Какво е химическо изветряване?

Какво е химическото изветряване?

Скалите, почвите, минералите, дървесината и дори изкуствените материали, изложени на природните елементи като въздуха и водата, ще претърпят значителни промени през определен период от време, както по морфология, така и по химичен състав и в крайна сметка се разпадат на по-малки парчета от процесите на изветряне,

Когато атмосферните влияния възникнат чрез химични реакции, които променят химическия състав на неща като скали, почви и минерали, процесът е известен като химическо изветряване . Процесът протича постепенно и води до образуването на вторични или нови минерали.

Най-често срещаните видове химични реакции, които предизвикват химическо изветряване, са окисление, хидролиза, хидратация, карбонизация и редукция . По-долу обсъждаме тези процеси и проверяваме как те влияят на скалите.

Какви са процесите на химическото изветряване?

Сега, когато имаме основна представа за това какво химическо изветряване е, нека да разгледаме различните процеси, чрез които се извършва химическото изветряване на скалите.

1. Окисляване

В случай на химическо изветряване на скалите, окисляването се отнася до добавянето и комбинирането на кислород към минералите от скали. Скалите се подлагат на окисление, когато някои минерали в скалата реагират с присъстващия в почвата или в атмосферата кислород. В присъствието на влага процесът на окисление се ускорява. Като краен резултат се получават хидратирани оксиди.

Повечето от нас са запознати с окислителната реакция на ръждясване. Той е резултат от реакция, при която желязото (под формата на Fe2 +) реагира с кислорода, за да образува Fe3 + оксиди и хидроксиди. Ръстването на метални предмети, които използваме в ежедневието ни, често води до деградация на обекта, тъй като ръждясалите части стават крехки и лесно се счупват. Подобни химични реакции се срещат и в скалите с съдържание на желязо.

Пример за окислителна реакция, която протича в скала, е следната:

4FeO (железен оксид) + O2 → 2Fe2O3 (железен оксид)

4Fe3O4 (магнитите) + O2 → 6Fe2O3 (хематит)

Скалите с съдържание на желязо, подложено на окисление, често развиват червеникаво-кафяв цвят, което показва, че скалата се подлага на окисление.

В присъствието на влага реакцията протича по-нататък до получаване на:

2Fe2O3 (хематит) + 3H2O -> 2Fe2O3 .3H2O (лимонит)

2. Хидролиза

Хидролизата може да се разглежда като друг важен процес на химическо изветряване. Терминът хидролиза се получава от "хидро", което означава вода, и "лизиране", което означава разпадане. Процесът се управлява от дисоциацията на водата с водородни (H +) и хидроксидни (OH-) йони. Тези йони реагират с минерали, намиращи се в скалите, за да предизвикат промени в състава на скалите. Силикатите и карбонатните минерали най-често се хидролизират.

В идеални условия, чистата вода йонизира леко, за да се получат Н + и ОН- йони, които след това реагират с минерали, за да ги хидролизират. Теоретично, ако има достатъчно вода, първоначалният минерал ще бъде напълно разтворен. Например:

Mg 2 SiO 4 + 4 H + + 4 OH− Mg 2 Mg2 + + 4 OH− + H 4 SiO 4

В действителност обаче водата рядко дарява Н + йони. Ситуацията обаче се променя, ако има въглероден диоксид. Газът лесно се разтваря във вода, за да образува слаба въглеродна киселина, която след това действа като Н + донор.

Реакцията е както следва:

Mg 2 SiO 4 + 4 CO 2 + 4 H 2 O 2 Mg2 + + 4 HCO 3 - + H 4 SiO 4

Хидролизата на фелдшпата за добив на глинести минерали е класически пример за химическо изветряване на скалите чрез хидролиза.

Реакцията е както следва:

2 KAlSi 3 O 8 (алумосиликатен фелдшпат) + 2 H 2 CO 3 + 9 H 2 O 2 Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 (каолинит, глинен минерал) + 4 H 4 SiO 4 + 2 K + + 2 HCO 3 -

Някои химични съставки на скалите като натриев хлорид се разтварят директно във вода. Разтварянето на такива вещества чрез вода води до омекотяване на скалата, като в крайна сметка се разпада на парчета. Подкисляването на водата ускорява този процес.

3. Хидратация

Хидратацията е също един от процесите, чрез които се извършва химическото изветряване. При хидратация минералът реагира с вода, което води до твърдото прикрепване на Н + и ОН- йони, получени от водата, към молекулите и атомите на минерала. Поглъщането на вода от минерала действа с цел увеличаване на обема на скалата, което създава физически напрежения в скалата и в крайна сметка води до разрушаване на скалата. Желязният оксид, алуминиевият оксид, анхидритът и др. Са някои от минералите, които се подлагат на хидратация. По-долу са дадени два примера за такава реакция:

2Fe2O3 (хематит) + 3H2O → 2Fe2O3.3H2O (лимонит)

Al2O3 (боксит) + 3H2O → Al2O3.3H2O (хид. Алуминиев оксид)

4. Карбонизация

Карбонизацията също води до химическото изветряне на скали, почви и минерали. Карбонизацията се отнася до свързване на въглероден диоксид към субстрати чрез двуетапна реакция. Първо, въглеродният диоксид реагира с вода за образуване на въглена киселина. След това въглеродната киселина реагира с минерали в скалите, за да произведе карбонати или бикарбонати. Карбонизирането на скали, съдържащи калциев карбонат (варовик), е често срещан процес на химично изветряване, което води до образуването на калциев бикарбонат, който е силно разтворим във вода. Такива реакции водят до образуването на кухи пространства в варовик, които в крайна сметка образуват варовикови пещери. Реакциите на карбонизация са по-бързи при ниски температури, защото студената вода разтваря повече въглероден диоксид, отколкото по-топлите води.

Реакцията на карбонизация на варовика е представена по-долу:

Първата стъпка в реакцията е образуването на въглеродна киселина чрез реакцията на вода и въглероден диоксид.

CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3

Втората стъпка в реакцията: образуване на калциев карбонат чрез реакция между въглеродна киселина и калциев карбонат.

Н2СО3 + СаСОз → Са (НСО 3 ) 2

5. Намаляване

Отстраняването на О2 от минерален камък, което води до производството на редуциран вторичен минерал, също е един от процесите на химическото изветряване. Реакциите на редукция са често срещани при наводнени условия, тъй като отсъствието или ниските нива на кислород в такива среди предизвикват реакции на редукция в минералите от скали. Пример за такава реакция е даден по-долу:

2Fe2O3 (хематит) - O2 → 4FeO (железен оксид)

Краен резултат от химическото изветряване на скалите

Химичните атмосферни влияния по гореописаните процеси служат за промяна на химичния състав на скалите. Той също прави скалите по-крехки или прави скалните минерали по-разтворими във вода. По този начин, скалите започват да се разграждат и в крайна сметка се разделят на по-малки парчета за период от време, след което ерозионните сили отстраняват парчетата скала от мястото на произход и ги отвеждат до далечни места с по-нататъшна деградация и дисоциация.