هوازدگی

[not found 16,275]

هوازدگی؛ شامل از هم پاشیدن سنگها و تجزیه ی آنها در سطح و یا نزدیک به سطح زمین. مجاورت کره سنگی(لیتوسفر) با جو زمین(اتمسفر) و کره زیستی(بیوسفر)، سبب تخریب و متلاشی شدن سنگها بوسیله ی عناصر اقلیمی و عوامل زیستی می شود. عملکرد این پدیده ها به صورت های فیزیکی یا شیمیایی ظاهر می شوند.

 

1- هوازدگی فیزیکی:

اصولا هوازدگی و تخریب یک عمل مکانیکی است. اعمال مکانیکی بدون اینکه تغییرات محسوسی در جنس سنگها ایجاد کنند، سبب گسیختگی های ساده و متلاشی شدن آنها میگردند. این اعمال بر حسب کیفیت کانی های تشکیل دهنده ی سنگها، به عناصر معمولا گوشه دار و مختلف الاندازه تقسیم می شوند. نقاط ضعفی مانند درزها و ترک ها و حالت تورق و فضاهای خالی بین دانه ها و... ، متلاشی شذن سنگها را تسهیل می کنند. در طبیعت چهار فرایند فیزیکی مهم باعث قطعه قطعه شدن سنگها می شوند که عبارتند از:

 

الف- انبساط حرارتی:

محرک اصلی در ایجاد این پدیده، تغییرات درجه حرارت است. به نظر می رسد که تغییرات روزانه دما سبب سست کردن سنگها میشود، بویژه در نواحی خشک که تغییرات درجه حرارت روزانه از 30 درجه سانتی گراد تجاوز می کند. هنگامی که سنگها تحت تاثیر تغییرات حرارتی قرار میگیرند، به خاطر کشش حاصل از انبساط و انقباض، تکه تکه می شوند. چنانچه نوسان حداقل و حداکثر حرارت و تکرار این شرایط در سنگها به اندازه ی کافی برسد، گسیختگی در سنگ حاصل میشود. رنگ و بافت و ساختمان(نظم و ترتیب جایگزینی دانه ها) و جنس سنگها در نحوه عملکرد این پدیده، دخالت دارند. زیرا ظرفیت جذب حرارت و قابلیت انتقال آن، به عوامل فوق بستگی دارد. در یک سنگ آهک هم جنس و ریز دانه و فشرده، نفوذ حرارت تقریبا یکسان است و جریان حرارت در رابطه با مدت و شدت آن تا ضخامت مشخصی از سنگ نفوذ میکند. بین قسمت سطحی سنگ که براثر نفوذ حرارت افزایش حجم یافته و قسمت داخلی که بدون تغییر باقی مانده است، حالت کششی به وجود می آید. بنابراین در امتداد سطح میانی این قسمت، گسیختگی اتفاق می افتد. این نوع متلاشی شدن به ضورت تیغه های سنگی، حداکثر با ضخامت دسی متری، پدیده ی تورق نامیده می شود. اما اگر این پدیده در سنگهایی اتفاق افتد که دانه های آن مختلف الجنس و مختلف الاندازه باشند(گرانیت)، به دلیل اختلاف دامنه ی تغییرات حجمی از یک کانی به کانی دیگر، کشش در محل برخورد بلورهای مختلف الجنس قرار میگیرد و نهایتا بخش سطحی سنگ به صورت دانه های مختلف الاندازه(آرن) از هم جدا میشوند. این پدیده را متلاشی شدن دانه ای می نامند. متلاشی شدن بر اثر حرارت را فقط باید در مناطقی پذیرفت که دامنه تغییرات حرارت روزانه ی نیرومندی دارند.

 

ب-یخبندان:

یخ بستن و ذوب پی در پی از مهمترین فرآیندهای هوازدگی مکانیکی به شمار می آیند. تقریبا تمام سنگهایی که بخشی از آن در سطح زمین ظاهر شده است، دارای درزها و ترکها و یا حفره های کوچک و بزرگ متعدد میباشند. هنگام بارندگی، متناسب با حجم این حفره ها همیشه مقداری آب به سهولت به داخل سنگها نفوذ میکنند. چنانچه بارندگی نسبتا شدید یا مداوم باشد، اغلب حجم این حفره ها از آب اشباع می شوند. در صورتی که حرارت هوا به پایین تر از صفر درجه برسد، متناسب با شدت و مدت سرما، آبهای نفوذی موجود در سنگها یخ می زنند. در طبیعت آب به داخل شکافها و حفرات موجود در سنگ نفوذ می کند، یخ می بندد و در اثر انبساط، سبب شکستگی سنگ می شود، به این فرآیند یخبندان (frost wedging) گویند. گذر آب نفوذی از حالت مایع به جامد با افزایش حجمی حدود 10 درضد، همراه است. چنانچه شکل داخلی درزها و حفره ها و ترتیب قرار گرفتن آنها، امکان خروج آب را میسر نسازند، یخ بستن آب بطور متوسط، فشاری معادل 15 کیلوگرم بر سانتی مترمربع بر جدار حفره ها وارد می آورد. در این شرایط تکرار دوره های یخبندان و ذوب یخ، متلاشی شدن قطعات یا کانی های تشکیل دهنده ی سنگ را به دنبال دارد. مسلما میزان یخ زدگی سنگها به نسبت تخلخل و اندازه شکافهای موجود در آنها بستگی دارد و سایر خصوصیات فیزیکی مانند بافت و ساختمان سنگها، در چگونگی متلاشی شدن آنها دخالت دارند. به طور مثال در یک سنگ متخلخل و پردرز، این نوع متلاشی شدن به صورت پیدایش دانه های ریز لیمون ظاهر می شود و اصطلاحا آنرا میکروژلی فراکسیون می نامند. در مقابل سنگهای فشرده و مقاوم آهک به شکل قطعات نسبتا بزرگ و گوشه دار براثر یخبندان و ذوب یخ متلاشی می شوند که اضطلاح رایج درباره ی آن ماکروژلی فراکسیون است. این پدیده بر اثر فشار قطعات یخ در شکافهای چینه بندی و درزهای نسبتا بزرگ ایجاد می شود. این پدیده ویژه ی سرزمین هایی است که در آنها اقلیمی با نوسان مکرر حرارت در حدود صفر درجه ی سانتی گراد، تسلط دارند. فرایند یخبندان اکثرا در نواحی کوهستانی که در آن چرخه ی روزانه ی یخبندان و ذوب وجود دارد، مشاهده می شود. تمام گستره ی ایران به استثنای سواحل خلیج فارس و دریای عمان و بخشی از بیابان های لوت و جازموریان، کم و بیش تحت تاثیر این پدیده قرار دارند.

 

ج- انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی:

وقتی توده های بزرگ آذرین، به ویزه آنهایی که از گرانیت ساخته شده اند تحت تثیر فرسایش قرار می گیرند، ورقه هایی به موازات یکدیگر از سطح آن جدا می شوند، این پدیده که سبب ایجاد لایه های پوست پیازی می شود، ورقه ای شدن می نامند و در جایی دیده می شود که فشار حاصل از وزن سنگهای رویی براثر فرسایش به میزان زیاد کاهش یابد. لایه ی خارجی بیش از همه انبساط می یابد و از بقیه ی سنگ جدا می گردد و معمولا توده ی آذرین شکل گنبد به خود می گیرد. گرچه بسیاری از شکستگی هابر اثر انبساط به وجود می آیند، اما، برخی در حین تبلور ماگما بر اثر انقباض و برخی دیگر طی کوهزایی و بر اثر نیروهای زمین ساختی ایجاد می شوند. شکستگی های حاصل از این قبیل فعالیتها دارای طرح های معینی هستند و درز نامیده می شوند. درزها از اشکال ساختمانی مهمی به شمار می روند، زیرا اجازه می دهند تا آب به اعماق رخنه کند و فرایندهای هوازدگی در اعماق و قبل از رسیدن سنگها به سطح زمین آغاز شود.

 

د- فعالیت موجودات زنده:

براثر فعالیت های گیاهان، جانوران حفار و انسان نیز هوازدگی انجام می شود. ریشه گیاهان در جستجوی مواد معدنی به داخل درزها فرو میروند و با رشد خودف قطعات سنگ ها را از یکدیگر دور می کنند. جانوران حفار به خرد کردن و جابجایی مواد به سطح زمین که در آن هوازدگی شیمیایی شدت بیشتری دارد، کمک می نماید. به علاوه بدن موجودات پس از مرگ تجزیه شده و اسیدهایی تولید می کند که در هوازدگی شیمیایی موثرند. در مکان هایی که سنگ ها را برای راهسازی یا معدن منفجر می کنند، تاثیر انسان محسوس است، اما در مقیاس جهانی تاثیر انسان پس از جانوران حفار قرار می گیرد.

[not found 16,275]

2-هوازدگی شیمیایی:

در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانی ها، بر اثر کاهش یا افزایش عناصر تغییر میکند. آب عامل اصلی هوازدگی شیمیایی است. گرچه آب خالص غیر فعال است، اما وجود مقدار کمی از مواد محلول، آنرا فعال می کند. اکسیژن محلول در آب بعضی از مواد را اکسیده می کند. بنابراین سنگهایی که حاوی مقداری اکسید آهن باشند وقتی در معرض هوازدگی قرار گیرند، شروع به اکسیده شدن می کنند و به علت پوسیدگی، لکه های زرد تا قهوه ای مایل به قرمز در سطح آنها ظاهر می شود..

مسئول اصلی پدیده ی تجزیه، هوا و آب است که به صور مختلف عمل می کنند. میدانیم که سنگهای رسوبی نسبت به سنگهای آذرین و دگرگونی، از کانی های ناپایدارتری تشکیل شده اند. بنابراین اعمال تجزیه در این نوع سنگها به صورت ساده تری انجام می شود. اکسیده شدن و آبدار شدن دو نوع تجزیه در این نوع سنگهاست که با سست شدن سنگ، تغییر رنگ و غالبا افزایش حجم سنگ همراه است بنابراین با اعمال مکانیکی نیز همراه است. مثلا تبدیل انیدرید به ژیپس با 30 درصد افزایش حجم همراه است و در درجه ی اول سنگها را در امتداد سطوح چینه بندی از هم جدا می سازد. تجزیه ی سنگهای آذرین و دگرگونی بسیار پیچیده تر است. عامل اساسی در این نوع تجزیه آب است که به صورت هیدرولیز وارد عمل می شود. ترکیب کانی شناسی سنگها در چگونگی تجزیه دخالت مستقیم دارند. زیرا سنگها در برابر تجزیه به استحکام ارتباط بین عناصر تشکیل دهنده ی آن بستگی دارد. بعضی از ساختمان های بلورین مانند سیلیس و میکای سفید پایدار هستند و بعضی دیگر مانند فلدسپات ها یا میکای سیاه به سهولت متلاشی می شوند. بنابراین هر اندازه سهم فلدسپات ها یا میکای سیاه در سنگی بیشتر باشد، به همان نسبت در برابر هیدرولیز مقاومت کمتری خواهد داشت. ویژگی فیزیکی سنگها مانند درزها و ترک ها و حفره ها و ... در درجه دوم اهمیت قرار دارد. در نتیجه، قابلیت بالقوه ی تجزیه ی سنگها حاصل هماهنگی بین ترکیب کانی شناسی و ویژگی های فیزیکی آنها می باشد. عناصر اقلیمی مانند آب و دما بر حسب شرایط اقلیمی از این ویژگی ها استفاده می کنند. عنصر دما که عکس العمل شیمیایی را سرعت می بخشد، طبیعتا بر میزان تجزیه می افزاید. در نواحی گرم و مرطوب، تجزیه به حداکثر می رسد. در شرایط خنک و مرطوب، فعالیت تجزیه تا حدودی کاهش می یابد. سرانجام در محیط های خشک، آثار تجزیه ی شیمیایی تقریبا قابل چشم پوشی است.

- انحلال:

انحلال یک عمل فیزیکی است و آن عبارت است از تفکیک ملکول ها به صورت یون در یک محیط حلال می باشد. مهمترین و فراوان ترین نوع حلال ها، آب موجود در جو کره ی زمین است. میزان انحلال در رابطه با ترکیب کانی شناسی و نسبت قابلیت نفوذ سنگها، متفاوت می باشد. قابلیت نفوذ سنگها خود بستگی به میزان تخلخل و شکافدار بودن سنگها دارد. سنگهای رسوبی، در برابر این پدیده، نسبت به سنگهای آذرین و دگرگونی، حساسیت بیشتری دارند. در بین خانواده سنگهای رسوبی، سنگهای تبخیری به ویژه کلرورها(نمک معدنی)، سولفات ها(انیدرید- ژیپس)، قابلیت انحلال بیشتری دارند. وجود بعضی از عناصر شیمیایی، توانایی انحلال را افزایش می دهد. مثلا در سنگهای آهکی، انیدرید کربنیک، کربنات کلسیم غیر قابل حل را به بیکربنات قابل حل تبدیل نموده و متلاشی شدن سنگ آهک را سبب می شود. در محیط های قلیایی، سنگهای سیلیسی در سطحی وسیع حل می شوند. پدیده انحلال، تقریبا در سطح کره ی زمین عمل می کند و بر حسب میزان دما و آب در اقلیم های مختلف چهره های متفاوتی دارد. رویهمرفته هر اندازه محیط گرمتر و بارش فراوانتر باشد، این پدیده وسیعتر عمل میکند و فراوانی بارش در نواحی گرم، ضعف انیدرید کربنیک در اثر گرما را به صورت وسیعی جبران می کند.

 

سرعت هوازدگی:

سرعت هوازدگی سنگ ها به عوامل زیادی بستگی دارد. اندازه ی ذرات در سرعت هوازدگی موثر است. کانی های سازنده سنگ نیز عامل دیگری محسوب می شوند عوامل آب و هوایی، به ویژه درجه ی حرارت و رطوبت اهمیت ویژه ای در سرعت هوازدگی سنگها دارند. بهترین محیط برای هوازدگی شیمیایی آب و هوای گرم و فراوانی رطوبت است. در نواحی قطبی در عرض های جغرافیایی بالا، چون برودت هوا رطوبت مورد نیاز در هوازدگی را به صورت یخ در می آورد لذا هوازدگی شیمیایی بی تاثیر است. در نوحی خشک نیز، به علت عدم وجود رطوبت کافی، هوازدگی شیمیایی نقشی ندارد. مثال کلاسیک تاثیر آب و هوا در میزان هوازدگی را می توان در ستون کلئوپاترا(یک سنگ گرانیتی) مشاهده کرد. این ستون سنگی از زمانی که از مصر به نیویورک انتقال یافته در عرض کمتر از 70 سال، آن قسمت که مشرف به باد و آب و هوای مرطوب و بار شیمیایی موجود در هوای نیویورک بوده، به کلی پاک شده است، در حالیکه 3500 سال در آب و هوای خشک مصر، مقاوم و پابرجا مانده بود. مجموعه ی عوامل فوق، نوع و میزان هوازدگی هر منطقه را مشخص میکند. تاثیر این عوامل حتی در منطقه ای کوچک ود مورد سنگ هایی که هوازدگی تفریقی کمی نشان می دهند، نیز متغیر است.

[not found 16,275]

هوازدگی و نهشته‌های معدنی

 

 

هوازدگی در ایجاد بعضی از نهشته‌های معدنی مهم نقش دارد، زیرا عناصر فلزی پراکنده در سنگ مادر را در یک جا جمع می‌کند. به چنین نقل و انتقالی غالبا غنی شدگی اطلاق می‌شود. غنی شدگی به دو طریق انجام می‌شود. در روش اول هوازدگی شیمیایی به همراه آب نفوذی موادی را که مناسب نیستند از سنگ در حال تجزیه جدا می‌کنند. لذا این عناصر مطلوبی که تراکم آنها در افق نزدیک سطح زمین کم می‌باشد به اعماق برده شده و با رسوب مجدد تمرکز آنها افزایش می‌یابد.

 

بوکسیت

 

 

بوکسیت که کانی اصلی آلومینیوم می‌باشد یکی از کانسارهایی است که به روش غنی شدگی طی فرآیندهای هوازدگی بوجود آمده است. بوکسیت در آب و هوای گرمسیری بارانی همراه با لاتریت تشکیل می‌شود. وقتی سنگ منشا غنی از آلومینیوم در معرض هوازدگی شدید و طولانی قرار بگیرد بیشتر عناصر اصلی آن نظیر کلسیم و سدیم و سیلیس در نتیجه شستشو از محیط خارج می‌شود و بر میزان آلومینیوم آن افزاوده می‌شود. با گذشت زمان خاکی غنی از آلومینیوم به نام بوکسیت حاصل می‌شود که می‌توان از آن آلومینیوم استخراج کرد.

 

 

 

نهشته‌های مس و نقره

 

بسیاری از نهشته‌های مس و نقره زمانی حاصل شده‌اند که فرآیند هوازدگی عناصری را که در کانسار اولیه با عیار پایین پراکنده بودند در یک جا متمرکز کرده است. معمولا چنین غنی شدگی در نهشته‌های پیریت‌دار (FeS) و کانیهای سولفوری معمول انجام می‌شود. پیریت به دلیل اینکه از نظر شیمیایی به اسید سولفوریک تغییر می‌یابد، می‌تواند در آبهای نفوذی فلزات معدنی را حل کند.

با انحلال کانیها مورد نظر فلزات به تدریج از خلال توده کانسار اولیه به سمت پایین مهاجرت می‌کنند تا سرانجام ته نشین شوند. ته نشینی هنگامی اتفاق می‌افتد که محلولهای مزبور به منطقه آبدار زیرزمینی نزدیک می‌شود. در این محل تغییرات شیمیایی ته نشینی عنصر فلزی می‌شود.

 

 

 

هوازدگی شیمیایی

 

 

در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانیها ، بر اثر افزایش و یا کاهش عناصر تغییر می‌کنند. در واقع هوازدگی شیمیایی از واکنشهای شیمیایی کانیهای تشکیل دهنده سنگها با آب و اکسیژن ، گاز کربنیک ، اسیدهای تولید شده توسط مواد ارگانیکی و خاکها حاصل می‌شود که در نهایت منجر به تجزیه سنگ اولیه می‌گردد.

هوازدگی سبب تلاشی شدن سنگ به ابعاد کوچکتر می‌شود و این تخریب فیزکی به نوبه خود سبب تسریع در هوازدگی شیمیایی به دلیل افزایش سطوح فراوان در مجاورت محیط تخریب شیمیایی می‌گردد. در صورتی که تخریب فیزیکی صورت نگیرد، تخریب شیمیایی به آهستگی بسیار صورت می‌گیرد. از طرف دیگر تشدید تخریب شیمیایی به علت سست نمودن سنگها خود سبب تسریع تخریب فیزیکی آن نیز می‌گردد. در واقع هر دو نوع تخریب در ارتباط بسیار نزدیکی و توام باهم سبب فرسایش سنگهای سطح زمین می‌شوند.

 

 

 

انواع تخریب شیمیایی

 

 

انحلال در آب

 

اغلب کانیها به نسبتهای متفاوتی در آب حل می‌شوند. کلروها ، سولفات‌‌‌ها ، نیترات‌ها و کربنات‌ها وقتی در مجاورت آب فراوان قرار بگیرند به تدریج حل می‌شوند. در این صورت آب را حلال و مجموعه حل شونده را محلول و عمل مزبور را انحلال می‌نامند.

کلرور سدیم (هالیت یا نمک طعام) و سولفات کلسیم (ژیپس) به راحتی در آب حل می‌شوند و آبهای زیرزمینی و جریانهای نفوذی سبب ایجاد حفرات متعددی در سطح و یا در عمق این رسوبات می‌گردند.

 

 

 

انحلال در اسیدها

 

مقدار زیادی از آبهای طبیعی در واقع اسید ضعیف هستند و اسیدهای دیگر نیز از مواد ارگانیکی حاصل می‌شوند. هر اسیدی صرفنظر از قوی و یا ضعیف بودن آن دارای عامل هیدروژن است که با انواع کانیها واکنش شیمیایی از عمده ترین سنگها هستند را با اسید کربنیک می‌توان نام برد. اسید کربنیک یکی از عمده ترین اسیدهای محیط طبیعی سنگها را تشکیل می‌دهد، زیرا گاز کربنیک موجود در هوا ، در آب و بخصوص در آب باران حل شده و اسید کربنیک را می‌سازد.

H2O + CO2 ↔ H2CO3

لازم به ذکر است که این اسید هیچ وقت در طبیعت بطور آزاد یافت نمی‌شود و جزو اسیدهای ضعیف بوده و در آب یونیزه می‌شود.

H2CO3 ↔ H+ + HCO-3

HCO- 3 ↔ H+ + CO2- 3

هیدروژن حاصل سهولت با اکثر کانیهای که بنیان CO2-3 دارند مانند کلسیت و دولومیت ترکیب می‌شود و باعث تجزیه شدن آن سنگ می‌شود.

CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2HCO-3

[not found 16,275]

اکسیداسیون

 

اکسیداسیون عبارت از کاهش الکترون در یک فعل و انفعال شیمیایی است لذا اکسیدسیون نباید الزاما در ترکیب با اکسیژن تعریف شود، اما به خاطر فراوانی اکسیژن آزاد هوا و همچنین نقش موثر در آن در تجزیه سنگها عموما اکسیداسیون را ترکیب با اکسیژن تعریف می‌کنند. حضور آب در محیط ، عمل اکسیداسیون را تسریع می‌کند.

 

تاثیر آب در اکسیداسیون وقتی معلوم می‌شود که سرعت اکسید شدن آهن را در آب و هوای خشک با اکسید شدن آن در آب و هوای مرطوب مقایسه کنیم. سرعت اکسید شدن در آب و هوای مرطوب بیشتر می‌باشد. آهن در طبیعت به مقدار فراوان در کانیهایی نظیر الیوین ، پیروکسن و ... وجود دارد که در آنها آهن با اکسیژن ترکیب شده و باعث تجزیه شدن کانی می‌شود.

هیدرولیز

در هیدرولیز یونهای هیدروژن H+ و

هیدروکسیل(OH-) با عناصر تشکیل دهنده کانیها ترکیب می‌گردند مولکولهای آب به مقدار مخصوص همیشه به عوامل H+ و OH- تجزیه می‌شوند.

H2O ↔ H+ + OH-

این یونها می‌توانند با اکثر سیلیکات‌ها ترکیب و آنها را به سیلیس و کانیهای رسی و یون فلزی تجزیه نمایند که یونهای فلزی و سیلیس به صورت محلول خارج می‌شوند. تجزیه فلدسپات‌ها را می‌توان به عنوان یک نمونه از این نوع هوازدگی را ذکر کرد.

آبگیری (هیدراتاسیون)

آبگیری نوع دیگری از هوازدگی شیمیایی می‌باشد که در آن مولکولهای آب وارد ترکیب و ساختمان کانی می‌شود. این عمل معمولا با افزایش حجم همراه بوده و در نهایت منجر به تشکیل یک کانی جدید می‌شود. برای نمونه ژیپس از آبگیری کانی انیدریت حاصل می‌شود.

ژیپس 2H2O → CaSO4.2H2O + انیدریت CaSO4

هوازدگی کروی

هوازدگی شیمیایی علاوه بر تخریب ساختمان داخلی کانیها باعث بوجود آمدن تغییرات فیزیکی نیز می‌شود به عنوان مثال وقتی که قطعات مکعبی شکل بوسیله |درزه‌های منظم تحت تاثیر هوازدگی شیمیایی قرار می‌گیرند گرد و کروی می‌شوند. هر پدیده که سبب بوجود آمدن شکل کروی شود هوازدگی کروی نامیده می‌شود.

هوازدگی کروی شبیه تورق پوست پیازی است با این تفاوت که در حجم کوچکی از سنگ رخ می‌دهد. وقتی کانیهای سنگ به رس تبدیل می‌شوند به علت ورود آب به ساختمان آنها ، حجم آنها افزایش می‌یابد این افزایش حجم فشار زیادی به اطراف وارد می‌کند که به نظر می‌سرد ایجاد لایه‌های متحدالمرکز و شکستن پوسته پوسته شدن سنگ‌ها نتیجه آن می‌باشد.