Что такое химическое выветривание?

Что такое химическое выветривание?

Скалы, почвы, минералы, древесина и даже искусственные материалы, подверженные воздействию природных элементов, таких как воздух и вода, претерпят значительные изменения в течение определенного периода времени как в морфологии, так и в химическом составе, и в конечном итоге разрушаются в результате процессов выветривания.,

Когда выветривание происходит в результате химических реакций, которые изменяют химический состав таких вещей, как камни, почвы и минералы, этот процесс называется химическим выветриванием . Процесс происходит постепенно и приводит к образованию вторичных или новых минералов.

Наиболее распространенными типами химических реакций, которые вызывают химическое выветривание, являются окисление, гидролиз, гидратация, карбонизация и восстановление . Ниже мы обсудим эти процессы и рассмотрим, как они влияют на горные породы.

Каковы процессы химического выветривания?

Теперь, когда у нас есть базовое представление о том, что такое химическое выветривание, давайте посмотрим на различные процессы, в которых происходит химическое выветривание горных пород.

1. Окисление

В случае химического выветривания горных пород окисление относится к добавлению и сочетанию кислорода с минералами горных пород. Скалы подвергаются окислению, когда некоторые минералы в породе реагируют с кислородом, присутствующим в почвенной воде или в атмосфере. В присутствии влаги процесс окисления ускоряется. В результате получают гидратированные оксиды.

Большинство из нас знакомы с реакцией окисления ржавления. Это результат реакции, в результате которой железо (в форме Fe2 +) реагирует с кислородом с образованием оксидов и гидроксидов Fe3 +. Ржавчина металлических предметов, которые мы используем в нашей повседневной жизни, часто приводит к разрушению объекта, поскольку ржавые детали становятся хрупкими и легко разрушаются. Подобные химические реакции также происходят в породах с содержанием железа.

Пример реакции окисления, которая происходит в породе, выглядит следующим образом:

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

4Fe3O4 (магнетит) + O2 → 6Fe2O3 (гематит)

Скалы с содержанием железа, подвергающиеся окислению, часто приобретают красновато-коричневый цвет, что указывает на то, что порода подвергается окислению.

В присутствии влаги реакция идет дальше и дает:

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

2. Гидролиз

Гидролиз можно рассматривать как еще один важный процесс химического выветривания. Термин «гидролиз» происходит от «гидро», означающего воду, и «лизис», означающего распад. Процесс обусловлен диссоциацией воды на ионы водорода (H +) и гидроксида (OH-). Эти ионы реагируют с минералами, присутствующими в горных породах, вызывая изменения в составе горных пород. Силикатные и карбонатные минералы чаще всего гидролизуются.

В идеальных условиях чистая вода слегка ионизируется, образуя ионы H + и OH-, которые затем вступают в реакцию с минералами для их гидролиза. Теоретически, если воды будет достаточно, исходный минерал будет полностью растворен. Например:

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

Однако в действительности вода редко отдает ионы H +. Однако ситуация меняется, если присутствует углекислый газ. Газ легко растворяется в воде с образованием слабой углекислоты, которая затем действует как донор H +.

Реакция следующая:

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

Гидролиз полевого шпата с образованием глинистых минералов является классическим примером химического выветривания горных пород путем гидролиза.

Реакция следующая:

2 KAlSi 3 O 8 (алюмосиликатный полевой шпат) + 2 H 2 CO 3 + 9 H 2 O ⇌ Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 (каолинит, глинистый минерал) + 4 H 4 SiO 4 + 2 K + + 2 HCO 3 -

Некоторые химические составляющие горных пород, такие как хлорид натрия, непосредственно растворяются в воде. Растворение таких веществ водой приводит к размягчению породы, в конечном итоге разрушая ее на куски. Подкисление воды ускоряет этот процесс.

3. Увлажнение

Гидратация также является одним из процессов, при которых происходит химическое выветривание. При гидратации минерал реагирует с водой, что приводит к жесткому прикреплению ионов H + и OH-, полученных из воды, к молекулам и атомам минерала. Поглощение воды минералом увеличивает объем породы, порождая физические нагрузки внутри породы, и в конечном итоге приводит к разрушению породы. Оксид железа, оксид алюминия, ангидрит и т. Д. Являются одними из минералов породы, которые подвергаются гидратации. Два примера такой реакции приведены ниже:

2Fe2O3 (гематит) + 3H2O → 2Fe2O3, 3H2O (лимонит)

Al2O3 (боксит) + 3H2O → Al2O3, 3H2O (гидроксид алюминия)

4. Газирование

Газирование также приводит к химическому выветриванию горных пород, почв и минералов. Под карбонированием понимается связывание диоксида углерода с субстратами посредством двухстадийной реакции. Во-первых, углекислый газ реагирует с водой с образованием углекислоты. Затем угольная кислота вступает в реакцию с минералами в породах с образованием карбонатов или бикарбонатов. Карбонизация пород, содержащих карбонат кальция (известняк), является распространенным процессом химического выветривания, который приводит к образованию бикарбоната кальция, который хорошо растворяется в воде. Такие реакции приводят к образованию пустот в известняке, которые в конечном итоге образуют известняковые пещеры. Реакции карбонизации протекают быстрее при низких температурах, потому что холодная вода растворяет больше углекислого газа, чем более теплая вода.

Реакция карбонизации известняка представлена ​​ниже:

Первый шаг в реакции: образование углекислоты в результате реакции воды и углекислого газа.

CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3

Второй этап реакции: образование карбоната кальция в результате реакции между углекислотой и карбонатом кальция.

H 2 CO 3 + CaCO 3 → Ca (HCO 3 ) 2

5. Сокращение

Удаление O2 из минерального сырья в результате производства восстановленного вторичного минерала также является одним из процессов химического выветривания. Реакции восстановления являются общими в заболоченных условиях, так как отсутствие или низкий уровень кислорода в таких средах вызывает реакции восстановления в минералах породы. Пример такой реакции приведен ниже:

2Fe2O3 (гематит) - O2 → 4FeO (оксид железа)

Конечный результат химического выветривания горных пород

Химическое выветривание вышеуказанными процессами служит для изменения химического состава горных пород. Это также делает камни более ломкими или делает минералы породы более растворимыми в воде. Таким образом, породы начинают разрушаться и в конечном итоге разрушаются на более мелкие куски в течение периода времени, после которого эрозионные силы удаляют куски породы с места их происхождения и уносят их в отдаленные места с дальнейшей деградацией и диссоциацией.