Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Κεφάλαιο 1 ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΣΤΟ ΧΩΡΑΦΙ Η επιφάνεια της Γης καλύπτεται από τρία διαφορετικά ανόργανα υλικά: Το νερό, περιλαμβανομένου και του χιονιού, τα πετρώματα.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Κεφάλαιο 1 ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΣΤΟ ΧΩΡΑΦΙ Η επιφάνεια της Γης καλύπτεται από τρία διαφορετικά ανόργανα υλικά: Το νερό, περιλαμβανομένου και του χιονιού, τα πετρώματα."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Κεφάλαιο 1 ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΣΤΟ ΧΩΡΑΦΙ Η επιφάνεια της Γης καλύπτεται από τρία διαφορετικά ανόργανα υλικά: Το νερό, περιλαμβανομένου και του χιονιού, τα πετρώματα και το έδαφος. Τα υλικά αυτά (νερό, πετρώματα και έδαφος) βρίσκονται σε ποικίλλους συνδυασμούς και ποσοστά.

2 Ι. Αποσάθρωση ενός πετρώματος καλούμε τις φυσικές, τις χημικές και τις βιολογικές καταστροφικές διεργασίες που υφίσταται το πέτρωμα, οι οποίες συντελούν στην αλλαγή των γνωρισμάτων του πετρώματος.

3 Το έδαφος είναι το αποτέλεσμα της αποσάθρωσης των πετρωμάτων, η οποία περιλαμβάνει τη φυσική και τη χημική αποσάθρωση. Με τη φυσική αποσάθρωση τα πετρώματα θρυμματίζονται σε διάφορα σημεία.

4 Με τη χημική αποσάθρωση τα πετρώματα υφίστανται μεταβολή στη χημική τους σύνθεση. Υπάρχουν και άλλες χημικές διεργασίες, οι οποίες όλες μαζί παράγουν υλικά που διαφέρουν μεταξύ τους και τα οποία ονομάζουμε έδαφος. Μεγάλης σημασίας είναι εκείνες οι διεργασίες που έχουν σχέση με τα φυτά, τα ζώα και τους μικροοργανισμούς. Το έδαφος φιλοξενεί φυτά, ζώα και μικροοργανισμούς.

5 Το έδαφος είναι κύριο συστατικό του φυσικού συστήματος. Το φυσικό σύστημα περιλαμβάνει τη λιθόσφαιρα, την ατμόσφαιρα και τη βιόσφαιρα. Οι ιδιότητες του εδάφους είναι αποτέλεσμα των φυσικών αλληλεπιδράσεων σ'αυτό το σύστημα.

6 Το έδαφος είναι απαραίτητο υλικό για πολλές ανθρώπινες δραστηριότητες και ο άνθρωπος έχει τη δυνατότητα να το αξιοποιήσει μόνον όταν γνωρίζει πως δημιουργήθηκε και πως μπορούν να επηρεαστούν οι ιδιότητες του από τις μεταβολές που συμβαίνουν στο φυσικό σύστημα, και ιδιαίτερα από τις μεταβολές που συμβαίνουν στη βιόσφαιρα.

7 Κατά τη διάρκεια του δευτέρου ημίσεως του 19ου αιώνα Ρώσοι επιστήμονες με επικεφαλής Dokuchaiev παρατήρησαν ότι οι ιδιότητες του εδάφους επηρεάζονται από ποικίλους παράγοντες. S = f (cl, p, r, v, o ) t όπου s: εκφράζει το έδαφος ή μερικές ιδιότητες του εδάφους cl: κλίμα P: μητρικό υλικό (πετρώματα) r: τοπογραφικό ανάγλυφο ν: βλάστηση ο: οργανισμοί του εδάφους t:ο χρόνος κατά τη διάρκεια του οποίου το έδαφος έχει σχηματιστεί

8 Τα ανόργανα συστατικά των εδαφών έχουν κατά μεγάλο ποσοστό κοινά χαρακτηριστικά με εκείνα του πετρώματος της προέλευσης τους, για το λόγο αυτό το πέτρωμα που έδωσε γένεση στα αντίστοιχα εδάφη ονομάζεται μητρικό πέτρωμα. Τα χαλαρά υλικά που προήλθαν από τη φυσική αποσάθρωση του μητρικού πετρώματος και που αποτέλεσαν τα υλικά από τα οποία σχηματίστηκε το υπερκείμενο έδαφος ονομάζονται μητρικά υλικά.

9 Ένα ακόμα μειονέκτημα της εξίσωσης (1.1) είναι το γεγονός ότι οι παρατηρήσεις του Dokuchaiev δίνουν έμφαση στη σημασία του κλίματος ως κύριου παράγοντα εδαφογένεσης των Ρωσικών εδαφών. Όμως μέσα σε μια περιοχή με το ίδιο κλίμα, όταν υπάρχουν σπουδαίες διαφορές στο μητρικό υλικό, τον κυριότερο παράγοντα εδαφογένεσης αποτελεί το μητρικό υλικό.

10 Στις περιπτώσεις όπου το κλίμα και το μητρικό υλικό διαφέρουν ελάχιστα σε μια εκτεταμένη περιοχή, τότε η βλάστηση και το τοπογραφικό ανάγλυφο υπερισχύουν ως παράγοντες εδαφογένεσης. Παρά το γεγονός ότι η εξίσωση (1.1) έχει πολλά μειονεκτήματα εντούτοις μας παρέχει μια λογική βάση για τη διερεύνηση των παραγόντων της εδαφογένεσης.

11 1.3. Η διαχείριση των εδαφών Στην εξίσωση (1.1) δε λαμβάνονται υπόψη οι αλλαγές που συμβαίνουν στις ιδιότητες του εδάφους ως αποτέλεσμα της καλλιέργειας των εδαφών για παραγωγή αγροτικών προϊόντων. Η καλλιέργεια των εδαφών είναι ένας από τους σπουδαιότερους παράγοντες που επηρεάζουν τις εδαφικές ιδιότητες (φυσικές και χημικές). Επομένως, στην εξίσωση του Dokuchaiev θα πρέπει να περιληφθεί και ο παράγοντας διαχείρισης των εδαφών ως ένας επιπλέον παράγοντας.

12 Έτσι, η εξίσωση (1.1) μπορεί να αποδοθεί ως εξής : s = f (cl, p, r, v,o )t 1 + (Μ)t 2 (1.2) όπου Μ είναι ο παράγοντας διαχείρισης, t 1 είναι ο συνολικός χρόνος κατά τον οποίο το έδαφος έχει σχηματισθεί και t 2 είναι ο χρόνος αφότου άρχισε το έδαφος να καλλιεργείται. Η εξίσωση (1.2) δείχνει ότι ο παράγοντας διαχείρισης του εδάφους είναι ανεξάρτητος των άλλων παραγόντων.

13 Η αλάτωση των εδαφών είναι μια από τις πλέον καταστροφικές επιδράσεις του ανθρώπου εξαιτίας της κακής διαχείρισης των νερών για άρδευση των καλλιεργειών. Η υποβάθμιση της δομής του εδάφους συντελεί στη διάβρωση των εδαφών εξαιτίας των νερών της βροχής και των ανέμων.

14 Η επίδραση της μη-κατεργασίας του εδάφους στην οργανική ουσία του, μπορεί να συγκριθεί με τις φυσικές συνθήκες, όπου η περιεκτικότητα σε οργανική ουσία αυξάνεται με συνέπεια τη βελτίωση της δομής του εδάφους. Αντίθετα, η κατεργασία του εδάφους μειώνει την περιεκτικότητα του σε οργανική ουσία, γιατί μειώνονται οι εισροές των μετασυλλεκτικών φυτικών υπολειμμάτων..

15 Το αποτέλεσμα όλων αυτών είναι η μείωση της φυσικής γονιμότητας των εδαφών διαμέσου της μειούμενης διαθεσιμότητας των θρεπτικών στοιχείων και της μειούμενης σταθερότητας των συσσωματωμάτων του εδάφους. Η μειούμενη αυτή σταθερότητα των εδαφικών συσσωματωμάτων διευκολύνει τη διάβρωση των εδαφών από το νερό και τους ανέμους.

16 1.4. Τα συστατικά του εδάφους - Στερεή, υγρή και αέρια φάση του εδάφους - Οι ζωντανοί οργανισμοί του εδάφους Οι αλλαγές στη σύνθεση των πετρωμάτων αρχικά μπορούν να λάβουν χώρα με γοργούς ρυθμούς και στη συνέχεια αυτοί να μειωθούν, όταν τα υλικά που υπέστησαν αποσάθρωση προσεγγίσουν την κατάσταση ισορροπίας στο περιβάλλον. Η αποσάθρωση του μητρικού υλικού, πετρωμάτων, περιλαμβάνει τις φυσικές, τις χημικές και τις βιολογικές διεργασίες που υφίστανται αυτά, οι οποίες συντελούν στην αλλαγή του χρώματος, της σύστασης και του μητρικού υλικού.

17 1.Φυσικές διεργασίες: Ο θρυμματισμός των πετρωμάτων είναι το αποτέλεσμα των επιδράσεων της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος καθώς και του πάγου. Τα τεμαχίδια αυτά μορφοποιούνται μηχανικά από τις δυνάμεις τριβής που αναπτύσσονται μεταξύ τους. Οι μηχανικές δυνάμεις οφειλόμενες στην τριβή δημιουργούν εδαφικά σωματίδια μικρότερα με αποτέλεσμα να δημιουργούνται κενά μεταξύ των εδαφικών σωματιδίων Οι διεργασίες αυτές που συντελούν στο σχηματισμό των εδαφικών σωματιδίων μπορούν να ταξινομηθούν ως εξής:

18 2 Χημικές διεργασίες: Στη χημική αποσάθρωση παρατηρείται μεταβολή της χημικής σύστασης ενός ή περισσοτέρων ορυκτών του πετρώματος από το νερό και τα διαλυμένα στο νερό συστατικά. Το νερό της βροχής που είναι εμπλουτισμένο με CΟ2 διαλύει τα ανθρακικά ορυκτά. Με τη χημική επίδραση του νερού σχηματίζονται νέα ορυκτά.

19 Τα πετρώματα ή τα ορυκτά τα οποία δεν έχουν υποστεί αλλαγές στη χημική τους σύνθεση ονομάζονται πρωτογενή πετρώματα ή πρωτογενή ορυκτά, τα δε ορυκτά που σχηματίσθηκαν με χημικές διεργασίες ονομάζονται δευτερογενή ορυκτά ή υλικά εδαφογένεσης.

20 3.Βιολογικές διεργασίες: Οι ρίζες των φυτών αναπτύσσονται και μεγαλώνουν στο έδαφος όπου αφήνουν ποσότητες οργανικών υπολειμμάτων. Η εδαφική πανίδα δημιουργεί κενούς χώρους και διαστήματα στο έδαφος και χρησιμοποιεί τα φυτικά υπολείμματα ως τροφή, ενώ συγχρόνως αποσυνθέτει τα φυτικά υπολείμματα και σχηματίζεται ο χούμος.

21 Είναι χαρακτηριστική η δράση των γεωσκωλήκων στο σχηματισμό του χούμου. Οι μικροοργανισμοί ζουν κυρίως στα ζωικά και φυτικά υπολείμματα. Με το θάνατο των μικροοργανισμών τα κύτταρα τους παραμένουν στο έδαφος. Τα παράγωγα του μεταβολισμού των μικροοργανισμών μεταφέρονται με τη βοήθεια των μικροοργανισμών στο νερό, οπότε αυξάνει ο ρυθμός των χημικών αντιδράσεων του νερού με τα πετρώματα και τα ορυκτά. Με τις πιο πάνω χημικές διεργασίες που αναφέραμε σχηματίζονται τα ανόργανα και τα οργανικά συστατικά του εδάφους καθώς και οι εδαφικοί πόροι

22 Οι εδαφικοί πόροι πληρούνται με νερό ή και αέρα. Η ποσοστιαία κατανομή των συστατικών στο έδαφος εξαρτάται από τη στερεή, υγρή και αέρια φάση του εδάφους. Μια μέση εκατοστιαία κατανομή περιλαμβάνει περίπου 50% στερεή φάση (45% ανόργανη και 5% οργανική φάση), 25% υγρή φάση και 25% αέρια φάση. Όπως αναφέραμε, το κατώτερο όριο της εδαφικής κατατομής συνήθως αποτελούν τα πρωτογενή πετρώματα, τα οποία δεν έχουν αλλοιωθεί από τους παράγοντες της εδαφογένεσης.

23 Η ανώτερη επιφάνεια της εδαφικής κατατομής που είναι εκτεθειμένη στο εξωτερικό περιβάλλον, μπορεί να καλλιεργείται ή να μην καλλιεργείται. Πολλές φορές, σε εδάφη με σχετικά μεγάλες κλίσεις, στο ανώτερο μέρος της εδαφικής κατατομής παρατηρούνται διαβρώσεις με αποτέλεσμα να εμφανίζονται και στην επιφάνεια βαθύτερα στρώματα της εδαφικής κατατομής

24 . Μια εδαφική κατατομή περιλαμβάνει κατά την έννοια του βάθους διάφορες εδαφικές ζώνες, Όρίζοντες'. Η ζώνη έκπλυσης αντιπροσωπεύεται από τους Α ορίζοντες, η ζώνη συσσώρευσης αντιπροσωπεύεται από τους Β ορίζοντες και η ζώνη των μητρικών πετρωμάτων χαρακτηρίζεται ως Ο.

25 Οι ορίζοντες Β, που έχουν υποστεί εμπλουτισμό σε εδαφικά συστατικά προερχόμενα από τους υπερκείμενους ορίζοντες, αποτελούν την ιλλουβιακή ζώνη της εδαφικής κατατομής. Οι ορίζοντες, οι υπερκείμενοι του μητρικού υλικού αποτελούν το μητρικό σώμα (πέδο). Τα συστατικά του μητρικού σώματος αποτελούν την πηγή των ανόργανων στοιχείων για τη θρέψη και την ανάπτυξη των φυτών, ζώων και μικροοργανισμών του εδάφους..

26 Το νερό της βροχής και της άρδευσης καταλαμβάνει τους εδαφικούς πόρους και με τη διήθηση μεταφέρεται στους βαθύτερους ορίζοντες της εδαφικής κατατομής. Με τη διαβροχή της στερεής φάσης από το νερό διάφορα άλατα διαλύονται στο νερό και διάφορα κολλοειδή αιωρούνται στο νερό Τα πετρώματα ή τα ορυκτά τα οποία δεν έχουν υποστεί αλλαγές στη χημική τους σύνθεση ονομάζονται πρωτογενή πετρώματα ή πρωτογενή ορυκτά, τα δε ορυκτά που σχηματίσθηκαν με χημικές διεργασίες ονομάζονται δευτερογενή ορυκτά ή υλικά εδαφογένεσης.

27 Οι ποσότητες των διαλυμένων αλάτων και το είδος αυτών εξαρτάται από το είδος των επιμέρους συστατικών της στερεής φάσης που διαβρέχονται από το νερό. Αν θεωρήσουμε ότι το μέσο βάθος ενός εδάφους είναι 1 μέτρο τότε η μέγιστη ποσότητα νερού που μπορεί να περιέχει το κάθε Μ3 εδάφους είναι λίτρα. Η υγρή φάση του εδάφους που καταλαμβάνει τους εδαφικούς πόρους στην οποία τα άλατα είναι διαλυμένα καλείται εδαφικό διάλυμα ή εδαφοδιάλυμα

28 Οι ρίζες των φυτών διασχίζουν τους εδαφικούς πόρους και από το εδαφικό διάλυμα τα φυτά αντλούν τα θρεπτικά συστατικά που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη τους. Η χημική σύνθεση του εδαφικού διαλύματος εξαρτάται από τις χημικές ιδιότητες των πρωτογενών συστατικών της στερεής φάσης. Οι χημικές ιδιότητες των πρωτογενών συστατικών καθορίζουν την ποιότητα και την ποσότητα των ανόργανων ενώσεων που θα διαλυθούν στην υγρή φάση.

29 Το διαλυμένο οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα στο νερό του εδάφους επηρεάζουν πολύ τις χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο εδαφικό διάλυμα. Η ποσοστιαία κατ'όγκον αναλογία της υγρής φάσης του εδάφους εξαρτάται από τους εδαφικούς πόρους και ιδιαίτερα από τους μικρούς πόρους (τριχοειδείς πόρους) του εδάφους

30 Σ' αυτούς τους πόρους το νερό συγκρατείται ισχυρά και δεν απομακρύνεται με τη βαρύτητα προς τους βαθύτερους εδαφικούς ορίζοντες, όπως συμβαίνει με τους μεγαλύτερους πόρους διαμέσου των οποίων το νερό μετακινείται, «στραγγίζει», στους βαθύτερους εδαφικούς ορίζοντες, παρασύροντας εύκολα τα διαλυμένα άλατα και τα κολλοειδή συστατικά που αιωρούνται στην υγρή φάση.

31 Με την απομάκρυνση μέρους της υγρής φάσης του εδάφους οι εδαφικοί πόροι καταλαμβάνονται από την αέρια φάση. Αναφέρθηκε προηγουμένως ότι ποσότητες οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα διαλύονται στο νερό. Είναι γνωστό ότι το οξυγόνο είναι ένα από τα πλέον απαραίτητα στοιχεία για τη ζωή στα εδάφη. Οι ζωντανοί οργανισμοί του εδάφους, οι ρίζες των φυτών και η πλειονότητα των μικροοργανισμών χρησιμοποιούν οξυγόνο και αποδεσμεύουν CΟ2 κατά τη διάρκεια της αναπνοής τους, διαμέσου της οποίας αποκτούν ενέργεια.

32 Με την έννοια αυτή μπορεί να θεωρηθεί, ότι το έδαφος 'αναπνέει'. Όλα αυτά επιτυγχάνονται με τη μετακίνηση του οξυγόνου (Ο2) από τον ατμοσφαιρικό αέρα στο έδαφος και με την απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα (CΟ2) από το έδαφος στον ατμοσφαιρικό αέρα. Η μετακίνηση του Ο2 και του CΟ2 από το έδαφος στον ατμοσφαιρικό αέρα και αντίστροφα πραγματοποιείται με διάχυση.

33 Είναι γνωστό ότι στον ατμοσφαιρικό αέρα το ποσοστό του Ο2 κατ'όγκο είναι 21% και του CΟ2 είναι 0,03%. Στην αέρια φάση του εδάφους η περιεκτικότητα σε CΟ2 εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του εδάφους, την αποσύνθεση των οργανικών ουσιών και τη μικροβιακή δραστηριότητα. Τις περισσότερες φορές η περιεκτικότητα της αέριας φάσης του εδάφους σε CΟ2 ανέρχεται σε 0,3% ή και περισσότερο.

34 Στα εδάφη οι απαιτήσεις σε οξυγόνο είναι μεγαλύτερες στους επιφανειακούς εδαφικούς ορίζοντες, όπου υπάρχει ο μέγιστος αριθμός των ριζών, μικροοργανισμών και μικρών ζώων. Στην κίνηση του ατμοσφαιρικού αέρα στο έδαφος και στην ταχύτητα ανανέωσης του αέρα στο έδαφος σημαντικό ρόλο παίζουν το μέγεθος των πόρων που επικρατούν στη στερεή φάση και η ποσότητα του νερού που συγκρατείται στους πόρους αυτούς. Μεγάλοι πόροι στο έδαφος σημαίνει ότι η ανανέωση του αέρα συμβαίνει σε μεγάλο βάθος. Αντίθετα μικροί πόροι σημαίνει κακό αερισμό του εδάφους και μεγάλο ποσοστό υγρασίας στο έδαφος.

35 ΔΕΥΤΕΡΗ ΔΙΑΛΕΞΗ

36 ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΟΡΥΚΤΑ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πετρώματα καλούνται οι μορφολογικά αυτοτελείς ανομοιογενείς δομικές μονάδες με καθορισμένη ορυκτολογική σύσταση από τις οποίες αποτελείται ο στερεός φλοιός της Γης. Τα πετρώματα εμφανίζονται συχνά με τη μορφή επάλληλων στρωμάτων και μπορεί να έχουν έκταση πολλών τετραγωνικών χιλιομέτρων και πάχος από μερικά μέτρα μέχρι χιλιόμετρα.

37 Μονoμικτα καλούνται τα πετρώματα που αποτελούνται μόνο από ένα είδος ορυκτού, π.χ. ο ασβεστόλιθος αποτελείται μόνο από ασβεστίτη, ο δουνίτης αποτελείται μόνο από ολιβίνη κ.α. Πολύμικτα χαρακτηρίζονται τα πετρώματα που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα είδη ορυκτών, π.χ. ο γρανίτης αποτελείται από χαλαζία, απόαστρίους και από βιοτίτη ή κεροστίλβη.

38 Με βάση την περιεκτικότητα των πετρωμάτων σε διοξείδιο του πυριτίου (SίΟ2) διακρίνουμε τέσσερις ομάδες : α) Όξινα πετρώματα, με SίΟ2 περισσότερο από 66%. β) Τα ενδιάμεσα πετρώματα, με SίΟ2 από 66% μέχρι 52% περίπου. γ) Τα βασικά πετρώματα, με SiΟ2 από 52% μέχρι 45% περίπου. δ) Τα υπερβασικά πετρώματα, με SϊΟ2 μικρότερο από 45%.

39 Κατηγορίες πετρωμάτων Τα πετρώματα διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες από την άποψη των συνθηκών της γένεσης τους : Τα Πυριγενή πετρώματα (igneous rocks) Τα Ιζηματογενή πετρώματα (sedimentary rocks) Τα Μεταμορφωμένα ή κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα (metamorphic rocks)

40 Πυριγενή πετρώματα Τα πυριγενή σχηματίζονται με την πήξη και κρυστάλλωση του υγρού μάγματος που προέρχεται από το βάθος της γης. Μόγμα (magma) χαρακτηρίζουμε το φυσικό πυριτικό τήγμο που περιέχει οξείδια μετάλλων, υδρατμούς και αέρια, αιωρούμενους κρυστάλλους και στερεά υπολείμματα πετρωμάτων.

41 Γεννιέται στο φλοιό της Γης ή στον επάνω μανδύα της γης μέχρι βάθους 400 km περίπου. Το μάγμα, εξαιτίας της μερικής ή ολικής ρευστής κατάστασης, έχει τη δυνατότητα της διείσδυσης μέσα στο φλοιό της Γης ή να εκχύνεται στην επιφάνεια της, οπότε στην περίπτωση αυτή χαρακτηρίζεται ως λάβα.

42 Όταν το μάγμα φθάσει γρήγορα στην επιφάνεια της Γης τότε πήζει ταχύτατα και σχηματίζει πετρώματα που καλούνται ηφαιστίτες (νolcanic rocks). Όταν το μάγμα παραμένει σε κάποιο βάθος στο εσωτερικό της Γης, τότε πήζει πολύ αργά και σχηματίζει πετρώματα που καλούνται πλουτωνίτες (plutonic rocks).

43 Στα πυριγενή πετρώματα συναντώνται οι ορυκτολογικές ομάδες του ολιβίνη, των πυροξένων, των αμφιβόλων, των μαρμαρυγιών, των αστρίων, των αστριοειδών, του χαλαζία καθώς και τα επουσιώδη ορυκτά μαγνησίτης, ιλμενίτης, τιτανίτης, απατίτης, ζιρκόνιο κ.α. Ο αριθμός αυτός των ορυκτών είναι πολύ μικρός σε σχέση με τα γνωστά ορυκτά. Στον πίνακα (2.1) παρουσιάζεται η μέση τιμή της ορυκτολογικής σύστασης των πυριγενών πετρωμάτων (Μasοη, 1956).

44 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1. Η μέση τιμή της ορυκτολογικής σύστασης των πυριγενών πετρωμάτων (Μason, 1966) Όνομα Ορυκτου Χαλαζίας Άστριοι Πυρόξενοι και Αμφίβολοι Βιοτίτης Ορυκτά τιτανίου Απατίτης Άλλα επουσιώδη ορυκτά Περιεκτικότητα % 12,0 59,5 16,8 3,8 1,5 0,6 5,8

45 Το χρώμα των πυριγενών πετρωμάτων καθορίζεται από τα ποσοστά των ορυκτών των πετρωμάτων αυτών. Ο δείκτης χρώματος των πετρωμάτων (Δ.Χ) περιλαμβάνει τα εξής μελανοκρατικά ορυκτά: Μαρμαρυγίες, αμφίβολοι, πυρόξενοι, γρανάτες, ολιβίνης, επίδοτο, αδιαφανή ορυκτά, κ.α. Η ταξινόμηση αυτή των πυριγενών πετρωμάτων περιλαμβάνει εκείνα τα πετρώματα που έχουν δείκτη χρώματος μικρότερο από 90% (Δ.Χ<90%).

46 Χημική σύσταση των πυριγενών πετρωμάτων Στον πίνακα (2.2) παρουσιάζονται οι μέσες τιμές των σπουδαιότερων χημικών ενώσεων των πυριγενών πετρωμάτων. Το SίΟ2 εμφανίζει τη μεγαλύτερη συγκέντρωση από τα άλλα οξείδια και κυμαίνεται μεταξύ 30% και 80%..

47 Το ΑΙ 2 Ο 3 κυμαίνεται μεταξύ 10% και 20% περίπου. Τα πετρώματα ανορθοσίτες περιέχουν μεγάλες ποσότητες ΑΙ2Ο3. Μικρότερες όμως ποσότητες ΑΙ2Ο3 περιέχουν πετρώματα με μικρές ποσότητες αστρίων και αστριοειδών όπως είναι τα υπερβασικά. Η περιεκτικότητα του ΜgΟ στα πυριγενή πετρώματα είναι χαμηλή, εκτός από τα υπερβασικά που είναι πλούσια σε πυρόξενους και ολιβίνη

48 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2. Οι κυριότερες χημικές ενώσεις των πυριγενών πετρωμάτων (Mason, 1966) Χημικές ενώσειςπεριεκτικότητα % Χημικές ενώσεις περιεκτικότητα % Sί0 2 ΑΙ Fe 2 Ο 3 FeΟ MgO 59,14 15,34 3,08 3,80 3,49 CaΟ Νa 2 Ο Κ 2 0 Η 2 Ο ΤίΟ 2 5,08 3,84 3,13 1,15 1,05

49 Ιζηματογενή πετρώματα Τα Ιζηματογενή πετρώμα(sedimentary rocks) σχηματίζονται από την απόθεση και συγκόλληση των υλικών της αποσάθρωσης που αιωρούνται στο νερό ή στον αέρα. Τα υλικά αυτά προέρχονται από την απόθεση υλικών ηφαιστειακής προέλευσης η από την καταβύθιση των ιόντων διαλυμάτων και από τη συσσώρευση των σκελετικών στοιχείων διαφόρων ζωικών ή φυτικών οργανισμών.

50 Με τη διεργασία της διαγένεσης μετατρέπονται τα χαλαρά ιζήματα σε συμπαγή Ιζηματογενή πετρώματα. Τα Ιζηματογενή πετρώματα αποτελούν το 7,9% του συνολικού όγκου των πετρωμάτων της Γης. Το 4,2% του όγκου τους ανήκει στους πηλολίθους, το 2% ανήκει στους ασβεστόλιθους και τους δολομίτες και το 1,7% ανήκει στους ψαμμίτες. Το 75% της επιφάνειας της Γης καλύπτεται από τα Ιζηματογενή πετρώματα.

51 Όταν τα υλικά της αποσάθρωσης συσσωρεύονται σε παχιά στρώματα, τα υλικά αυτά υφίστανται διαγένεση και αν υπάρξουν εντονότερες συνθήκες μπορεί να υποστούν μεταμόρφωση. Η ορυκτολογική και η χημική σύσταση των ιζημάτων ποικίλλει και εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως το πέτρωμα, τη γεωμορφολογία, το κλίμα, τους μηχανισμούς μεταφοράς και απόθεσης των υλικών της αποσάθρωσης, το γεωλογικό χρόνο, την τεκτονική, τη διαγένεση κ.λ.π.

52 Ανάλογα με την απόσταση απόθεσης των υλικών της αποσάθρωσης από την αρχική τους θέση διακρίνουμε : Τα κροκαλοπαγή Ιζηματογενή πετρώματα που χαρακτηρίζονται από το σχηματισμό τους κοντά στην αρχική θέση. Τους ψαμμίτες που σχηματίσθηκαν μακρύτερα από την αρχική τους θέση. Τους αργιλικούς σχιστόλιθους που σχηματίσθηκαν ακόμα μακρύτερα από την αρχική τους θέση.

53 Οι παράγοντες που συμβάλλουν στο σχηματισμό των ιζημάτων και τα επηρεάζουν να καταστούν συμπαγή είναι : Ι. Ο ρυθμός του θρυμματισμού των μητρικών πετρωμάτων. ii. Ο τρόπος και η απόσταση μεταφοράς των υλικών της αποσάθρωσης. iii. Η χημική σύσταση και η ενεργότητα του αποθετικού περιβάλλοντος. iv.Ο διαμερισμός και η ταξινόμηση των κόκκων του υλικού της απόθεσης. V. Οι χημικές αλλοιώσεις και ο βαθμός συγκόλλησης των υλικών της απόθεσης.

54 . Στάδια ιζηματογένεσης Μέχρι να σχηματισθούν τα ιζηματογενή πετρώματα μεσολαβούν τα ακόλουθα τέσσερα στάδια : Αποσάθρωση (Weathering) Μεταφορά (transportation) Απόθεση (deposition) Διαγένεση(diagenesis)

55 Ι. Αποσάθρωση ενός πετρώματος καλούμε τις φυσικές, τις χημικές και τις βιολογικές καταστροφικές διεργασίες που υφίσταται το πέτρωμα, οι οποίες συντελούν στην αλλαγή των γνωρισμάτων του πετρώματος. Διακρίνουμε φυσικούς, χημικούς και βιολογικούς παράγοντες αποσάθρωσης των πετρωμάτων. Στο κεφάλαιο (3) γίνεται εκτενής περιγραφή όλων των παραγόντων αποσάθρωσης των πετρωμάτων.

56 II.Μεταφορά των υλικών της αποσάθρωσης: Με τον όρο 'διάβρωση' χαρακτηρίζουμε το φαινόμενο που συντελεί στη μεταφορά των υλικών της αποσάθρωσης στις χαμηλότερες περιοχές του ανάγλυφου της επιφάνειας της Γης. Οι παράγοντες που συμβάλλουν στη διάβρωση είναι το νερό, ο άνεμος (αιολική), ο πάγος και η βαρύτητα. Ο όρος κλαστικός (clastic) χρησιμοποιείται στα στερεά υλικά της αποσάθρωσης που μετακινήθηκαν από τη θέση προέλευσης τους. Χερσαία (terrestiaΙ ή terrigenous) συστατικά καλούμε τα προϊόντα της διάβρωσης της χέρσου που προέκυψαν κάτω από ατμοσφαιρικές συνθήκες

57 III.Απόθεση υλικών αποσάθρωσης: Απόθεση (depositiοη) καλείται η διεργασία της συσσώρευσης των υλικών της αποσάθρωσης σε στρώματα ή ανώμαλες μάζες. Οι διεργασίες που συμβάλλουν στην απόθεση των υλικών της αποσάθρωσης είναι: Φυσικές διεργασίες απόθεσης (χερσαίες και θαλάσσιες αποθέσεις, ποτάμιες, δελταΐκές, παράκτιες, αιολικές, παγετώδεις αποθέσεις). Χημικές διεργασίες απόθεσης ( ανόργανες αποθέσεις, χημικά υπολείμματα). Βιολογικές διεργασίες απόθεσης (οργανικά υπολείμματα, οργανικά περιττώματα).

58 IV.Διαγένεση των υλικών της αποσάθρωσης: Διαγένεση καλείται το φαινόμενο της μετατροπής των ασύνδετων υλικών των ιζημάτων σε πετρώματα συμπαγή με την επίδραση ορισμένων παραγόντων. Η διαγένεση συντελείται στις κοιλότητες του στερεού φλοιού της Γης, στις θαλάσσιες λεκάνες και στους ωκεανούς. Τα διαγενετικά φαινόμενα που συμβάλλουν στην αύξηση της συνεκτικότητας των υλικών των ιζημάτων είναι πολλά. Η συμπίεση που προέρχεται από τα υπερκείμενα στρώματα προκαλεί σμίκρυνση των πόρων των υποκείμενων υλικών, απομάκρυνση του νερού και αύξηση της συνεκτικότητας.

59 Αυτό προϋποθέτει μικρές πιέσεις, γιατί διαφορετικά θα προκαλούσε μεταμόρφωση. Η θερμοκρασία του διαγενετικού περιβάλλοντος πρέπει να είναι χαμηλότερη των 300 °C. Η κυκλοφορία διαλυμάτων στους πόρους του πετρώματος και η απόθεση νέων συστατικών που βρίσκονται σε διάλυση συντελεί στη συγκόλληση των ιζημάτων. Τα ασβεστολιθικά ιζήματα υφίστανται ανακρυστάλλωση εξαιτίας των υδατικών διαλυμάτων που κυκλοφορούν σ' αυτά.

60 Μετασωμάτωση καλείται η διεργασία κατά την οποία ορισμένα συστατικά του αρχικού χαλαρού ιζήματος αντικαθίστανται από άλλα που προσκομίζονται από έξω. Το ορυκτό δολομίτης μπορεί να σχηματισθεί διαγενετικά από τον ασβεστίτη. Οι δολομίτες είναι διαγενετικής προέλευσης. Μετασωματικά σχηματίζονται οι φωσφορίτες

61 . Ταξινόμηση των ιζηματογενών πετρωμάτων Η ταξινόμηση των ιζηματογενών πετρωμάτων γίνεται με βάση την ορυκτολογική σύσταση τους, το μέγεθος των κόκκων και τον τρόπο που έχουν αποτεθεί τα συστατικά τους. Διακρίνονται οι ακόλουθες κατηγορίες: I.Τα κλαστικά ιζήματα. Τα ιζήματα αυτά σχηματίστηκαν από την απόθεση των υλικών της αποσάθρωσης με τη βοήθεια του νερού ή του ανέμου ή του πάγου τα οποία μεταπίπτουν σε συμπαγή.

62 II. Τα ηφαιστειοκλαστικά ιζήματα. Τα ιζήματα αυτά σχηματίστηκαν από την απόθεση ηφαιστειακών υλικών τα οποία αναμίχθηκαν με κλαστικά υλικά με την ενέργεια του νερού ή του ανέμου. III. Τα χημικά ιζήματα. Τα χημικά ιζήματα σχηματίστηκαν από την καταβύθιση των ιόντων διαφόρων διαλυμάτων με την επίδραση του παράγοντα της εξάτμισης. ίν. Τα βιογενή ιζήματα. Τα ιζήματα αυτά σχηματίστηκαν από τη συσσώρευση των σκελετικών στοιχείων διαφόρων ζωικών ή φυτικών οργανισμών τα οποία μεταπίπτουν σε συμπαγή υλικά.

63 . Μεταμορφωμένα πετρώματα Τα μεταμορφωμένα πετρώματα σχηματίζονται από άλλα προϋπάρχοντα που υφίστανται ορυκτολογικές και ιστολογικές αλλαγές με την επίδραση θερμοκρασίας, πίεσης και παραμορφωτικών τάσεων (φωτογραφία 2). Η αναγνώριση της ορυκτολογικής σύστασης διευκολύνει πολύ τον προσδιορισμό των μεταμορφωμένων πετρωμάτων. Τα ορυκτά που είναι διαγνωστικά για τα μεταμορφωμένα πετρώματα είναι: οι χλωρίτες, ο σερπεντίνης, ο τάλκης κ.α.

64 Παράγοντες που προκαλούν τη μεταμόρφωση Οι παράγοντες που προκαλούν τη μεταμόρφωση έχουν άμεση σχέση με τις συνθήκες του περιβάλλοντος που επικρατούν. Οι παράγοντες αυτοί είναι : Η θερμοκρασία Η λιθοστατική πίεση Η πίεση της ρευστής φάσης Οι μεταμορφωτικές τάσεις Ο γεωλογικός χρόνος

65 Η θερμοκρασία στο εσωτερικό της Γης ανεβαίνει όσο αυξάνει το βάθος. Είναι γνωστό ότι υψηλές θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 300°0 είναι δυνατόν να προκαλέσουν μεταμορφωμένα πετρώματα με την προϋπόθεση ότι δεν προκάλεσαν τήξη των υλικών, γιατί στην περίπτωση αυτή θα σχηματισθούν πυριγενή και όχι μεταμορφωμένα πετρώματα. Η λιθοστατική πίεση οφείλεται στο βάρος των υπερκείμενων στρωμάτων. Επομένως η λιθοστατική πίεση αυξάνεται με το βάθος με συνέπεια να αυξάνεται το φορτίο με το οποίο πιέζεται το πέτρωμα που υφίσταται μεταμόρφωση.

66 Η πίεση της ρευστής φάσης ως παράγοντας μεταμόρφωσης των πετρωμάτων είναι σημαντικός. Η ρευστή φάση διακρίνεται σε υγρή και αέρια φάση. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες μεταμόρφωσης χρησιμοποιείται ο όρος της ρευστής φάσης, γιατί το νερό σε υπερκρίσιμες θερμοκρασίες δε διακρίνεται σε υγρή και αέρια φάση, ενώ το CΟ2 διαλύεται στο νερό σε οποιαδήποτε αναλογία.

67 Τα συστατικά της ρευστής φάσης είναι οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα, το οξυγόνο, το χλώριο, το φθόριο, το βόριο κ. α. Το σημαντικότερο συστατικό της ρευστής φάσης των πετρωμάτων είναι το νερό το οποίο προέρχεται από το περιβάλλον του πετρώματος που υφίσταται τη μεταμόρφωση. Το CΟ2 προκύπτει από τη μετατροπή των ανθρακικών ορυκτών (ασβεστίτης) σε πυριτικά ορυκτά (βολλαστονίτης) σύμφωνα με την αντίδραση: CaCO3+ SiΟ3 CaSiΟ3 + CΟ2

68 Οι παραμορφωτικές τάσεις ως παράγοντες μεταμόρφωσης έχουν μεγάλη σημασία για τις μεταμορφωτικές διεργασίες. Οι παραμορφωτικές τάσεις διακρίνονται σε κάθετες τάσεις και σε τάσεις ολίσθησης ή διατμηματικές τάσεις. Οι κάθετες τάσεις χαρακτηρίζονται συμπιεστικές όταν ενεργούν στον ίδιο φορέα αλλά με αντίθετη φορά με τρόπο ώστε να συγκλίνουν στο πέτρωμα που τις υφίσταται, ή εφελκτικές όταν ενεργούν στον ίδιο φορέα αλλά με αντίθετη φορά με τρόπο ώστε να αποκλίνουν.

69 Ο γεωλογικός χρόνος έχει μεγάλη σημασία για τις μεταμορφωτικές τάσεις. Οι πλαστικές παραμορφώσεις ευνοούνται από την επίδραση ισχυρών τάσεων, οι οποίες ενεργούν για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ για τις ελαστικές παραμορφώσεις επιφέρουν ισχυρότατες τάσεις οι οποίες ενεργούν για μικρό διάστημα.

70 Η χημική σύσταση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων Η χημική σύσταση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων μπορεί να αντιστοιχεί στη σύσταση του πυριγενούς ή ιζηματογενούς πετρώματος από το οποίο προήλθε, Αλλά μπορεί να είναι τελείως διαφορετική από αυτή λόγω μετασωμάτωσης.

71 Τα χημικά κριτήρια αξιολόγησης της ιζηματογενής προέλευσησ ενός μεταμορφωμένου πετρώματος είναι - Η περίσσεια του τριοξειδίου του αργιλίου (ΑΙ203). -Το Κ2Ο>Νa2Ο σε συνδυασμό με ΜgΟ>CaO που είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα των αργιλωδών πετρωμάτων και ιδιαίτερα εκείνων που περιέχουν αξιόλογα ποσά ιλλίτη και μοντμοριλλονίτη. - Οι υψηλές περιεκτικότητες του διοξειδίου του πυριτίου (SίΟ2) που σημαίνει ότι υπάρχει πιθανότητα το πέτρωμα να ήταν στην αρχή ψαμμίτης ή κερατόλιθος.

72 ισοχημική μεταμόρφωση, έχουμε Όταν η χημική σύσταση ενός πετρώματος μπορεί να μείνει σταθερή κατά το μεταμορφισμό. αλλοχημική ή μετασωμάτωση μεταμόρφωση έχουμε. όταναλλάξει η χημική σύσταση με την είσοδο ή την απομάκρυνση υλικού στο μεταμορφικό σύστημα. Τα πετρώματα που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια της Γης όταν μεταμορφώνονται, υπόκεινται σε ενυδάτωση και οξείδωση εξαιτίας της επίδρασης της ατμόσφαιρας και της υδρόσφαιρας.

73 Οι κυριότερες κατηγορίες μετασωμάτωσης είναι : Αλκαλιούχος μετασωμάτωση (αλκαλιμέταλλα). Ασβεστούχος μετασωμάτωση (Ca). Σιδηρο-μαγνησιο-πυριτική μετασωμάτωση Fe, Mg, SiΟ2). Βοριούχος μετασωμάτωση (B, Li, F, Cl, Si, Sn). CΟ2 μετασωμάτωση (CΟ2)

74 ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΟΡΥΚΤΩΝ Αποσάθρωση ενός πετρώματος καλούμε τις φυσικές, τις χημικές και τις βιολογικές καταστροφικές διεργασίες που υφίσταται το πέτρωμα, οι οποίες συντελούν στην αλλαγή του χρώματος, της σύστασης και της μορφής του πετρώματος (φωτογραφία 1). Η σταθερότητα των πετρωμάτων εξαρτάται από τις συνθήκες σχηματισμού τους και από τη δομή τους.

75 Στη φυσική αποσάθρωση ενός πετρώματος διαταράσσεται η συνοχή και οι μηχανικές ιδιότητες του. Στη χημική αποσάθρωση παρατηρείται μεταβολή της χημικής σύστασης ενός ή περισσότερων ορυκτών του πετρώματος από το νερό και τα διαλυμένα στο νερό συστατικά. Το νερό της βροχής εμπλουτισμένο με το C02 διαλύει κυρίως τα ανθρακικά ορυκτά μετατρέποντας τα σε διαλυτά όξινα ανθρακικά άλατα Οι βιολογικές αποσαθρώσεις προκαλούν κυρίως χημικές επιδράσεις και μεταβολές στη χημική σύσταση ενός ή περισσότερων ορυκτών του πετρώματος. Σε υγρές και θερμές περιοχές οι χημικές αποσαθρώσεις είναι συνήθως εντονότερες.

76 Φυσική αποσάθρωση Οι κυριότεροι παράγοντες φυσικής αποσάθρωσης είναι: Ι. Οι μεταβολές της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ημέρας ή κατά τη διάρκεια του έτους. Οι εποχιακές διακυμάνσεις επιδρούν στα πετρώματα και προκαλούν διαστολή και συστολή με αποτέλεσμα να καταστραφεί η συνοχή τους. Οι διαφορές στο βαθμό διαστολής μεταξύ των σημείων που βρίσκονται στην άμεση επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας και εκείνων των σημείων που βρίσκονται στο εσωτερικό του πετρώματος έχουν ως αποτέλεσμα το θρυμματισμό αυτών. Όσο περισσότερα είναι τα ορυκτά του πετρώματος, τόσο πιο έντονος είναι ο θρυμματισμός τους.

77 Επίσης, η μικρή θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων περιορίζει τη μεταβολή της θερμοκρασίας μόνο στα εξωτερικά τμήματα τους και δημιουργεί ρωγμές στην επιφάνεια τους. Η απορρόφηση του νερού από τα πετρώματα προκαλεί θρυμματισμό σ'αυτά γιατί δημιουργούνται ισχυρές εσωτερικές τάσεις εξαιτίας της αύξησης του όγκου του πετρώματος. II. Ο σχηματισμός πάγου στις ρωγμές των πετρωμάτων προκαλεί θρυμματισμό αυτών εξαιτίας των ισχυρών τάσεων που δημιουργούνται από τη διαστολή τους. Η επίδραση του πάγου στην αποσάθρωση των πετρωμάτων είναι εντονότερη σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και μεγάλα υψόμετρα.

78 Χημική αποσάθρωση Τα μόρια του νερού εξαιτίας της διπολικότητας που έχουν έλκονται από τα φορτισμένα ιόντα των ορυκτών με αποτέλεσμα τα ιόντα να ενυδατώνονται και να απομακρύνονται από το κρυσταλλικό πλέγμα του ορυκτού. Η μεσολάβηση του νερού στην αποσάθρωση των πετρωμάτων και των ορυκτών εξηγεί και τη διαφορά συγκεντρώσεων των διάφορων χημικών στοιχείων στο νερό της βροχής και στο νερό των ποταμών (πίνακας 3.1).

79 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.1. Περιεκτικότητα νερού βροχής και ποταμών σε διαλυμένα άλατα (mmol l -1 ) Χημικά στοιχεία Νερό βροχής (mmol l-1) Νερό ποταμών (mmol l -1 ) Νa + Κ + Μ 8 ++ Ca ++ Cl ΗC0 3 - S SAR* 0,086 0,008 0,011 0,002 0,107 0,002 0,006 0,75 0,27 0,06 0,17 0,38 0,22 0,96 0,12 0,38 *SAR= (Νa+) /(Ca 2+ + Μg 2+ )1/2 όπου () η συγκέντρωση των στοιχείων σε mmol,l -1

80 Το νερό της βροχής που είναι εμπλουτισμένο με CΟ2 διαλύει τα ανθρακικά ορυκτά και τα μετατρέπει σε διαλυτά όξινα ανθρακικά άλατα. Οι χημικές διεργασίες που συνιστούν τη χημική αποσάθρωση είναι η διάλυση, η υδρόλυση, η ενυδάτωση, η οξείδωση, η αναγωγή κ.λ.π.

81 1. Διάλυση Η διαλυτότητα των διαφόρων συστατικών εξαρτάται από τη θερμοκρασία, την παρουσία του C02, και την ποσότητα του νερού. Όλα τα ορυκτά δε διαλύονται εξίσου στο φυσικό νερό και χαρακτηρίζονται από αδιάλυτα μέχρι πολύ διαλυτά. Ο αλίτης (ΝaCΙ) είναι πολύ διαλυτός στο φυσικό νερό. Η γύψος έχει διαλυτότητα 40 φορές μικρότερη της διαλυτότητας του αλίτη. Ο ασβεστίτης έχει μικρή διαλυτότητα στο φυσικό νερό. Στη φύση βέβαια ο ασβεστίτης έχει μεγάλη διαλυτότητα που οφείλεται στη παρουσία διαλυμένου CΟ2 στο νερό, σύμφωνα με την παρακάτω αμφίδρομη αντίδραση :

82 CaCO 3 + Η 2 Ο + CΟ Ca(ΗCΟ 3 ) 2 Η διάλυση έχει μεγάλη σημασία για τα ασβεστολιθικά πετρώματα εξαιτίας της μεγάλης εξάπλωσης τους στην επιφάνεια της Γης και των μορφολογικών χαρακτηριστικών που εμφανίζουν π. χ. σπήλαια, καταβόθρες, κ. λ. π. Με ανάλογο τρόπο διαλύονται ο μαγνησίτης και ο δολομίτης. Ο χαλαζίας διαλύεται σε πυριτικό οξύ ως εξής : SίΟ 2 + 2Η 2 Ο SiΟ 4 (πυριτικό οξύ) Η υδρόλυση ευνοείται από την παρουσία ελεύθερων ιόντων Η" με τα οποία είναι εμπλουτισμένο το νερό εξαιτίας της διάλυσης του ΟΟ2 σε αυτό. Τα αργιλικά ορυκτά που προέρχονται από τη χημική εξαλλοίωση των πυριτικών ορυκτών εξαρτώνται από τις συνθήκες του περιβάλλοντος που επικρατούν. Ο καολινίτης ανευρίσκεται σε εύκρατα κλίματα με πολλές βροχές και ο σχηματισμός του ευνοείται περισσότερο σε όξινο περιβάλλον. Είναι γνωστό ότι οι πολλές βροχές δημιουργούν όξινες εδαφικές συνθήκες. Ο σμεκτίτης και ο ιλλίτης είναι διαδεδομένα σε ημίξηρα κλίματα και ο σχηματισμός τους ευνοείται περισσότερο σε αλκαλικό περιβάλλον με την παρουσία των ιόντων του ασβεστίου, του νατρίου, του μαγνησίου, του σιδήρου και του καλίου. Σε αλκαλικό περιβάλλον ευνοείται ο σχηματισμός του μοντμοριλλονίτη. Σε τροπικές και υποτροπικές υγρές περιοχές τα προϊόντα της εξαλλοίωσης είναι πλουσιότερα σε οξείδια και υδροξείδια του αργιλίου και του σιδήρου καθώς και σε 5ίΟ2.

83 Υδρόλυση Υδρόλυση χαρακτηρίζουμε την επίδραση του νερού στα ορυκτά των πετρωμάτων με συνέπεια το σχηματισμό ελεύθερων υδροξυλίων ή υδροξυλιούχων ενώσεων π. χ. η καολινίωση, κ. λ. π.

84 Η υδρόλυση ευνοείται από την παρουσία ελεύθερων ιόντων Η+ με τα οποία είναι εμπλουτισμένο το νερό εξαιτίας της διάλυσης του CΟ2 σε αυτό. Τα αργιλικά ορυκτά που προέρχονται από τη χημική εξαλλοίωση των πυριτικών ορυκτών εξαρτώνται από τις συνθήκες του περιβάλλοντος που επικρατούν. Ο καολινίτης ανευρίσκεται σε εύκρατα κλίματα με πολλές βροχές και ο σχηματισμός του ευνοείται περισσότερο σε όξινο περιβάλλον. Είναι γνωστό ότι οι πολλές βροχές δημιουργούν όξινες εδαφικές συνθήκες.

85 Ο σμεκτίτης και ο ιλλίτης είναι διαδεδομένα σε ημίξηρα κλίματα και ο σχηματισμός τους ευνοείται περισσότερο σε αλκαλικό περιβάλλον με την παρουσία των ιόντων του ασβεστίου, του νατρίου, του μαγνησίου, του σιδήρου και του καλίου. Σε αλκαλικό περιβάλλον ευνοείται ο σχηματισμός του μοντμοριλλονίτη. Σε τροπικές και υποτροπικές υγρές περιοχές τα προϊόντα της εξαλλοίωσης είναι πλουσιότερα σε οξείδια και υδροξείδια του αργιλίου και του σιδήρου καθώς και σε SίΟ2.

86 Η υδρόλυση των αργιλιοπυριτικών ορυκτών γίνεται με πιο βραδύ ρυθμό εξαιτίας των ισχυρών δεσμών Si - Ο και ΑΙ - Ο. Έτσι, παρά το γεγονός ότι η υδρόλυση προχωρεί αργά, η αποσάθρωση προχωρεί και έχουμε διάφορα παραπροϊόντα μέχρι και το σχηματισμό δευτερογενών ορυκτών και άμορφων οξειδίων- υδροξειδίων ως τελικά προϊόντα : K Al Si 3 O 8 + HOH > K + + OH - +HAlSi 3 O 8 (μικροκλινής) 2ΗΑlSi 3 Ο 8 + 9ΗΟΗ > ΑΙ 2 Si 2 Ο 5 (ΟΗ) 4 + 4H 4 SiO 4 (καολινίτης) (πυριτικό οξύ) ΚΑΙSi 3 Ο 8 + ΗΟΗ > Κ* + ΟΗ - + ΗΑΙSi 3 Ο 8 (μικροκλινής)

87 3ΚΑΙSί 3 Ο 8 + 2Η+ + 2ΗΟΗ --- >ΚΑΙ 3 Si 3 Ο 10 (ΟΗ) 2 + 2Κ+ + 6Η 4 SiΟ 4 (ιλλίτης) Η αντίδραση υδρόλυσης των καλιούχων αστρίων για το σχηματισμό του ιλλίτη: 5ΚΑΙSί 3 Ο 8 + 4Η* + 4(ΗCΟ 3 ) + 16Η 2 Ο > - * ΚΑΙ 4 ( AlSi 7 Ο 20 )(ΟΗ) 4 + 8H 4 SiΟ 4 + 4Κ+ + 4(ΗCΟ3) -

88 Σε πιο έντονες συνθήκες αποσάθρωσης σχηματίζεται ο καολινίτης (ο χημικός τύπος του καολινίτη για μισή κυψελίδα) από τον ιλλίτη : 2 ΚΑΙ 4 ( AlSi 7 Ο 20 )(ΟΗ) 4 + 2Η+ + 2(ΗCΟ 3 ) + 13Η 2 Ο > (ιλλίτης) ΑΙ 2 Si 2 Ο 5 (ΟΗ) 4 + 4Η 4 SiΟ 4 + 2Κ+ + 2(ΗCΟ 3 )- ( καολινίτης)

89 Σε δριμύτερες συνθήκες αποσάθρωσης συμβαίνει αποπυριτίωση του καολινίτη και σχηματισμός του γκιψίτη : ΑΙ 2 Sί 2 Ο 5 (ΟΗ) 4 + 5Η 2 Ο > 2ΑΙ(ΟΗ) 3 + 2Η 4 SiΟ 4 Με την παρουσία των ασθενών οξέων Η2C03 και Η4SίΟ4 στην υγρή φάση επιτυγχάνεται πιο αποτελεσματικά η υδρολυτική αποσάθρωση.

90 Το CΟ2 προέρχεται : Από την οξείδωση των οργανικών ουσιών. Από την αναπνοή του ριζικού συστήματος των φυτών. Το CΟ2 διαλύεται στο νερό και παράγεται ανθρακικό οξύ. Το ανθρακικό οξύ (Η2CO3) διίσταται σε όξινα ανθρακικά ιόντα ως εξής: CΟ2 + Η2Ο > Η2CΟ > Η+ + ΗCΟ3- Η παρουσία του CΟ2 στο νερό διαλύει το CaC03 ως εξής : CaC03+ Η2CΟ > Ca(ΗCΟ3)2 Επίσης το υδατοδιαλυτό CΟ2 προκαλεί και αποσάθρωση στον ανορθίτη. CaΑΙ2Si2Ο8 + 2Η2CΟ > Ca (ΗCΟ3)2 + 2Η+ Τα παραγόμενα Η+ συνεχίζουν την πορεία της αποσάθρωσης μέχρι του σχηματισμού άμορφων οξειδίων.

91 3.Ενυδάτωση Ενυδάτωση χαρακτηρίζουμε τη διεργασία κατά την οποία μερικά ορυκτά προσλαμβάνουν νερό. Το φαινόμενο της ενυδάτωσης παρατηρείται σε θειικά, ανθρακικά και πυριτικά άλατα αλλά και σε μερικά οξείδια. Η μετατροπή του ανυδρίτη σε γύψο είναι χαρακτηριστικό παράδειγμα ενυδάτωσης, ενώ ταυτόχρονα παρατηρείται αύξηση του όγκου του κατά 62% και μεταβολή των φυσικών του ιδιοτήτων : CaSΟ 4 + 2Η 2 Ο > CaSΟ 4.2Η 2 0 Η μετατροπή του αιματίτη (α-Fe2Ο3) σε μια μορφή λειμωνίτη : 2Fe 2 Ο 3 + 3Η 2 Ο > 2Fe 2 O 3 +3Η 2 0

92 4. Οξείδωση Οξείδωση σημαίνει απώλεια ηλεκτρονίου από ένα στοιχείο και αύξηση του θετικού φορτίου κατά ένα ή περισσότερα σθένη. Στα πρωτογενή ορυκτά τα στοιχεία που βρίσκονται στις κρυσταλλικές δομές είναι ο Fe 2+ και το Μη 2+. Επίσης το θείο στην ένωση FeS 2 υφίσταται την οξειδωτική δράση του Ο 2 του ατμοσφαιρικού αέρα και μετατρέπεται στα αντίστοιχα οξείδια του σιδήρου: 2FeS /2 O >. Fe 2 Ο 3 + 4(SO 4 ) Η +

93 Ο αιματίτης (α-Fe2Ο3) μετατρέπεται σε γκαιτίτη σύμφωνα με την παρακάτω αντίδραση: Fe2Ο3 + Η >. 2FeΟΟΗ Τα στοιχεία S και Μη οξειδώνονται σε S 6+ και Μη 4+. Στο κρυσταλλικό πλέγμα η αύξηση του σθένους κατά μία μονάδα ή και περισσότερες μονάδες ανατρέπει την ηλεκτρική ουδετερότητα. Αυτό οδηγεί στην απομάκρυνση ενός στοιχείου από την κρυσταλλική δομή τη δημιουργία ενός κενού με αποτέλεσμα ή τη συρρίκνωση ή τη διάνοιξη διόδου για προσβολή από π.χ. το Η*.

94 Κατά την οξείδωση του Fe 2+ στο βιοτίτη μπορεί να αποβληθεί Κ+ και να σχηματισθεί βερμικουλίτης ΚΑΙ(Μg,Fe 2 +)3Sϊ 3 O 10 (ΟΗ) > Μg 3 (ΑΙ,Sί) 4 O 10 (ΟΗ) 4.Η2Ο + Κ + (βιοτίτης) (βερμικουλίτης)

95 Στην περίπτωση του φαϋαλίτη και του πυρίτη το τελικό προϊόν είναι οξείδια ή υδροξείδια σιδήρου διαφόρου βαθμού ενυδάτωσης. Fe2SiΟ4 + 1/2Ο2 + 5Η2Ο --- -> 2Fe(ΟΗ)3 + Η4SiΟ4 (φαϋαλίτη) 4Fe2+S2 + 15Ο2 + 10Η2Ο --- -> 4Fe3+ΟΟΗ + 8 Η2SΟ4 (ττυρίτης) (γκαιτίτης) Κατά την εξόρυξη σιδηρομεταλλευμάτων πυρίτη το παραγόμενο Η2SΟ4 δημιουργεί περιβαλλοντικά προβλήματα.

96 5.Αναγωγή Στην αναγωγή παρατηρείται μερική ή ολική απομάκρυνση του οξυγόνου από τις ενώσεις που το περιέχουν. Αναγωγική δράση ασκούν τα οργανικά οξέα που βρίσκονται διαλυμένα στο νερό. Με τη βοήθεια θειοβακτηρίων η γύψος ανάγεται και σχηματίζεται το αυτοφυές θείο, ενώ το ασβέστιο που απομένει σχηματίζει CaCΟ3

97 Βιολογική αποσάθρωση Στη βιολογική αποσάθρωση των πετρωμάτων και των ορυκτών σπουδαίο ρόλο παίζει η βιολογική δραστηριότητα των μικροοργανισμών (φύκη, λειχήνες, βακτήρια, βρύα κ.λ.π.). Οι λειχήνες όταν διαστέλλονται και συστέλλονται αποσυνθέτουν τους σχιστοπηλούς επάνω στους οποίους αναπτύσσονται. Στα γρανιτικά πετρώματα όταν οι λειχήνες διεισδύσουν, διασπούν τα φυλλώδη ορυκτά τους.

98 Τα βρύα, όταν είναι προσκολλημένα σε πετρώματα, συγκρατούν αρκετή ποσότητα νερού που είναι απαραίτητη σ'αυτά για τις περιόδους ξηρασίας. Οι ρίζες των φυτών εκκρίνουν CΟ2 κατά τη διάρκεια της αναπνευστικής λειτουργίας αυτών (φωτογραφία 4). Επίσης, το ριζικό σύστημα των φυτών εκκρίνει οργανικές ενώσεις ως αποτέλεσμα της μεταβολικής δραστηριότητας του.

99 Αν το ριζικό σύστημα των φυτών προσλαμβάνει από το εδαφικό διάλυμα περισσότερα κατιόντα από τα ανιόντα, τότε οι ρίζες εκκρίνουν υδρογόνα για την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας στο εδαφικό διάλυμα, οπότε η τιμή του ρΗ στη ριζόσφαιρα μειώνεται. Απεναντίας, όταν οι ρίζες προσλαμβάνουν από το εδαφικό διάλυμα περισσότερα ανιόντα από τα κατιόντα, τότε απελευθερώνονται από αυτές υδροξύλια και η τιμή του ρΗ στη ριζόσφαιρα ανυψώνεται. Η έκκριση υδρογόνων από τις ρίζες των φυτών έχει ως συνέπεια τη χημική αποσάθρωση των ορυκτών του εδάφους στην περιοχή της ριζόσφαιρας (Μήτσιος Ι.Κ., 1994).


Κατέβασμα ppt "Κεφάλαιο 1 ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΣΤΟ ΧΩΡΑΦΙ Η επιφάνεια της Γης καλύπτεται από τρία διαφορετικά ανόργανα υλικά: Το νερό, περιλαμβανομένου και του χιονιού, τα πετρώματα."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google