ΦΥΣ22 - Αποσάθρωση, διάβρωση, απόθεση

1

Αποσάθρωση, διάβρωση, απόθεση

Αλέξανδρος Χατζηπέτροςusers.auth.gr/ac

2geophy.weebly.com

2

3

Αποσάθρωση

� Τα πετρώµατα στην επιφάνεια της Γης υπόκεινται στις δυνάµεις της αποσάθρωσης (εξωγενής δύναµη). Πρόκειται για τη χηµική εξαλλοίωση και τη µηχανική θραύση των πετρωµάτων, όταν εκτίθενται στον αέρα, την υγρασία και οργανικό υλικό.

� Η αποσάθρωση είναι πολύ σηµαντικό µέρος του γεωλογικού κύκλου.

� Η αποσάθρωση µετατρέπει το πέτρωµα σε ρεγκόλιθο.

geophy.weebly.com

4geophy.weebly.com

3

5

Μηχανική αποσάθρωση

� Τα πετρώµατα σπαν σε ασθενή σηµεία όταν υπόκεινται σε τεκτονικές τάσεις.� Σχηµατίζονται ρωγµώσεις και διακλάσεις.

� Εάν αποµακρυνθούν τα υπερκείµενα πετρώµατα, άρα µειωθεί η λιθοστατική πίεση, απελευθερώνεται τάση, µε αποτέλεσµα οι διακλάσεις να ανοίγουν και να επιτρέπουν την κυκλοφορία νερού, αέρα και µικροοργανισµών.

geophy.weebly.com

6geophy.weebly.com

4

7

∆ιακλάσεις

� Οι διακλάσεις είναι ένα ή περισσότερα συστήµατα από παράλληλες διαρρήξεις που δεν παρουσιάζουν µετακίνηση στα εκατέρωθεν τεµάχη τους.

� Εκτός από τεκτονικές αιτίες, οι διακλάσεις µπορούν να προκληθούν και από την ψύξη ηφαιστειακών πετρωµάτων, στα οποία παρατηρούνται στηλοειδείς διακλάσεις.

geophy.weebly.com

8

Κρυστάλλωση αλάτων

� Το νερό που κινείται µέσω των διακλάσεων περιέχει διαλυµένες ουσίες. Οι ουσίες αυτές µπορεί να αποµακρυνθούν από το διάλυµα και να σχηµατίσουν άλατα.� Οι τάσεις που ασκούνται από την ανάπτυξη των

κρυστάλλων των αλάτων µπορεί να είναι πολύ µεγάλες, µε αποτέλεσµα την µηχανική καταπόνηση του πετρώµατος.� Τέτοιου είδους αποσάθρωση συναντάται π.χ. σε

βραχώδεις ακτές, στα κοιλώµατα των οποίων καθιζάνουν άλατα µετά την εξάτµιση του νερού.

geophy.weebly.com

5

9

Παγετώδης αποσφήνωση

� Όταν οι θερµοκρασίες κυµαίνονται γύρω από το σηµείο πήξης του νερού, το νερό στο υπέδαφος ή µέσα σε διαρρήξεις παγώνει και λιώνει διαδοχικά.� Καθώς το νερό σχηµατίζει πάγο, ο όγκος του αυξάνει

περίπου κατά 9%.

� Η διαδικασία αυτή οδηγεί σε ένα πολύ αποτελεσµατικό τύπο µηχανικής αποσάθρωσης που ονοµάζεται παγετώδης αποσφήνωση.

� Οι ρωγµές διευρύνονται και το πέτρωµα γίνεται πιο χαλαρό µε αποτέλεσµα το θρυµµατισµό του.

geophy.weebly.com

10geophy.weebly.com

6

11

Θερµική διαστολή και συστολή

� Εκτεθιµένα πετρώµατα σε ερήµους παρουσιάζουν επιφανειακές θερµοκρασίες έως και 80ο, ενώ έχουν παρατηρηθεί ηµερήσιες διακυµάνσεις έως και 40ο.

� Τα διάφορα ορυκτά ενός πετρώµατος διαστέλλονται σε διαφορετικό βαθµό (π.χ. ο χαλαζίας διαστέλλεται τρεις φορές περισσότερο από ότι οι άστριοι σε ένα γρανίτη).

� Πειραµατικές παρατηρήσεις δείχνουν ότι αυτός ο παράγοντας είναι υπερεκτιµηµένος.

geophy.weebly.com

12

Μηχανική αποφλοίωση και ρίζες φυτών

� Η ψύξη ενός µαγµατικού σώµατος ή η φωτιά στο εξωτερικό οποιουδήποτε πετρώµατος µπορεί να προκαλέσει αποφλοίωση.� Επειδή τα πετρώµατα είναι σχετικά κακοί αγωγοί της

θερµότητας, το εξωτερικό µέρος του πετρώµατος συµπεριφέρεται διαφορετικά και αποχωρίζεται µε τη µορφή αποφλοιώµατος.

� Όταν τα φυτά αναπτύσσονται, οι ρίζες τους διεισδύουν όλο και βαθύτερα µέσα στις διαρρήξεις, µε αποτέλεσµα την άσκηση ισχυρών πιέσεων.

geophy.weebly.com

7

13

Χηµική αποσάθρωση

� Στη χηµική αποσάθρωση οι χηµικές αντιδράσεις µετατρέπουν τα πετρώµατα και τα ορυκτά σε νέους χηµικούς συνδυασµούς (εξαλλοίωση).

� Υπάρχουν τέσσερεις τρόποι χηµικής αποσάθρωσης:� ∆ιάλυση.

� Υδρόλυση.

� Απόπλυση.

� Οξείδωση. geophy.weebly.com

14

∆ιάλυση

� Χηµικές ουσίες των πετρωµάτων διαλύονται σε νερό. Ο αλίτης (NaCl) π.χ. είναι ένα ορυκτό το οποίο µπορεί να αποµακρυνθεί εντελώς από ένα µέτρωµα µε διάλυση.� Η παρουσία έστω και µικρής ποσότητας οξέος

στο νερό αυξάνει πάρα πολύ τη διαλυτική του ικανότητα. � Το ανθρακικό οξύ (H2CO3) παράγεται µε τη

διάλυση του ατµοσφαιρικού CO2 στη βροχή. Στη συνέχεια αντιδρά µε τον ασβεστόλιθο και τον διαλύει (καρστική διάβρωση).

geophy.weebly.com

8

15geophy.weebly.com

16

Υδρόλυση

� Κάθε αντίδραση που οδηγεί στην αποσύνθεση µίας ένωσης µε συµµετοχή νερού ονοµάζεται υδρολυτική αντίδραση.� Θετικά ιόντα του πλέγµατος ορισµένων ορυκτών

αντικαθίστανται από ελεύθερα ιόντα υδρογόνου του νερού (ιοντοανταλλαγή) µε αποτέλεσµα την αποσύνθεσή τους.� Οι άστριοι, όπως και τα πλούσια σε αργίλιο ορυκτά,

είναι πολύ επιρρεπείς σε υδρόλυση µε πιο σηµαντικό προϊόν τον καολινίτη, ένα ορυκτό της αργίλου.� Τα ορυκτά της αργίλου είναι πολύ ανθεκτικά σε

επιφανειακές συνθήκες και είναι τα κύρια συστατικά των εδαφών.

geophy.weebly.com

9

17

Απόπλυση

� Η απόπλυση είναι η συνεχής αποµάκρυνση διαλυτού υλικού µε νερό από υπόβαθρο ή ρεγκόλιθο.� Οι διαλυτές ουσίες που αποπλένονται από τα

πετρώµατα κατά τη διάρκεια της αποσάθρωσης βρίσκονται σε όλα τα επιφανειακά ή υπόγεια ύδατα.� Ορισµένες φορές η περιεκτικότητα είναι αρκετά

µεγάλη ώστε να δίνει χαρακτηριστική γεύση στο νερό και να δυσκολεύει τον καθαρισµό του για υδρευτική χρήση.

geophy.weebly.com

18

Οξείδωση

� Οξείδωση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένα ιόν χάνει ένα ηλεκτρόνιο.� Η συνηθέστερη αντίδραση είναι ο σχηµατισµός

αιµατίτη: 4Fe2+ + 3O2 � 2Fe2O3. Συµβαίνει µόνο όταν ο σίδηρος έχει απελευθερωθεί από το πλέγµα των πυριτικών ορυκτών µε υδρόλυση.� Άλλη σηµαντική αντίδραση είναι η οξείδωση

σουλφιδίων (π.χ. σιδηροπυρίτη): 4FeS2 + 8H2O + 15 O2 � 2Fe2O3 +16H+ + 8SO4

-. Στην αντίδραση αυτή οφείλονται τα όξινα απόβλητα των ορυχείων.

geophy.weebly.com

10

19

Συνδυασµένες αντιδράσεις

� Σχεδόν όλες οι περιπτώσεις χηµικής αποσάθρωσης περιλαµβάνουν περισσότερους από ένα τύπο αποσάθρωσης.

� Η διάλυση παίζει ρόλο σχεδόν σε όλες τις διαδικασίες αποσάθρωσης, και συνήθως συνοδεύεται από υδρόλυση και απόπλυση.

geophy.weebly.com

20

Χηµική αποσάθρωση σε γρανίτη

� Ο γρανίτης αποσυντίθεται µε συνδυασµένη δράση της διάλυσης, της υδρόλυσης και της οξείδωσης.� Οι άστριοι, οι µαρµαρυγίες και τα

σιδηροµαγνησιούχα ορυκτά αποσαθρώνονται και σχηµατίζουν ορυκτά της αργίλου και διαλυτά ιόντα Na1+, K1+ και Mg2+.

� Οι κόκκοι του χαλαζία, λόγω του ότι δεν αντιδρούν εύκολα, παραµένουν αναλλοίωτοι.

geophy.weebly.com

11

21

Χηµική αποσάθρωση σε βασάλτη

� Όταν αποσαθρώνεται ο βασάλτης, τα πλαγιόκλαστα και τα σιδηροµαγνησιούχα ορυκτά σχηµατίζουν ορυκτά της αργίλου και διαλυτά ιόντα Na1+, Ca2+ και Mg2+.

� Ο σίδηρος από τα σιδηροµαγνησιούχα ορυκτά, µαζί µε σίδηρο του µαγνητίτη, σχηµατίζουν γκαιτίτη.

geophy.weebly.com

22

Χηµική αποσάθρωση σε ασβεστόλιθο

� Ο ασβεστόλιθος είναι το πιο κοινό ιζηµατογενές πέτρωµα. Όταν αποσαθρώνεται, υφίσταται διάλυση και υδρόλυση. Ο ασβεστίτης διαλύεται σχεδόν εντελώς, αφήνοντας µόνο τις αδιάλυτες προσµίξεις (κυρίως άργιλο και χαλαζία) που βρίσκονται πάντα σε µικρές ποσότητες στο πέτρωµα.� Τα βαριά ορυκτά (π.χ. χρυσός, λευκόχρυσος κλπ)

συνήθως αντιστέκονται στη χηµικής διάβρωση.

geophy.weebly.com

12

23

Σφαιροειδής αποσάθρωση

� Συγκεντρικά κελύφη στην εξωτερική επιφάνεια του πετρώµατος µπορεί να σχηµατιστούν κατά τη διάρκεια της αποσάθρωσης λόγω διαφορικών τάσεων µέσα στο πέτρωµα. Αυτές οι διαφορικές τάσεις οφείλονται κυρίως στη χηµική αποσάθρωση του πετρώµατος.

� Η σφαιροειδής αποσάθρωση και αποφλοίωση παράγει αποστρογγυλωµένους βράχους.

geophy.weebly.com

24geophy.weebly.com

13

25

Επιφάνεια

� Η αποτελεσµατικότητα της χηµικής αποσάθρωσης αυξάνεται όσο αυξάνεται και η επιφάνεια του πετρώµατος που υπόκειται σε αποσάθρωση.

� Η αύξηση της επιφάνειας συµβαίνει απλά µε την κατάτµηση µεγάλων τεµαχών σε µικρότερα.

geophy.weebly.com

26geophy.weebly.com

14

27

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση (1)

� Ορυκτολογία.� Η αντίσταση ενός πυριτικού ορυκτού στην

αποσάθρωση είναι µία συνάρτηση τριών παραγόντων:� Η χηµική σύσταση του ορυκτού.

� Ο βαθµός πολυµερισµού των πυριτικών τετράεδρων.

� Τη οξύτητα του νερού µε το οποίο αντιδρά το ορυκτό.

geophy.weebly.com

28

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση (2)

� Τα πιο σταθερά ορυκτά είναι:� Οξείδια και υδροξείδια του σιδήρου.

� Οξείδια και υδροξείδια του αργιλίου.

� Χαλαζίας.

� Ορυκτά της αργίλου.

� Μοσχοβίτης.

� Καλιούχοι άστριοι.

� Βιοτίτης.

� Αλβιτικά πλαγιόκλαστα.

� Αµφίβολος.

geophy.weebly.com

15

29

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση (3)

� Τα λιγότερο σταθερά ορυκτά είναι:� Πυρόξενος.

� Ανορθιτικά πλαγιόκλαστα.

� Ολιβίνης.

� Ασβεστίτης.

� Τύπος και δοµή του πετρώµατος.� Οι διαφορές στη δοµή και τη σύσταση

γειτονικών πετρωµάτων µπορεί να οδηγήσει σε διαφορικούς ρυθµούς αποσάθρωσης, µε αποτέλεσµα διαφορετικές απιφανειακές µορφολογίες.

geophy.weebly.com

30

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση (4)

� Γωνία κλίσης της µορφολογίας.� Σε ένα απότοµο πρανές, τα στερεά προϊόντα

της αποσάθρωσης αποµακρύνονται γρήγορα, µε αποτέλεσµα την αποκάλυψη συνεχώς νέου υποβάθρου.

� Σε ένα οµαλό πρανές, τα προϊόντα της αποσάθρωσης δε αποµακρύνονται εύκολα και σε ορισµένες θέσεις µπορεί να φτάσουν σε βάθος τα 50 m ή και περισσότερο.

geophy.weebly.com

16

31

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση (5)

� Κλίµα.� Η υγρασία και η θερµοκρασία ευνοούν τις

χηµικές αντιδράσεις.� Έτσι, η αποσάθρωση είναι πιο έντονη και γενικά

φτάνει σε µεγαλύτερα βάθη σε θερµά και υγρά κλίµατα, από ότι σε ψυχρά και ξηρά.

� Σε υγρές τροπικές περιοχές, όπως η κεντρική Αµερική ή η ΝΑ Ασία, τα αποτελέσµατα της χηµικής διάβρωσης είναι ορατά σε βάθος 100 m ή και περισσότερο.

geophy.weebly.com

32geophy.weebly.com

17

33

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση (6)

� Πετρώµατα όπως οι ασβεστόλιθοι ή τα µάρµαρα είναι πολύ επιρρεπή σε χηµική διάβρωση σε υγρά κλίµατα και συνήθως σχηµατίζουν χαµηλή και οµαλή µορφολογία.

� Σε ξηρά κλίµατα, τα ίδια πετρώµατα σχηµατίζουν λόφους, επειδή δεν υπάρχει αρκετό ανθρακικό οξύ για τη διάλυση των ανθρακικών ορυκτών.

geophy.weebly.com

34

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση (7)

� Πανίδα.� Πολλά ζώα που σκάβουν σήραγγες φέρνουν

µερικώς αποσαθρωµένο υλικό στην επιφάνεια της γης.

� Αν και τα ζώα αυτά δεν προκαλούν την άµεση θραύση του πετρώµατος, η συνεισφορά τους στη µετακίνηση των επιφανειακών υλικών µπορεί να είναι σηµαντική.

geophy.weebly.com

18

35

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποσάθρωση (8)

� Χρόνος.

� Απαιτούνται εκατοντάδες ή και χιλιάδες χρόνια για να αποσυντεθεί ένα σκληρό πυριγενές πέτρωµα.

� Οι διαδικασίες της αποσάθρωσης επιταχύνονται από τη θερµοκρασία, το διαθέσιµο νερό και το µειούµενο µέγεθος των κόκκων.

� Ο ρυθµός αποσάθρωσης µειώνεται µε το χρόνο, καθώς ο µανδύας αποσάθρωσης αυξάνεται σε πάχος.

geophy.weebly.com

36

Εδάφη: Προέλευση

� Τα εδάφη δηµιουργούνται από:� Τη µηχανική και χηµική αποσάθρωση των

πετρωµάτων.

� Το οργανικό υλικό που προέρχεται από την αποσύνθεση νεκρών ζώων και φυτών.

geophy.weebly.com

19

37

Εδαφικό προφίλ (1)

� Καθώς ένα έδαφος σχηµατίζεται, δηµιουργείται µία σειρά εδαφικών οριζόντων.

� Ο ανώτερος ορίζοντας είναι συνήθως µία επιφανειακή συγκέντρωση οργανικού υλικού (ορίζοντας Ο).

� Ο ορίζοντας Α είναι είτε κάτω από τον ορίζοντα Ο, είτε επιφανειακά, εφόσον ο ορίζοντας Ο απουσιάζει. Ο ορίζοντας Α είναι σκούρος λόγω παρουσίας χούµου (αποσυντιθέµενα υπολείµµατα φυτικών και ζωικών ιστών, αναµεµιγµένα µε ανόργανο υλικό).

� Ο ορίζοντας B είναι εµπλουτισµένος σε ορυκτά της αργίλου και / ή σε υδροξείδια του σιδήρου και του αργιλίου λόγω της αποσάθρωσης των ορυκτών στον ορίζοντα.

� Ο ορίζοντας C είναι ο βαθύτερος ορίζοντας και αποτελείται από πέτρωµα σε διάφορα στάδια αποσάθρωσης.

geophy.weebly.com

38geophy.weebly.com

20

39

Τύποι εδάφους

� ∆ιάφορα εδάφη δηµιουργούνται από την επίδραση έξι διαφορετικών παραγόντων:� Κλίµα.

� Βλάστηση.

� Μικροοργανισµοί.

� Σύσταση του µητρικού υλικού.

� Τοπογραφία.

� Χρόνος.

geophy.weebly.com

40geophy.weebly.com

21

41

∆ιάβρωση των εδαφών

� Ένα ανεπτυγµένο έδαφος µπορεί να χρειαστεί πολλές δεκάδες χρόνια για να σχηµατιστεί, αλλά µπορεί να καταστραφεί πολύ σύντοµα.

� Ο ρυθµός διάβρωσης του εδάφους εξαρτάται από:� Την τοπογραφία.

� Το κλίµα.

� Τη φυτοκάλυψη.

� Τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες.geophy.weebly.com

42

Μετακίνηση ιζηµάτων από τον αέρα

� Το µέγεθος των ιζηµάτων που µετακινούνται από τον άνεµο εξαρτώνται από την ταχύτητά του:� Σε πολύ δυνατές ανεµοθύελλες, µπορεί να ανυψωθούν

τεµάχη των 10 cm έως και 1 m επάνω από την επιφάνεια.

� Σε συνήθεις ισχυρούς ανέµους (50 km/h), το µεγαλύτερο µέγεθος ιζήµατος που αιωρείται είναι η άµµος.

� Σε χαµηλότερες ταχύτητες, η άµµος κινείται κοντά στο έδαφος και αιωρούνται ιζήµατα µεγέθους αργίλου ή ιλύος.

geophy.weebly.com

22

43geophy.weebly.com

44geophy.weebly.com

23

45geophy.weebly.com

46

Κύριες διευθύνσεις µετακίνησης λεπτόκοκκης σκόνης.

geophy.weebly.com

24

47geophy.weebly.com

48geophy.weebly.com

25

49

Αιολική διάβρωση

� Η διάβρωση είναι σηµαντική όπου οι άνεµοι είναι ισχυροί και διαρκούν αρκετό χρόνο.

� Ο άνεµος διαβρώνει µε δύο τρόπους:� Μεταφορά υλικού από τον άνεµο.

� Πρόσκρουση του υλικού σε υγιές πέτρωµα.

geophy.weebly.com

50

Μετακίνηση υλικού

Μετακίνηση υλικού

Πλήρης αποµάκρυνση

υλικού

geophy.weebly.com

26

51geophy.weebly.com

52geophy.weebly.com

27

53geophy.weebly.com

54

Αιολικές αποθέσεις

� Τα ιζήµατα που αποτίθενται από τον άνεµο λέγονται αιολικές αποθέσεις.

� Τα κύρια είδη αιολικών αποθέσεων είναι:� Θίνες.

� Λέσσιος.

� Σκόνη στους ωκεανούς.

� Σκόνη σε παγετώνες.

� Αποθέσεις ηφαιστειακής σποδούς.

geophy.weebly.com

28

55geophy.weebly.com

56

– Μηνοειδής.

– Εγκάρσια.

– Γραµµική.

– Αστεροειδής.

– Παραβολική.

geophy.weebly.com

29

57geophy.weebly.com

58geophy.weebly.com

30

59geophy.weebly.com