تحقیق درباره هوازدگی

هوازدگی به زبان ساده عبارت است از پاسخی که مواد سطح زمین در مقابل تغییر محیط از خود بروز می‌دهند و شامل از هم پاشیدن سنگها و تجزیه آنها در سطح زمین و یا نزدیک به سطح زمین است. بعد از میلیونها سال ، بالا آمدگی و فرسایش ، سنگهای موجود در سقف توده‌های نفوذی از بین رفته و توده در سطح زمین رهنمون پیدا می‌کند. این توده متبلور که در دما و فشار زیاد و احتمالا در چند کیلومتری زیر زمین تشکیل شده بود، اکنون در سطح زمین و در معرض شرایطی کاملا متفاوت قرار دارد.

در چنین وضعیتی ، توده سنگ به تدریج تغییر می‌کند تا جایی که دوباره با شرایط جدید به حالت تعادل برسد به چنین تغییراتی در سنگ ، هوازدگی می‌گویند. هوازدگی معمولا به دو صورت مکانیکی و شیمیایی بررسی می‌شود ولی در طبیعت این دو همزمان عمل می‌کنند.

انواع هوازدگی

هوازدگی را با توجه به نوع تغییراتی که در سنگ صورت می‌گیرد به انواع مکانیکی و شیمیایی تقسیم می‌کنند.

هوازدگی مکانیکی

در هوازدگی مکانیکی هیچ تغییری در ترکیب شیمیایی سنگ صورت نمی‌گیرد بلکه سنگها تحت تاثیر یک سری از عوامل فیزیکی به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند. بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبی قطعات زیادتر شده و در نتیجه برای این عوامل عبارتند از : یخبندان ، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی ، انبساط حرارتی و فعالیت موجودات زنده.

هوازدگی شیمیایی

در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانیها بر اثر افزایش یا کاهش عناصر تغییر می‌کند. در واقع در این نوع هوازدگی ترکیب شیمیایی سنگها تغییر می‌کند. در هوازدگی شیمیایی آب مهمترین عامل به شمار می‌رود. ولی لازم به ذکر است که آب خالص غیرفعال بوده و نمی‌تواند هیچ تغییری در سنگها ایجاد کند. افزایش مقدار کمی از مواد محلول می‌تواند آب را فعال سازد. اکسیژن و دی‌اکسید کربن محلول در آب باعث ایجاد تغییرات اساسی در سنگها می‌شوند.

سرعت هوازدگی

سرعت هوازدگی سنگها به عوامل زیادی بستگی دارد از جمله این عوامل می‌توان به اندازه ذرات کانیهای سازنده سنگ و عوامل آب و هوای محیط را نام برد. هر چقدر اندازه کانی کوچکتر باشد سطح موثر آنها زیادتر بوده و در نتیجه سریعتر تحت تاثیر عوامل هوازدگی ، تجزیه می‌شوند. جنس کانیهای سازنده سنگ اثر بسیار مهمی در هوازدگی دارد به عنوان مثال سنگهای گرانیتی بسیار مقاوم تر از سنگ مرمر هستند، زیرا مرمر از کلسیت ساخته شده که به آسانی حتی در محلول اسیدی ضعیفی نیز حل می‌شود.

ترتیب هوازدگی کانیهای سیلیکاته مطابق ترتیب تبلور آنهاست. کانیهایی که زودتر از همه تبلور می‌نمایند یعنی در درجه حرارت و فشارهای زیادتری بوجود می‌آیند، نسبت به کانیهایی که بعدا متبلور می‌شوند در سطح زمین پایداری کمتری دارند. زیرا شرایط تشکیل آنها با شرایط سطح زمین بسیار متفاوت است.

عوامل آب و هوایی ، بویژه رطوبت اهمیت ویژه‌ای در سرعت هوازدگی سنگها دارد. بهترین محیط برای هوازدگی شیمیایی آب و هوای گرم و فراوانی رطوبت است. در نواحی قطبی و در عرضهای جغرافیایی بالا چون برودت هوا ، رطوبت مورد نیاز برای هوازدگی را به صورت یخ در می‌آورد لذا هوازدگی شیمیایی در این نواحی بی‌تاثیر است. در نواحی خشک نیز به علت وجود رطوبت کافی هوازدگی شیمیایی نقش نداد.

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.

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

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+ وOH- 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 ایندریت حاصل می‌شود.

ژیپس 2H2O → CaSO4.2H2O + ایندریت

 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.
هوازدگی مکانیکی یکی از انواع هوازدگی می‌باشد. در این نوع هوازدگی ترکیب شیمیایی سنگ دست نخورده باقی می‌ماند و سنگ به قطعات کوچکتری تقسیم می‌شود، این قطعات هر کدام دارای خصوصیات و ویژگیهای سنگ اصلی می‌باشد. در واقع نتیجه نهایی هوازدگی مکانیکی ایجاد قطعات کوچکتر از یک سنگ بزرگتر می‌باشد.

بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبی آنها افزایش یافته و زمینه برای تجزیه شیمیایی و عملکرد هوازدگی شیمیایی آماده می‌شود. در طبیعت چهار فرآیند فیزیکی مهم باعث قطعه قطعه و خرد شدن سنگها می‌شود. این عوامل عبارتند از : یخبندان ، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی ، انبساط حرارتی و فعالیت موجودات زنده.

عوامل موثر در هوازدگی مکانیکی

یخبندان
یخ بستن و ذوب پی در پی از مهمترین فرآیندهای هوازدگی مکانیکی به شمار می‌آیند. وقتی آب یخ می‌بندد. حجم آن در حدود 9% زیاد می‌شود. این افزایش حجم باعث ایجاد نیروی عظیمی می‌شود. افزایش حجم با یخ بستن آب ناشی از ایجاد یک ساختمان بلورین باز در هنگام یخ زدن است. وقتی آب یخ می‌زند نیروی زیادی به سمت خارج ایجاد می‌کند.
در طبیعت آب به داخل شکافها و حفرات موجود در سنگ نفوذ کرده و یخ می‌زند و در اثر انبساط سبب شکستگی سنگ می‌شود. به این فرآیندها یخبندان می‌گویند.فرآیندهای یخبندان اکثرا در نواحی کوهستانی که در آن چرخه روزانه ذوب و یخبندان وجود دارد مشاهده می‌شود. در این نقاط سنگها از جای خود کنده می‌شوند و پس از غلتیدن روی هم انباشته می‌شوند و در پای صخره‌ها ، شیبهای واریزه‌ای را بوجود می‌آورند.

برداشته شدن بار فوقانی

وقتی توده‌های بزرگ آذرین بویژه آنهایی که از گرانیت ساخته شده‌اند. تحت تاثیر فرسایش قرار گیرند. ورقه‌هایی به موازات یکدیگر از سطح آن جدا می‌شوند. این پدیده را که سبب ایجاد لایه‌های پوست پیاز می‌شود ورقه‌ای شدن می‌نامند و در جایی که دیده می‌شود که فشار حاصل از وزن سنگهای رویی بر اثر فرسایش به میزان زیاد کاهش می‌یابد لایه خارجی بیش از همه انبساط می‌یابد و از بقیه سنگ جدا می‌گردد. معمولا با عملکرد این نوع هوازدگی توده آذرین شکل گنبد به خود می‌گیرد.

ادامه هوازدگی سبب می‌شود که قطعات حاصل از ورقه‌ای شدن به صورت گنبدهای پوست پیازی از هم جدا شوند. تونلهای عمدی معادن نیز موارد دیگری هستند که با کاهش فشار شکسته شده و از سنگ اصلی جدا می‌شوند در واقع سنگها از دیوار تونلها بر اثر کاهش فشار به بیرون پرتاپ می‌شوند. نتیجه برداشته شدن قطعات از روی سنگها ، شکسته شدن ورقه‌ای می‌باشد.

انبساط حرارتی

تغییرات روزنه دما به خصوص در نواحی خشک باعث سست شدن سنگها می‌شود. در نواحی خشک تغییرات درجه حرارت روزانه از 30 درجه سانتیگراد تجاوز می‌کند. گرم و سرد شدن سنگها سبب انبساط و انقباض آنها می‌گردد تصور بر این است که پدیده انبساط حرارتی نقش عمده‌ای در از هم پاشیدن سنگها داشته باشد، اما تجربیات آزمایشگاهی این امر را تائید نمی‌کند.

در یک آزمایش ، سنگها را بیش از آنچه در سطح زمین گرم می‌شوند حرارت داده و سپس سرد کرده‌اند این عمل بارها تکرار شده تا شبیه عمل هوازدگی در طول صدها سال باشد اما سنگها تغییر ظاهری ناچیزی از خود نشان دادند. برای اظهار نظر قاطعانه لازم است تا پژوهشهای بیشتری در مورد تغییرات حرارت روزانه انجام گیرد.

فعالیت موجودات زنده

بر اثر فعالیتهای گیاهان ، جانوران حفار و انسان نیز هوازدگی انجام می‌شود. ریشه گیاهان در جستجوی مواد معدنی به داخل درزها فرو می‌روند و با رشد خود قطعات سنگ از یکدیگر دور می‌کنند جانوران حفار به خرد کردن و جابجایی مواد به سطح زمین که در آن هوازدگی شیمیایی شدت بیشتری دارد کمک می‌کنند.

همچنین بدن موجودات پس از مرگ تجزیه شده و اسیدهایی تولید می‌کند. البته این حالت بیشتر در هوازدگی شیمیایی موثر است. در مکانهایی که سنگها را برای راه سازی یا معدن منفجر می‌کنند تاثیر انسان محسوس است ولی در مقیاس جهانی تاثیر انسان در جابجایی مواد پس از جانوران حفار قرار می‌گیرد.

نقش زمان در هوازدگی مکانیکی

زمان در هوازدگی مکانیکی نقش بسیار اساسی دارد، زیرا هر چه قدر زمان هوازدگی کم باشد و هوازدگی در مدت زمان کوتاهی عمل کند ویژگیهای سنگ مادر در قطعات دیده می‌شود. ولی وقتی زمان هوازدگی بیشتر باشد و فرآیند هوازدگی ادامه یابد به تدریج سنگ حاصله کاملا خرد شده و تبدیل به خاک می‌شود.

البته برای تبدیل یک سنگ به خاک غیر از عامل زمان جنس سنگ نیز مهم می‌باشد هر چه سنگ مقاومتر باشد زمان بیشتری برای هوازدگی لازم است. در کل نمی‌توان زمان لازم برای تشکیل خاک از یک سنگ را در طی عمل هوازدگی مشخص کرد، ولی لازم به ذکر است که هر چه قدر زمان برای هوازدگی بیشتر باشد ضخامت خاک بیشتر و شباهت آن با سنگ مادر کمتر خواهد بود.

منابع :

http://daneshnameh.roshd.i

http://forum.p30world.com