блатт, Миддлтон и Мюррей, стр. 262.
  57. ↑ Блатт, Миддлтон и Мюррей, стр. 233.
  58. ^ Блатт и Трейси 1996, стр. 236.
  59. ^ Лидер, 2011 и 11.
  60. ^ Уильямс, Р. С. (2005). "7". В Роуэлл, Роджер М. (ред.). Справочник по химии древесины и древесным композитам . Бока-Ратон: Тейлор и Фрэнсис. стр. 139–185. ISBN 9780203492437.
  61. ^ Николс, ME; Герлок, JL; Смит, CA; Дарр, CA (август 1999). «Влияние выветривания на механические характеристики автомобильных лакокрасочных систем». Progress in Organic Coatings . 35 (1–4): 153–159. doi :10.1016/S0300-9440(98)00060-5.
  62. ^ Выветривание пластика: тестирование для отражения реальных эксплуатационных характеристик . [Брукфилд, Коннектикут]: Общество инженеров по пластмассам . 1999. ISBN 9781884207754.

Внешние ссылки

В Wikibook Historical Geology есть страница на тему: Механическое выветривание и эрозия.
В Wikibook Historical Geology есть страница на тему: Химическое выветривание.
Найдите информацию о выветривании в Викисловаре, бесплатном словаре.
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Выветривание» .
Викиверситет содержит обучающие ресурсы по теме «Выветривание»