выветривание представляет собой совокупность процессов, которые разрушают горные породы, почва и полезные ископаемые, со временем превращаясь в осадок. С другой стороны, распад или изменение поверхности горных пород в ее естественном или исходном положении в результате физических, химических и биологических процессов, вызванных или модифицированных ветром, водой и климатом.

Сфероидальное выветривание
Сфероидальное выветривание (сфероидальное выветривание наиболее распространено среди крупнозернистых Магматические породы, особенно гранит и подобные типы камней. Его чаще можно найти в теплом климате, где механическое выветривание из-за замерзания льда менее вероятно. Источник: https://sciencing.com/definition-spheroidal-weathering-23142.html

Выветривание включает в себя физические, химические и биологические процессы, которые действуют по отдельности или, чаще, вместе, вызывая фрагментацию и разложение горных пород. Физическое разложение вызывает механическое разрушение породы и поэтому зависит от приложения силы. Выветривание включает в себя разрушение породы на формирующиеся минералы или частицы без нарушения формирующихся минералов. Основными источниками физического выветривания являются тепловое расширение и сжатие, эрозия перекрывающихся материалов, сброс давления на породу, альтернативно замерзание и оттаивание воды, растворение воды между трещинами и трещинами в породе, рост растений и организмов в горных породах. Организмы в скале. Горный обмен обычно включает химическое разрушение, при котором минеральный состав в породе изменяется, перестраивается или перераспределяется. Минералы горных пород подвергаются растворению, карбонизации, гидратации и окислению оборотной водой. Эти воздействия на выветривание минералов добавляются к воздействиям живых организмов и растений на извлечение питательных веществ из горных пород.

После разрушения породы оставшиеся материалы образуют почву с органическими материалами. Минеральный состав почвы определяется исходным материалом; поэтому в почве, полученной из одного типа породы, часто может отсутствовать один или несколько минералов, необходимых для хорошего плодородия, тогда как вентилируемая почва из смеси типов пород (таких как ледниковые, эоловые или аллювиальные) депозиты) обычно делает более плодородными почвы. Кроме того, большая часть Земли формы рельефа а ландшафты являются результатом процессов разложения, связанных с эрозией и реаккумуляцией.

Объясните распад или растворение горных пород и минералов на поверхности Земли. Вода, лед, кислоты, соли, растения, животные и изменения температуры — все это погодные условия.

После измельчения камня в процессе, называемом эрозией, удаляются фрагменты камня и минералов. Никакая порода на земле не может сопротивляться эрозии.

Выветривание и эрозия постоянно изменяют скалистый ландшафт Земли. Износ со временем стирает открытые поверхности. Время воздействия обычно влияет на то, насколько скала уязвима к погодным условиям. Камни, погребенные под другими камнями, такими как лава, менее подвержены износу и эрозии, чем камни, подверженные воздействию ветра и воды.

Это первый шаг в производстве почвы в погодных условиях, так как он сглаживает твердые, острые поверхности скал. Мелкие кусочки истертых минералов смешиваются с растениями, остатками животных, грибами, бактериями и другими организмами. Один тип выветрившейся породы обычно образует неплодородную почву, выветренные материалы из коллекции горных пород богаче минеральным разнообразием и способствуют более плодородной почве. Типы почв, связанные с выветрелой горной смесью, включают нетронутые и аллювиальные отложения до обледенения.

Рисунок Стивена Маршака (Основы геологии)

Физическое выветривание или механическое выветривание

Физическое выветривание, также называемое механическим выветриванием или дезагрегация, представляет собой класс процессов, которые вызывают разрушение горных пород без химических изменений. Основным процессом физического выветривания является истирание (процесс, при котором зажимы и другие частицы уменьшаются в размерах). Температура, давление, замерзание и так далее. Физическое выветривание может происходить по причинам. Например, трещины, возникающие в результате физического выветривания, увеличивают площадь поверхности, подверженной химическому воздействию, тем самым увеличивая скорость разрушения.

Морозное расклинивание: Замерзающая вода пробивает трубы и разбивает бутылки; потому что вода расширяется, когда стенки сосуда замерзают и толкаются. То же явление происходит и на скале. Когда вода, застрявшая в суставе, замерзает, она заставляет сустав открываться и может вызвать рост сустава. Эти замораживающие клинья позволяют освобождать блоки от твердой породы.

Расклинивание соли: В засушливом климате растворенная в грунтовых водах соль выпадает в осадок и растет в виде кристаллов в открытых порах горных пород. Этот процесс, называемый соляным расклиниванием, раздвигает окружающие зерна и ослабляет породу, так что под воздействием ветра и дождя она распадается на отдельные зерна. То же самое происходит вдоль побережья, где соляные брызги просачиваются в скалы, а затем высыхают.

Расклинивание корней: Вы когда-нибудь замечали, как корни старого дерева могут разрушить тротуар? По мере роста корни оказывают давление на окружающую среду и могут раздвигать суставы в процессе, известном как расклинивание корней.

Тепловое расширение: Когда жар интенсивного лесного пожара обжигает камень, внешний слой камня расширяется. При охлаждении слой сжимается. Это изменение создает в скале силы, достаточные для того, чтобы внешняя часть скалы откололась на листообразные куски. Недавние исследования показывают, что интенсивное тепло солнечных лучей, проносящихся по темным камням в пустыне, может привести к тому, что камни расколются на тонкие ломтики.

Атака животных: Животный мир также способствует физическому выветриванию: роющие существа, от дождевых червей до сусликов, расширяют трещины и перемещают обломки скал. А в прошлом веке люди стали, пожалуй, самым энергичным агентом физического выветривания на планете. Когда мы копаем и взрываем карьеры, фундаменты, шахты или дорожное полотно, мы разрушаем и смещаем горные породы, которые в противном случае могли бы оставаться нетронутыми еще миллионы лет.

Брайс-Каньон Национальным парком

Химическое выветривание

Химическое выветривание изменяет состав горных пород, часто трансформируя их, когда вода взаимодействует с минералами, вызывая различные химические реакции. Химическое выветривание – это постепенный и непрерывный процесс, поскольку минералогия породы приспосабливается к приповерхностной среде. Новые или вторичные минералы развиваются из исходных минералов породы. При этом важнейшее значение имеют процессы окисления и гидролиза. Химическое выветривание усиливается такими геологическими агентами, как присутствие воды и кислорода, а также такими биологическими агентами, как кислоты, образующиеся в результате микробного и корневого метаболизма растений.

Процесс гора Поднятие блоков важно для открытия новых пластов горных пород для воздействия атмосферы и влаги, что приводит к важному химическому выветриванию; происходит значительный выброс Ca2+ и других ионов в поверхностные воды.

роспуск: Химическое выветривание, при котором минералы растворяются в воде, называется растворением. Растворению в первую очередь подвержены соли и карбонатные минералы (рис. Б.6а, б), но даже кварц немного растворяется.

Гидролиз: Во время гидролиза вода вступает в химическую реакцию с минералами и расщепляет их (лизис означает разрыхление на греческом языке) с образованием других минералов. Например, реакции гидролиза в полевой шпат производить глину.

Окисление: реакции окисления в горных породах преобразуют железосодержащие минералы (такие как биотит высокопоставленных пирит) в ржаво-коричневую смесь различных минералов оксида железа и гидроксида железа. По сути, железосодержащие породы могут «ржаветь».

Гидратация: поглощение воды кристаллической структурой минералов вызывает расширение некоторых минералов, таких как определенные виды глины. Такое расширение ослабляет породу.

Органическое или биологическое выветривание

Ряд растений и животных могут вызывать химическое выветривание за счет выделения кислотных соединений, т.е. воздействие мха, растущего на крышах, классифицируется как выветривание. Минеральное выветривание также может быть инициировано или ускорено почвенными микроорганизмами. Считается, что лишайники на скалах увеличивают скорость химического выветривания.

Некоторые растения и животные могут вызывать химическое выветривание за счет выделения кислых соединений, т. е. классификацию водорослей, растущих на крыше, как деградацию. Минеральное выветривание также может быть инициировано или ускорено почвенными микроорганизмами. Считается, что лишайники на скалах увеличивают скорость химического выветривания.

Наиболее распространенными формами биологического выветривания являются высвобождение хелатирующих соединений (т. е. органических кислот, сидерофоров) и подкисляющих молекул (т. е. протонов, органических кислот) для разрушения. алюминий и железосодержащих соединений в почвах под растениями. При разложении остатков погибших растений в почве могут образовываться органические кислоты, которые при растворении в воде вызывают химические погодные условия. Чрезмерное выделение хелатирующих соединений может легко воздействовать на окружающие породы и почвы и вести к оподзоливанию почв.

Факторы, влияющие на выветривание

На выветривание влияет несколько факторов, в том числе климат, тип породы и природные факторы. Вот краткое обсуждение каждого из этих факторов:

  1. климат: Климат конкретной области может сильно влиять на тип и скорость происходящего выветривания. В регионах с большим количеством осадков и высокой влажностью химическое выветривание более распространено, поскольку вода вступает в реакцию с минералами в горных породах с образованием новых соединений. Напротив, в районах с экстремальными перепадами температуры, например, в тех, где происходят циклы замерзания-оттаивания, происходит механическое выветривание из-за расширения и сжатия воды в горных породах. Кроме того, участки с сильным ветром могут вызвать истирание и износ открытых каменных поверхностей.
  2. Рок тип: тип выветриваемой породы также является важным фактором. Некоторые горные породы, такие как гранит и базальт, более устойчивы к атмосферным воздействиям из-за их плотного и твердого состава. В отличие, осадочные породы, Такие, как песчаник высокопоставленных известняк, часто более подвержены выветриванию из-за их пористой природы и наличия минералов, которые могут растворяться в воде. Кроме того, породы, содержащие железо и другие минералы, склонные к окислению, более подвержены химическому выветриванию.
  3. Натуральные агенты: природные факторы, такие как вода, ветер и живые организмы, могут сильно влиять на скорость и тип происходящего выветривания. Вода может вызывать как механическое, так и химическое выветривание, поскольку она может замерзать и оттаивать в горных породах, а также со временем растворять минералы. Ветер может вызвать истирание и изнашивание открытых поверхностей скал, в то время как живые организмы, такие как корни растений и роющие животные, могут физически разрушать камни и минералы.

Влияние выветривания на ландшафт

Выветривание оказывает значительное влияние на ландшафт с течением времени. Вот некоторые эффекты выветривания на ландшафт:

  1. Формирование почвы: выветривание играет важную роль в формировании почвы. Поскольку горные породы и минералы разрушаются естественными агентами и химическими реакциями, они образуют более мелкие частицы, которые смешиваются с органическим веществом, образуя почву. Со временем накопление почвы может поддерживать рост растительности, что приводит к развитию сложных экосистем.
  2. Эрозия: выветривание может способствовать эрозии, которая представляет собой процесс переноса почвы и горных пород из одного места в другое под действием природных факторов, таких как вода и ветер. По мере выветривания горные породы и минералы могут становиться рыхлыми и легко перемещаться этими агентами, что приводит к образованию таких особенностей, как каньоны, долины и русла рек.
  3. Седиментация: выветривание также может способствовать седиментации, то есть процессу осаждения наносов в новом месте. Поскольку выветрелый материал переносится естественными агентами, он может оседать и накапливаться на новом участке. Это может привести к образованию осадочных пород с течением времени.
  4. Формирование пещер: химическое выветривание может со временем растворять горные породы и минералы, что приводит к образованию пещер и других подземных особенностей. Например, в известняковых районах растворение карбоната кальция кислой водой может привести к образованию сложных пещерных систем.
  5. Формирование гор: выветривание может способствовать формированию гор в течение длительных периодов времени. По мере выветривания и эрозии горных пород образующиеся отложения могут накапливаться и уплотняться, что приводит к образованию новых горных пород и поднятию массивов суши.

В целом выветривание является важным естественным процессом, который со временем способствует формированию и эволюции земного ландшафта.

Влияние человека на выветривание

Деятельность человека может оказывать существенное влияние на процессы выветривания. Вот несколько способов, которыми деятельность человека может повлиять на выветривание:

  1. Изменения в землепользовании. Деятельность человека, такая как вырубка лесов, урбанизация и сельское хозяйство, может изменить природный ландшафт и повлиять на скорость и тип происходящего выветривания. Например, вырубка лесов может привести к усилению эрозии почвы и уменьшению растительного покрова, что приведет к усилению химического выветривания горных пород и почвы.
  2. Добыча полезных ископаемых и земляные работы. При горных работах и ​​земляных работах может удаляться большое количество горных пород и минералов, что приводит к значительным изменениям в местной геологии и характере выветривания. Эти действия могут также увеличить подверженность горных пород и минералов воздействию природных факторов, таких как вода и воздух, что приводит к ускоренному выветриванию.
  3. Промышленная деятельность: Промышленная деятельность, такая как сжигание ископаемого топлива и производство, может выбрасывать загрязняющие вещества в воздух и воду, которые могут реагировать с горными породами и минералами и способствовать химическому выветриванию. Кроме того, строительство зданий и инфраструктуры может изменить местный ландшафт и повлиять на естественные процессы выветривания и эрозии.
  4. Изменение климата. Деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива и вырубка лесов, может способствовать глобальному изменению климата, что может изменить характер температуры и осадков в данной области. Эти изменения могут повлиять на тип и скорость происходящего выветривания, а также на другие естественные процессы, такие как эрозия и седиментация.

Таким образом, деятельность человека может оказывать как прямое, так и косвенное воздействие на процессы выветривания и со временем изменять природный ландшафт и динамику экосистем. Понимание и минимизация этих воздействий важны для сохранения природные ресурсы и поддержание здоровых экосистем.

Практическое применение выветривания

Процессы выветривания имеют несколько практических применений в различных областях. Вот некоторые примеры:

  1. Сельское хозяйство: выветривание играет решающую роль в формировании почвы, что необходимо для сельского хозяйства. Понимание процессов выветривания может помочь фермерам оптимизировать свои методы управления почвой, такие как выбор подходящих удобрений и методов орошения в зависимости от типа почвы и погодных условий.
  2. Геология и добыча полезных ископаемых: модели и скорость выветривания можно использовать для определения типов и местонахождения ценных минералов и руд. Понимая характеристики выветривания различных горных пород, геологи и горняки могут оптимизировать свои усилия по разведке и добыче.
  3. Гражданское строительство и строительство: понимание характеристик выветривания различных типов горных пород и грунтов важно для строительных проектов, таких как строительство фундаментов, туннелей и мостов. Инженерам необходимо учитывать потенциальное воздействие процессов выветривания, таких как эрозия и оседание, на долговременную устойчивость и безопасность этих конструкций.
  4. Наука об окружающей среде: процессы выветривания играют важную роль в естественном углеродном цикле и могут влиять на изменение климата. Понимание процессов и темпов выветривания может помочь исследователям лучше моделировать и прогнозировать воздействие изменения климата на системы Земли и информировать о стратегиях смягчения этих воздействий.
  5. Сохранение культурного наследия: процессы выветривания могут нанести ущерб объектам культурного наследия, таким как памятники и скульптуры. Понимание характеристик выветривания различных материалов и условий окружающей среды может помочь реставраторам разработать эффективные стратегии сохранения и восстановления.

В целом, понимание процессов выветривания важно для ряда практических приложений в таких областях, как сельское хозяйство, геология, строительство, наука об окружающей среде и сохранение культурного наследия.

Исследования выветривания: методы и современные тенденции

Исследования выветривания — это широкая и междисциплинарная область, которая включает изучение физических, химических и биологических процессов, которые со временем трансформируют горные породы и минералы. Вот некоторые методы и современные тенденции в исследованиях выветривания:

  1. Лабораторные эксперименты. Исследователи используют лабораторные эксперименты для изучения химических и физических процессов выветривания, происходящих в контролируемых условиях. Эти эксперименты могут помочь определить механизмы и скорости реакций выветривания и дать представление о факторах, влияющих на эти процессы.
  2. Полевые наблюдения: Полевые наблюдения включают прямое измерение и мониторинг процессов выветривания в естественных условиях. Исследователи используют полевые наблюдения для изучения влияния климата, геологии и растительности на характер и скорость выветривания с течением времени.
  3. Моделирование: Моделирование предполагает использование математических и компьютерных моделей для моделирования процессов выветривания и прогнозирования их воздействия при различных сценариях. Моделирование может помочь исследователям лучше понять сложные взаимодействия между различными факторами окружающей среды и информировать о стратегиях управления и сохранения.
  4. Новые методы: Достижения в аналитических методах, таких как дифракция рентгеновских лучей, сканирующая электронная микроскопия и масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой с лазерной абляцией, позволили исследователям изучать процессы выветривания на микро- и наноуровне. Эти методы позволяют исследователям идентифицировать и характеризовать минералогию и химию горных пород и минералов, а также дают представление о механизмах и скорости реакций выветривания.
  5. Междисциплинарные подходы. Исследования выветривания становятся все более междисциплинарными, и исследователи из разных областей, таких как геология, химия, биология и наука об окружающей среде, сотрудничают для изучения процессов выветривания и их воздействия на системы Земли. Такой подход позволяет более целостно понять процессы выветривания и их взаимодействие с другими факторами окружающей среды.

В целом исследования выветривания включают в себя ряд методов и подходов, направленных на понимание сложных и динамических процессов, которые со временем трансформируют горные породы и минералы. Текущие исследования в этой области имеют решающее значение для понимания и управления воздействиями выветривания на системы Земли и разработки стратегий смягчения этих воздействий.

Краткое изложение ключевых моментов и будущих направлений исследований выветривания.

Ключевые моменты в исследовании выветривания включают:

  1. Процессы выветривания сложны и динамичны и включают физические, химические и биологические процессы, которые со временем трансформируют горные породы и минералы.
  2. Такие факторы, как климат, тип породы и природные факторы, влияют на скорость и характер выветривания.
  3. Выветривание может оказать значительное влияние на ландшафт, включая формирование почвы, высвобождение питательных веществ и эрозию горных пород.
  4. Деятельность человека, такая как загрязнение, вырубка лесов и добыча полезных ископаемых, может ускорить или изменить процессы выветривания.

Будущие направления исследований выветривания могут включать:

  1. Развитие лучшего понимания микромасштабных и наномасштабных процессов, которые управляют реакциями выветривания.
  2. Изучение воздействия изменения климата на процессы выветривания и углеродный цикл.
  3. Изучение взаимодействий между различными факторами окружающей среды, такими как климат, растительность и свойства почвы, на скорость и характер выветривания.
  4. Разработка более эффективных стратегий управления и смягчения воздействия выветривания на природные и культурные системы.
  5. Улучшение нашего понимания роли выветривания в формировании и эволюции планет, включая раннюю Землю и Марс.

В целом исследования выветривания представляют собой междисциплинарную область, имеющую большое значение для целого ряда научных и практических приложений. Текущие исследования в этой области имеют решающее значение для понимания и управления воздействиями выветривания на системы Земли и разработки стратегий смягчения этих воздействий.

Часто задаваемые вопросы о выветривании

В: Что такое выветривание?

О: Выветривание — это процесс, при котором горные породы и минералы распадаются на более мелкие частицы из-за воздействия атмосферы, воды и других природных факторов.

В: Какие существуют три типа выветривания?

Ответ: Существует три типа выветривания: механическое выветривание, химическое выветривание и биологическое выветривание.

В: Что такое механическое выветривание?

A: Механическое выветривание происходит, когда горные породы и минералы разбиваются на более мелкие части в результате физических процессов.

Вопрос: Что такое химическое выветривание?

Ответ: Химическое выветривание происходит, когда горные породы и минералы разрушаются в результате химических реакций.

Вопрос: Что такое биологическое выветривание?

Ответ: Биологическое выветривание происходит, когда горные породы и минералы разрушаются под действием живых организмов.

В: Как эти типы выветривания работают вместе?

О: Все три типа выветривания могут работать вместе, разрушая горные породы и минералы на более мелкие частицы, которые затем могут переноситься и откладываться естественными факторами, такими как ветер и вода.

В: Почему выветривание важно?

A: Процесс выветривания является важной частью естественного рок цикл, и он играет решающую роль в формировании ландшафта Земли с течением времени.

В: Каковы некоторые примеры механического выветривания?

A: Примеры механического выветривания включают циклы замерзания-оттаивания, отслоение из-за сброса давления, истирание из-за ветра или воды и образование осыпных склонов.

В: Каковы некоторые примеры химического выветривания?

О: Примеры химического выветривания включают растворение известняка углекислотой, окисление железа в горных породах с образованием ржавчины и выщелачивание минералов кислотными дождями.

В: Каковы некоторые примеры биологического выветривания?

О: Примеры биологического выветривания включают разрушение горных пород и минералов корнями растений, закапывание животных в скалы и действие микроорганизмов в почве.

Вопрос: Сколько времени занимает выветривание?

О: Время, необходимое для выветривания, зависит от таких факторов, как тип горной породы или минерала, климат и окружающая среда, а также сила и продолжительность воздействия природных факторов, вызывающих выветривание. Некоторые породы могут быстро выветриваться в определенных условиях, в то время как для выветривания других могут потребоваться тысячи или даже миллионы лет.

В: Каковы последствия выветривания для ландшафта Земли?

A: Выветривание играет важную роль в формировании земного ландшафта с течением времени. Он может создавать такие объекты, как каньоны, пещеры и горы, а также разбивать камни и минералы на более мелкие частицы, которые способствуют формированию почвы и круговороту питательных веществ в экосистемах. Выветривание также может способствовать эрозии и отложению осадков, что может иметь как положительное, так и отрицательное воздействие на окружающую среду.

Рекомендации

  1. Уайт, А.Ф., и Брантли, С.Л. (2016). Влияние времени на выветривание силикатных минералов: почему скорости выветривания различаются в лаборатории и в полевых условиях? Химическая геология, 420, 1-16.
  2. Лалонд, К., Конхаузер, К.О., и Реймер, CW (2012). Последний миллиард лет истории Земли: летопись бионеорганических осадочных пород, связанных с климатом, осадконакоплением и эволюцией. Обзоры наук о Земле, 108 (1-2), 47-75.
  3. Брантли, С.Л., и Лебедева, М.И. (2011). Учимся читать химию силикатных пород: геотермометры выветривания и геоспидометры. Обзоры наук о Земле, 106 (1-2), 92-111.
  4. Наваррете-Лопес, М., и Мартинес-Монтойя, Дж. Ф. (2017). Роль выветривания в образовании и эволюции планет. Планетарная и космическая наука, 138, 1-10.
  5. Габет, Э.Дж., и Мадд, С.М. (2010). Коренная порода и почва контролируют положение экотона альпийской линии деревьев. Журнал геофизических исследований: Поверхность Земли, 115 (F4).
  6. Фостер, К., и Розенцвейг, К. (2003). Оценка уязвимости населенных пунктов к экстремальным погодным явлениям: концептуальная основа. Окружающая среда и урбанизация, 15(2), 123-135.