POČASÍ: TYPY A PROCESY - GEOGRAFÍA - 2026

Zvětrávání je zhroucení hornin mechanickou dezintegrací a chemického rozkladu. Mnoho se tvoří při vysokých teplotách a tlacích hluboko v zemské kůře; když jsou vystaveny nižším teplotám a tlakům na povrchu a setkávají se se vzduchem, vodou a organismy, rozloží se a zlomí se.

Živé věci mají také vlivnou roli při zvětrávání, protože ovlivňují horniny a minerály prostřednictvím různých biofyzikálních a biochemických procesů, z nichž většina není podrobně známa.

Devil's Marbles, rock s prasklým počasím, Austrálie. Zdroj:

V zásadě existují tři hlavní typy, díky kterým dochází ke zvětrávání; to může být fyzikální, chemické nebo biologické. Každá z těchto variant má specifické vlastnosti, které ovlivňují horniny různými způsoby; dokonce v některých případech může existovat kombinace několika jevů.

Fyzické zvětrávání nebo

Mechanické procesy redukují horniny na postupně menší fragmenty, což zase zvyšuje povrchovou plochu vystavenou chemickému napadení. Hlavní mechanické procesy zvětrávání jsou následující:

- Stahování.

- Působení námrazy.

- Tepelné namáhání způsobené zahříváním a chlazením.

- Rozšíření.

- Smršťování v důsledku smáčení s následným sušením.

- Tlaky vyvolané růstem krystalů soli.

Důležitým faktorem při mechanickém zvětrávání je únava nebo opakované generování napětí, které snižuje toleranci k poškození. Výsledkem únavy je to, že se hornina zlomí při nižší úrovni napětí než u unaveného vzorku.

Stažení

Když eroze odstraní materiál z povrchu, omezující tlak na podložní horniny se sníží. Nižší tlak umožňuje minerálním zrnám se dále oddělit a vytvářet dutiny; rock se rozšiřuje nebo rozšiřuje a může se zlomit.

Například v žulových nebo jiných hustých horních dolech může být uvolnění tlaku z těžebních vrstev násilné a dokonce může způsobit výbuchy.

Exfoliation Dome v Yosemitském národním parku, USA. Zdroj: Diliff, z Wikimedia Commons

Fraktura nebo gelovatění mrazem

Voda, která zabírá póry ve skále, se po zmrazení zvětší o 9%. Tato expanze vytváří vnitřní tlak, který může způsobit fyzickou dezintegraci nebo zlomení horniny.

Želírování je důležitým procesem v chladných prostředích, kde dochází k neustálým cyklům zmrazování a tání.

Fyzikální zvětrávání konkrétního „mohylu“. Zdroj: LepoRello., z Wikimedia Commons

Cykly ohřevu a chlazení (termoklasty)

Horniny mají nízkou tepelnou vodivost, což znamená, že nejsou schopny odvádět teplo od svých povrchů. Když jsou skály zahřívány, vnější povrch zvyšuje teplotu mnohem více než vnitřní část skály. Z tohoto důvodu trpí vnější část větší dilatací než vnitřní část.

Kromě toho horniny vytvořené z různých krystalů vykazují rozdílné zahřívání: krystaly s tmavším zbarvením se zahřívají rychleji a chladněji pomaleji než lehčí krystaly.

Únava

Tato tepelná napětí mohou způsobit rozpad horniny a vznik obrovských vloček, skořápek a listů. Opakované zahřívání a chlazení vytváří efekt zvaný únava, který podporuje tepelné zvětrávání, také nazývaný termoklast.

Obecně lze únavu definovat jako účinek různých procesů, které snižují snášenlivost materiálu vůči poškození.

Skalní váhy

Exfoliace tepelného stresu nebo povlakování také zahrnuje vytváření kamenných vloček. Rovněž intenzivní teplo vytvářené lesními požáry a nukleárními výbuchy může způsobit rozpad skály a její rozpad.

Například v Indii a Egyptě byl oheň používán mnoho let jako nástroj těžby v lomech. Denní výkyvy teploty, vyskytující se dokonce i v pouštích, jsou však výrazně pod extrémy, ke kterým došlo při místních požárech.

Smáčení a sušení

Clay-materiály - takový jako bláto a břidlice - expandovat značně po smáčení, který může přimět tvořit micro-chyby nebo microfractures (microcracks) nebo zvětšení existujících trhlin.

Kromě účinků únavových, expanzních a smršťovacích cyklů - spojených se smáčením a sušením - vedou ke zvětrávání hornin.

Zvětralé růstem solných krystalů nebo haloclasty

V pobřežních a vyprahlých oblastech mohou krystaly soli růst ve slaných roztocích, které jsou koncentrovány odpařováním vody.

Krystalizace soli v mezerách nebo pórech hornin způsobuje napětí, které je rozšiřuje, a to vede k granulárnímu rozpadu horniny. Tento proces se nazývá zvětrávání solného roztoku nebo haloclastika.

Když se krystaly soli vytvořené uvnitř pórů skály zahřívají nebo se nasycují vodou, expandují a vyvíjejí tlak na blízké stěny pórů; toto produkuje tepelné napětí nebo hydratační napětí (příslušně), které oba přispívají ke zvětrávání horniny.

Chemické zvětrávání

Tento typ zvětrávání zahrnuje celou řadu chemických reakcí, které působí společně na mnoha různých typech hornin napříč klimatickými podmínkami.

Tuto velkou rozmanitost lze rozdělit do šesti hlavních typů chemických reakcí (všechny se podílejí na rozkladu horniny), konkrétně:

- Rozpuštění.

- Hydratace.

- Oxidace a redukce.

- Karbonace.

- Hydrolýza.

Rozpuštění

Minerální soli mohou být rozpuštěny ve vodě. Tento proces zahrnuje disociaci molekul na jejich anionty a kationty a hydrataci každého iontu; to znamená, že ionty se obklopují molekulami vody.

Rozpuštění se obecně považuje za chemický proces, i když nezahrnuje skutečné chemické transformace. Protože k rozpuštění dochází jako počáteční krok pro jiné chemické povětrnostní procesy, spadá do této kategorie.

Rozpuštění se snadno převrátí: jakmile se roztok přesycí, část rozpuštěného materiálu se vysráží jako pevná látka. Nasycený roztok nemá schopnost rozpustit více pevné látky.

Minerály se liší v jejich rozpustnosti a mezi nejvíce rozpustné ve vodě patří chloridy alkalických kovů, jako je kamenná sůl nebo halit (NaCl) a draselná sůl (KCl). Tyto minerály se vyskytují pouze ve velmi suchých podnebích.

Sádra (CaSO ₄.2H ₂ O) je také velmi rozpustný, zatímco křemen má velmi nízkou rozpustnost.

Rozpustnost mnoha minerálů závisí na koncentraci volných vodíkových iontů (H ⁺) ve vodě. H ⁺ ionty se měří jako hodnota pH, což ukazuje stupeň kyselosti nebo zásaditosti vodného roztoku.

Hydratace

Hydratační zvětrávání je proces, ke kterému dochází, když minerály adsorbují molekuly vody na svůj povrch nebo absorbují, včetně jejich uvnitř jejich krystalové mřížky. Tato přídavná voda způsobuje zvýšení objemu, které může způsobit lomu horniny.

Ve vlhkém podnebí středních šířek představují barvy půdy výrazné variace: lze pozorovat od nahnědlé až nažloutlé. Tato zbarvení jsou způsobena hydratací načervenalého hematitu oxidu železa, který se mění na oxidem zbarvený goethit (oxyhydroxid železa).

Příjem vody jílovými částicemi je také formou hydratace, která vede k její expanzi. Poté, co jíly zaschnou, praskne kůra.

Oxidace a redukce

K oxidaci dochází, když atom nebo ion ztratí elektrony, zvýší svůj kladný náboj nebo sníží svůj záporný náboj.

Jedna z existujících oxidačních reakcí zahrnuje kombinaci kyslíku s látkou. Rozpuštěný kyslík ve vodě je běžným oxidačním činidlem v prostředí.

Oxidační opotřebení ovlivňuje hlavně minerály obsahující železo, i když prvky jako mangan, síra a titan mohou také rezavit.

Reakce na železo, ke které dochází, když se rozpuštěný kyslík ve vodě dostane do kontaktu s minerály obsahujícími železo, je následující:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e ^-

V tomto výrazu e ^- představuje elektrony.

Železné železo (Fe ²⁺), které se nachází ve většině horninotvorných minerálů, lze převést na jeho železitou formu (Fe ³⁺) změnou neutrálního náboje krystalové mřížky. Tato změna někdy způsobí, že se zhroutí a činí minerál náchylnějším k chemickému napadení.

Karbonace

Sycení oxidem uhličitým je tvorba uhličitanů, což jsou soli kyseliny uhličité (H ₂ CO ₃). Oxid uhličitý se rozpustí v přírodních vodách za vzniku kyseliny uhličité:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Následně, kyseliny uhličité disociuje na hydratované vodíkových iontů (H ₃ O ⁺) a hydrogenuhličitan iontů, po následující reakci:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Kyselina uhličitá útočí na minerály vytvářející uhličitany. Karbonace dominuje zvětrávání vápenatých hornin (vápenců a dolomitů); v těchto hlavních minerálech je kalcit nebo uhličitan vápenatý (CaCO ₃).

Kalcit reaguje s kyselinou uhličitou za vzniku kyselého uhličitanu vápenatého, Ca (HCO ₃) _2, který se na rozdíl od vápníku snadno rozpustí ve vodě. Proto jsou některé vápence tak náchylné k rozpuštění.

Reverzibilní reakce mezi oxidem uhličitým, vodou a uhličitanem vápenatým jsou komplexní. Proces lze v podstatě shrnout takto:

CaCO ₃ + H ₂ O + CO ₂ ⇔Ca ₂ + + 2HCO ₃ ^-

Hydrolýza

Obecně je hydrolýza - chemický rozklad působením vody - hlavním procesem chemického zvětrávání. Voda může rozkládat, rozpouštět nebo modifikovat citlivé primární minerály ve skalách.

V tomto procesu voda disociovaná na vodíkové kationty (H ⁺) a hydroxylové anionty (OH ^-) reaguje přímo se silikátovými minerály v horninách a půdách.

Vodíkový ion je vyměněn za kationt kovu křemičitanových minerálů, obvykle draslíku (K ⁺), sodíku (Na ⁺), vápníku (Ca2 ⁺⁾ nebo hořčíku (Mg2 ⁺). Uvolněný kation se pak kombinuje s hydroxylovým aniontem.

Například, reakce pro hydrolýzu minerálu ortoklas, která má chemický vzorec Kalsi ₃ O ₈, je následující:

2KAlSi ₃ O ₈ + 2 H ⁺ + 2OH ^- → 2HAlSi ₃ O ₈ + 2KOH

Takže ortoklas se převede na kyselinu aluminosilicic, HAlSi ₃ O _8, a hydroxid draselný (KOH).

Tento typ reakce hraje zásadní roli při tvorbě některých charakteristických reliéfů; například se podílejí na tvorbě krasového reliéfu.

Biologické zvětrávání

Některé živé organismy napadají horniny mechanicky, chemicky nebo kombinací mechanických a chemických procesů.

Rostliny

Kořeny rostlin - zejména u stromů, které rostou na plochých skalnatých záhonech - mohou mít biomechanický účinek.

Tento biomechanický efekt nastává s růstem kořene, se zvyšujícím se tlakem na okolní prostředí. To může vést ke zlomeninám hornin kořenového lože.

Biologická meteorizace. Tetrameles nudiflora rostoucí na chrámové zřícenině v Angkoru v Kambodži. Zdroj: Diego Delso, delso.photo, CC-BY-SA Licence prostřednictvím

Lišejníky

Lišejníky jsou organismy složené ze dvou symbiontů: houba (mycobiont) a řasa, která je obecně cyanobakterie (fycobiont). Tyto organismy byly hlášeny jako kolonizátory, které zvyšují zvětrávání hornin.

Například bylo zjištěno, že Stereocaulon vesuvianum je instalován na lávových proudech, což umožňuje zvýšit jeho rychlost zvětrávání až 16krát ve srovnání s nekolonizovanými povrchy. Tyto sazby se mohou na vlhkých místech zdvojnásobit, například na Havaji.

Bylo také zjištěno, že jak lišejníky umírají, zanechávají na skalních povrchech tmavou skvrnu. Tato místa absorbují více záření než okolní světelné oblasti skály, čímž podporují tepelné zvětrávání nebo termoklasty.

Mytilus edulis mušle skalní. Zdroj: Andreas Trepte, z Wikimedia Commons

Mořské organismy

Některé mořské organismy seškrábají povrch hornin a vyvrtaly v nich díry, což podporuje růst řas. Mezi tyto pronikavé organismy patří měkkýši a houby.

Příklady tohoto typu organismů jsou mušle modrá (Mytilus edulis) a býložravá plžovka Cittarium pica.

Lišejník Stereocaulon vesuvianum je kolonizátor instalovaný v lávových proudech, Kanárských ostrovech Fuerteventura a Lanzarote Španělska. Zdroj: Lairich Rig prostřednictvím

Chelatace

Chelatace je dalším povětrnostním mechanismem, který zahrnuje odstranění iontů kovů a zejména iontů hliníku, železa a manganu z hornin.

Toho je dosaženo vazbou a sekvestrací organickými kyselinami (jako je kyselina fulvová a huminová kyselina) za vzniku rozpustných komplexů organické hmoty a kovu.

V tomto případě chelatační činidla pocházejí z produktů rozkladu rostlin a sekrecí z kořenů. Chelatace podporuje chemické zvětrávání a přenos kovů v půdě nebo hornině.

Reference

1. Pedro, G. (1979). Hydratace karagenizací gelůrale des processus de l'altération. Science du Sol 2, 93–105.
2. Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2nd edn. S příspěvkem APW Hoddera. Oxford: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Povaha a míra zvětrávání lišejníky na lávových proudech na Lanzarote. Geomorfologie, 47 (1), 87–94. doi: 10,016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas, MF (1994). Geomorfologie v tropech: Studie zvětrávání a denudace v nízkých zeměpisných šířkách. Chichester: John Wiley a synové.
5. Bílý, WD, Jefferson, GL a Hama, JF (1966), křemencový kras v jihovýchodní Venezuele. International Journal of Speleology 2, 309–14.
6. Yatsu, E. (1988). Povaha počasí: Úvod. Tokio: Sozosha.