Φυσική αποσάθρωση: Αλλοίωση πετρώματος ως προς τις μηχανικές

Παρουσίαση με θέμα: "Φυσική αποσάθρωση: Αλλοίωση πετρώματος ως προς τις μηχανικές"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Φυσική αποσάθρωση: Αλλοίωση πετρώματος ως προς τις μηχανικές
ιδιότητες – μέγεθος (οφείλεται σε άσκηση ανομοιότροπων τάσεων)

2 Φυσική αποσάθρωση = μηχανική αλλοίωση πρωτογενών ορυκτών, και
κατατεμαχισμός τους. Αποτέλεσμα του κατατεμαχισμού είναι η αύξηση της ειδικής επιφάνειας Δρα το νερό αποτελεσματικότερα για χημική αλλοίωση (αποσάθρωση) Πλευρά=1 mm Επιφάνεια πλευράς=1 mm2 x6 πλευρές συνολική επιφ=6 mm2 Πόσα έχουμε; Κατατεμαχισμός 1000 x σε κάθε πλευρά 1000 x1000 x1000 =109 Άρα συνολική επιφάνεια για 109 =109 x 6 mm2 = 6 x 103 m2 /βάρος (1 g) = ss = 6 m2 g-1 ss = 6 x 103 m2 g-1 Ας υποθέσουμε ότι ο κύβος έχει πλευρά 1 m και βάρος 1 g. Επιφάνεια πλευράς=1 m2 x 6 πλευρές Επιφάνεια = 6 m2 /βάρος (1 g)

3 Φυσική αποσάθρωση Θερμοκρασία Διαφορές θερμοκρασίες φέρουν άνισες πιέσεις Διαφορά εσωτερικό-εξωτερικό πετρώματος (αποφλοίωση) Διαφορά ηλιοφάνειας-σκίασης Διαφορά πρωί-μεσημέρι Διαφορά χρώματος ορυκτών Χαρακτηριστική «γλυπτική» αιολικής διάβρωσης σε τοπίο με χαμηλή βλάστηση Νερό Μηχανική τριβή, μεταφορά, απόθεση τεμαχίων πετρωμάτων Παγετός Πάγος: μεγαλύτερος όγκος Κύκλοι τήξης-πήξης: σφήνες Παγετώνας Τεράστιες δυνάμεις εκτριβής και μεταφορικές ικανότητες Άνεμοι Λείανση του τοπίου με εκτριβή και μεταφορά τεμαχίων

4 Ιζηματογενές πέτρωμα, Ν.Τρικάλων Ιζηματογενές πέτρωμα αποφλοιωμένο, Ν.Τρικάλων Το πέτρωμα αποτελείται από λευκές (πιθανόν ασβεστίτης) και ερυθρές διαδοχικές στρώσεις Η λευκή στρώση έχει αρχίσει να απολεπίζεται ως αποτέλεσμα φυσικής αποσάθρωσης (αποτέλεσμα θερμοκρασίας)

5 Πίνδος, Ν. Ιωαννίνων Η τομή για διάνοιξη δρόμου «αποκάλυψε» φλύσχη με πολύχρωμες στρώσεις (πιθανόν επικαλύψεις οξειδίων Fe) Η διαστολή νερού όταν παγώνει τεμάχισε το βράχο σε πολλά μικρά «πλακάκια». Λόγω μικρού μεγέθους και μεγαλύτερης επιφάνειας έκθεσης, η μεταφορά τους και χημική αποσάθρωσή τους είναι πλέον ευχερής.

6 Τα υλικά των πετρωμάτων αλλοιώνονται (αποσαθρώνονται) για να
παράξουν άλλα πιο ανθεκτικά. Σταθερότητα πετρωμάτων Γενική πορεία σχηματισμού: από τα βασικά στα όξινα, πχ. γάββρος γρανίτης Εξαρτάται από σταθερότητα επιμέρους ορυκτών Στα ίδια πετρώματα: εξαρτάται από μέγεθος κρυστάλλων των ορυκτών Στα ιζηματογενή: εξαρτάται εκτός των ορυκτών, και από το συγκολλητικό υλικό (πχ. Si2O > CaCO3) Σταθερότητα ορυκτών Εξαρτάται από λόγο Si/O: Si/O σταθερότητα ορυκτού Μέσα στην ίδια ομάδα (με παρόμοιο Si/O): εξαρτάται από περιεκτικότητα σε κατιόντα. Συνήθως: Fe σταθερότητα ορυκτού Πχ. φορστερίτης (Mg2SiO4) > φαϋαλίτης (Fe2SiO4) Μοσχοβίτης K(Si3AlO10)Al2(OH)2 > Βιοτίτης K(Si3AlO10)Fe3(OH)2

7 Δευτερογενή ορυκτά: Θειικά και ανθρακικά ορυκτά: πολύ ευδιάλυτα (με Θ > Α) Ακολουθούν τα πυριτικά ορυκτά της αργίλου Σειρά σταθερότητας 1:1 > 2:1 > 2:1:1 Πχ. καολινίτης > μοντμοριλλονίτης > χλωρίτης Πιο ανθεκτικά από όλα είναι τα οξείδια Fe και Al Κυριαρχούν σε εδάφη προχωρημένης αποσάθρωσης (δείκτες ηλικίας)

8 Και η βιολογική αποσάθρωση:
συνδυασμός φυσικής και χημικής Δάσος μαύρης πεύκης, Μέτσοβο

9 Χημική αποσάθρωση: Χημική αλλοίωση πρωτογενών ορυκτών
Έλλειψη χημικής ισορροπίας νερού-ορυκτού Η ικανότητα του νερού να διαλυτοποιεί ορυκτά φαίνεται παρακάτω: Νερό βροχής (σε mmol L-1) Νερό ποταμών Αύξηση Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Cl- HCO3- SO42- 0, ,27 3 0, ,06 7 0, ,17 15 0, ,38 19 0, ,22 2 0, , 0, ,12 20 Η αύξηση αυτή προέρχεται από ιόντα που πριν ανήκαν σε ορυκτά. Το νερό τα «διαλυτοποίησε» αποσαθρώνοντας τα ορυκτά.

10 1. Ενυδάτωση Προσκόλληση H2O σε ορυκτό και αλλοίωση της υφής και δομής του: 5Fe2O3 + 9H2O Fe10O15.9H2O Αιματίτης Φερριϋδρίτης 2. Διαλυτοποίηση CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O Ανυδρίτης Γύψος NaCl (g L-1) CaSO4.2H2O 0.26 CaCO CaSO4.2Η2Ο + 2H2O Ca2+ + SO H2O Γύψος (στ) (δ/μα) (δ/μα) 3. Υδρόλυση Αντίδραση με Η+ του Η2Ο (με οξύτητα) (ορυκτό)Α + H+ + Η+.ΟΗ = (ορυκτό)B + (κατιόν)n+ + ασθενές οξύ Μπορεί να μην παραχθεί αν το (ορυκτό)Α δεν περιέχει Si ή αν είναι πολύ ευαποσάθρωτο Δεν θα υπάρξει Η+, αν δεν υπάρχει κατιόν στο δεξί μέρος H4SiO4 (πυριτικό οξύ) αν το (ορυκτό)Α περιέχει Si

11 (ορυκτό)Α + H+ + Η+.ΟΗ- = (ορυκτό)B + (κατιόν)n+ + ασθενές οξύ CaCO H+ = Ca H2CO3 Δεν υπήρξε γιατί το (ορυκτό)Α δεν ήταν Si 2ΚAlSi3O8 + 2Η+ + 9H+.OH- = (Si2O5)Al2 (OH)4 + 2K+ + 4H4SiO4 Μικροκλινής Καολινίτης Το Κ+ ανήκει στο εδαφικό διάλυμα: θα προσληφθεί ή θα εκπλυθεί Το H4SiO4 είναι ευδιάλυτο: θα εκπλυθεί Αν έχουμε βροχερά κλίματα Κατιόντα και πυριτικό οξύ θα εκπλένονται Το δεξί μέρος της ισορροπίας θα είναι συνεχώς ελλειμματικό Η αντίδραση θα χωρεί συνεχώς δεξιά Άρα σε βροχερά κλίματα η υδρόλυση (αποσάθρωση) ταχεία Το (ορυκτό)Α αποσαθρώνεται ταχέως Θ αντίδραση χωρεί δεξιά Άρα σε θερμά κλίματα αποσάθρωση Εξαρτάται από κλιματικές συνθήκες: Θερμοκρασία, βροχόπτωση

12 Κάτω από διαφορετικές κλιματικές συνθήκες ίδια ορυκτά θα
ακολουθήσουν διαφορετική πορεία αποσάθρωσης Καιρικές συνθήκες και υδρόλυση ορυκτών  Θ +  Βροχόπτωση  έντονη υδρόλυση Γιατί είναι χημική αντίδραση και επιταχύνεται με Θ και … Γιατί η βροχή απομακρύνει συνεχώς τα παραγόμενα κατιόντα  Η αντίδραση χωρεί συνεχώς δεξιά (συνεχής υδρόλυση)

13 Οξείδωση στοιχείου   + σθένους  αποβολή
κατιόντος για εξισορρόπηση φορτίου 4. Οξείδωση Συρρίκνωση και αλλοίωση κρυστάλλου ή άνοιγμα διόδου για προσβολή από Η+ (υδρόλυση) Τυπική αντίδραση αποσάθρωσης Si-ορυκτού που περιέχει Fe προς οξείδια Fe Fe Fe3+ Fe2+2SiO4 + 0,5O2 + 5H2O Fe3+(OH)3 + H4SiO4 Φαϋαλίτης Πυριτικό οξύ 4Fe2+S2 + 15O2 + 10H2O Fe3+OOH + 8H2SO4 Σιδηροπυρίτης (σιδηρομετάλλευμα) Γκετίτης Θειικό οξύ Σε περιοχές εξόρυξης σιδήρου η οξείδωση του ορυκτού εκλύει μεγάλες ποσότητες οξέος, με επικίνδυνες συνέπειες για το περιβάλλον Χαρακτηριστικά χημικής αποσάθρωσης Απώλεια 4-έδρου Al και γενικά απελευθέρωση Al Οξείδωση Fe2+ (πλέγμα των Si-ορυκτών) σε Fe3+ (πλέγμα οξειδίων Fe) Κατανάλωση Η+ (χρειάζεται οξύτητα για να γίνει χημική αποσάθρωση) Απελευθέρωση βάσεων (Na+, K+, Mg2+, Ca2+) και Η4SiO4 στο διάλυμα (αν δεν εκπλυθούν θα ανακρυσταλλωθούν ως ορυκτά (πυριτικά ή μη) Μετατροπή πρωτογενών ορυκτών σε δευτερογενή

14 H ορυκτολογία της αργίλου αντικατοπτρίζει την αποσάθρωση
Νεαρά εδάφη, χωρίς προχωρημένη αποσάθρωση: χαμηλή οργανική ουσία, αναγωγικό περιβάλλον = μη πυριτικά ορυκτά (γύψος, ανθρακικά), ολιβίνες, πυρόξενοι, αμφίβολοι, βιοτίτης, άστριοι Ενδιάμεσο στάδιο αποσάθρωσης: συγκράτηση Na, K, Ca, Mg, Fe2+, Si μικρή έκπλυση, αλκαλικό pH =χαλαζίας, μοσχοβίτης, ιλλίτης, βερμικουλίτης, σμεκτίτες, χλωρίτης Ισχυρή αποσάθρωση: απομάκρυνση Na, K, Ca, Mg, Fe2+, Si Μεγάλη έκπλυση, όξινο pH =καολινίτης, γιββσίτης, υδροξυ-οξείδια Al και Fe

15 Γενική πορεία αποσάθρωσης
Ολιβίνες Ca-άστριοι Πυρόξενοι Αμφίβολοι Βιοτίτης Μοσχοβίτης K-Na-άστριοι Χαλαζίας -Κ -βάσεις Από όλα τα πρωτογενή ορυκτά -βάσεις Χλωρίτης -Si -Si Ιλλίτης Αλλοφανή +Κ -Κ -βάσεις κανονικός Ρυθμός αποσάθρωσης: ταχύς ραγδαίος Βερμικουλίτης -βάσεις Μοντμοριλλονίτης -βάσεις, -Si Καολινίτης -Si Οξείδια Fe και Al

16 Εδαφογένεση Εξαρτάται από: Μητρικό υλικό, κλίμα, βλάστηση, ανάγλυφο, χρόνο Για να καλοσχηματιστεί έδαφος πρέπει να έχουμε έντονη υδρόλυση, έκπλυση βάσεων και δημιουργία οριζόντων 1. Μητρικό υλικό Φύση ΜΥ Βασικά πυριγενή: έδαφος μέσο προς λεπτόκοκκο Βλάστηση που «θέλει» βάσεις (χαμηλή, θάμνοι, φυλλοβόλα) Βιοκύκλωση: οι βάσεις παραμένουν Άρα: αργή οξίνιση, αργή εξέλιξη, αργή εδαφογένεση Όξινα πυριγενή: έδαφος χονδρόκοκκο, επιρρεπές στην οξίνιση Προσέλκυση βλάστησης που ανέχεται οξύτητα (κωνοφόρα) Γρηγορότερη δημιουργία εδάφους Ιζηματογενή (στην Ελλάδα κυρίως CaCO3): όπως βασικά πυριγενή Στοιχεία που υπάρχουν στα ορυκτά του ΜΥ, θα εμπλουτίσουν και το έδαφος Παράδειγμα 1:  Σερπεντίνης   Mg2+ Ca2+ Παράδειγμα 2:  μικροκλινής ή ορυκτά ομάδας μοσχοβίτη   Κ+ Παράδειγμα 3:  τουρμαλίνης  επάρκεια B Τρόπος απόθεσης ΜΥ Λιμναίες αποθέσεις: οργανικά εδάφη

17 Στα ψηλά του αναγλύφου το νερό έχει
Αλλουβιακές αποθέσεις Ταχύτητα μεταφορική ικανότητα αποκόπτει και μεταφέρει βαριά αντικείμενα με κύλιση Αργιθέα, Ν. Καρδίτσας Πορταϊκός, Ν.Τρικάλων

18 Αχελώος, Ν. Τρικάλων Ροή ποταμού Τις κροκάλες της αριστερής όχθης τις έχει μεταφέρει ήδη λόγω ροής Τις κροκάλες της δεξιάς όχθης θα τις έχει παρασύρει κάποια φορά που θα έχει πιο ορμητική ροή (μεγαλύτερη ταχύτητα)

19 Παράδειγμα αλλουβιακών αποθέσεων
Κοντά στο ποτάμι: χονδρόκοκκα υλικά Πιο μακριά: Αργιλώδεις αποθέσεις Δημιουργία πεδιάδων σε 100x έτη (Θεσσαλονίκης, Έβρου, Νέστου, Σπερχειού, Αχελώου κτλ) Κοντά στα δέλτα αποτίθενται τα διαλυτά άλατα: πιθανός κίνδυνος αλάτωσης Επειδή η αλλουβίωση είναι ταχύτερη της εδαφογένεσης, τα εδάφη αυτά έχουν μικρό βαθμό εξέλιξης (θεωρούνται νεαρά), χωρίς ABC ορίζοντες.

20 Κολλουβιακές αποθέσεις
Έναρξη βλάστησης από πρωτοπόρα είδη. Το νεαρό της ηλικίας τους φανερώνει ότι οι κολλουβιακές αποθέσεις είναι πρόσφατες. Παράδειγμα κολλουβιακών αποθέσεων από κορύματα του φλύσχη.

21 Αργιθέα, Ν. Καρδίτσας Κολλούβια λίγο μεγαλύτερης ηλικίας με εποικισμούς πεύκων ετών

22 2. Κλίμα Προϊόντα χημικής αποσάθρωσης: βάσεις, πυριτικό οξύ, υδροξυ-οξείδια Fe και Al Αρνητικό υδατικό ισοζύγιο (ΕΤ>βροχή): ήπιες εδαφογενετικές διεργασίες, παραμονή βάσεων και πυριτικού οξέος στη ζώνη αποσάθρωσης, ήπιες υδρολύσεις με περίσσεια βάσεων, άρα δημιουργία 2:1:1 και 2:1 Απόθεση αλάτων ίσως και στην επιφάνεια Έντονη βροχή σε πολύ όξινα pH (πχ. κωνοφόρα δάση Σκανδιναβίας): έκπλυση βάσεων, έκπλυση οξειδίων Fe και Al (ευδιάλυτα σε τέτοια pH), παραμονή πυριτικού οξέος (αδιάλυτο σε τέτοια pH) δημιουργία χαρακτηριστικού λευκού Ε ορίζοντα. Έντονη βροχή σε λιγότερο όξινα pH (πχ. τροπική ζώνη): έκπλυση βάσεων, έκπλυση πυριτικού οξέος (ευδιάλυτο σε τέτοια pH), παραμονή οξειδίων Fe και Al (αδιάλυτα σε τέτοια pH) Δημιουργία εδαφών με έντονη κόκκινη χρώση. Αποτέλεσμα των έντονων διεργασιών υδρόλυσης: δημιουργία ανθεκτικών 1:1 ορυκτών (μη ενεργής αργίλου)

23 3. Βλάστηση - ζώντες οργανισμοί
διάβρωση εδαφογένεση Βλάστηση διήθηση νερού έκπλυση βάσεων εδαφογένεση για εδαφογένεση χρειάζεται σταθερότητα τοπίου, το οποίο με τη διάβρωση αλλάζει ταχέως Δάσος: Συγκέντρωση οργανικής ουσίας, αλλά αργή χουμοποίηση Λιβάδι: λιγότερη συγκέντρωση SOM, αλλά ταχεία χουμοποίηση Όξινος υποόροφος μικροοργανισμοί Οι ρίζες κωνοφόρων παράγουν οξύτητα υδρολύονται ορυκτά στο ριζόστρωμα δημιουργούν αργιλικό ορίζοντα (εξέλιξη εδαφών) Μικροοργανισμοί: αποικοδομούν SOM Ζωικοί οργανισμοί: Μυρμήγκια, σκουλήκια: αναμοχλεύουν το έδαφος βελτιώνουν πορώδες διήθηση βοηθούν εδαφογένεση Ανθρώπινος παράγοντας: πυρκαγιές (ταχεία ανακύκλωση θρεπτικών και επιτάχυνση διαδοχής Ο/Σ) Άρδευση: εναπόθεση αλάτων (επιβράδυνση εδαφογένεσης) Δραστηριότητες: διάβρωση (επιβράδυνση εδαφογένεσης) Τεχνικές δραστηριότητες: αναμόχλευση εδαφικών οριζόντων («μηδενισμός» ηλικίας εδάφους, έναρξη εδαφογένεσης από την αρχή)

24 4. Ανάγλυφο Υψόμετρο Ισχύει ό,τι είπαμε για γεωγραφικά ύψη (με την αύξηση υψομέτρου συμβαίνει περίπου ό,τι με την αύξηση γεωγραφικού πλάτους)  Έκθεση  Νότια έκθεση:  ΕΤ  Αραιή βλάστηση   διάβρωση Κλίση   κλίση   διάβρωση Α Α: πολύ μεγάλη κλίση, απορροή>διήθηση Β Γ διάβρωση: παρεμπόδιση εδαφογενετικών διεργασιών Β: μέτρια ή καθόλου κλίση, απορροή<διήθηση εξέλιξη εδάφους και δημιουργία οριζόντων Β: κοιλότητα αναγλύφου που δέχεται απορρέοντα νερά και στραγγίζει ανεπαρκώς Δημιουργία gley ορίζοντα (από ανηγμένο Fe). H περίσσεια νερού παρεμποδίζει την εδαφογένεση. Γεωγραφική ακολουθία ή κατένα: διαδοχή εδαφών που διαφοροποιούνται κατά μήκος μιας πλαγιάς, αλλά προέρχονται από το ίδιο μητρικό υλικό 5. Χρόνος Χρόνος σχηματισμού εδάφους: 100x έτη για κάθε cm Χρονοσειρά: εδάφη στα οποία έχουν δράσει οι ίδιοι εδαφογενετικοί παράγοντες, αλλά διαφέρουν ως προς την ηλικία