Wietrzenie – proces skałotwórczy

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 1

Wietrzenie proces skałotwórczy

Slide 2

Definicja - typy Definicja rozpad skał z utworzeniem osadów Typy: Fizyczne, mechaniczne Chemiczne biochemiczne

Slide 4

Podstawowe reakcje szereg stabilności Goldicha szereg reakcji Bowena w wypadku, gdy cały potas został wymyty do roztworu, powstającym minerałem wtórnym jest kaolinit: 4K[AlSi3O8] 6H2O - Al4[(OH)8Si4O10] 8SiO2 4KOH skaleń potasowy woda kaolinit krzemionka potas jeżeli pewna część potasu nie ulegnie wymyciu i pozostanie w obrębie sieci krystalicznej, powstającym minerałem wtórnym jest illit: 5K[AlSi3O8] 4H2O - KAl4[(OH)4AlSi7O20] 8SiO2 4KOH skaleń potasowy woda illit krzemionka potas

Slide 5

Podstawowe reakcje 3K-skaleń 12H2O 2H - muskowit 6H4SiO4 2K 2muskowit 3H2O 2H - 3kaolinit 2K Skaleń (K, Na)- montmorillonit, minerały mieszano-pakietowe illitmontmorillonit Plagioklazy - j.w. oraz, analcym, filipstyt, kalcyt

Slide 6

Podstawowe reakcje Kalcyt CO2 H2O - Ca 2HCO3Dolomit 2CO2 2H2O - Ca Mg 4HCO3 2Fe(2) 1.5O - hematyt 2Fe(2) H2O 1.5O - goethyt-lepidokrokit 2Piryt tlen woda - hematyt kwas siarkowy (dys) Hydroliza Hydratacja Utlenianie Rozpuszczanie Karbonatyzacja

Slide 7

Rozpuszczanie kongruentne, niekongruentne MgSiO4 olivine 4H2CO3aq 2Mg2 4HCO3- H4SiO4aq (kongr) 2NaAlSi3O8 Na-plagioclase 2H2CO3aq 9H2O Al2Si2O5(OH)4 kaolinite 2Na 2HCO3- 4H4SiO4aq (niekongr) NaCl halite Na Cl- (kongr. medium - woda

Slide 8

Wietrzenie minerałów Oliwin Piroksen Amfibol Plagioklaz Skaleń alkaliczny Biotyt Muskowit Szkliwo Kwarc Kalcyt Dolomit Piryt Gips Anhydryt Halit Utlenianie Fe, rozp kongr. w kwasach Utlenianie Fe, rozp kongr. w kwasach Utlenianie Fe, rozp kongr. w kwasach Rozp niekongr. w kwasach Rozp niekongr. w kwasach Rozp niekongr. w kwasach, utlenianie Fe Rozp niekongr. w kwasach Rozp niekongr. w wodzie, w kwasach Odporny na proces rozpuszczania Rozp kongr. w kwasach Rozp niekongr. w kwasach Utlenianie Fe i S Rozp kongr. w wodzie Rozp kongr. w wodzie Rozp kongr. w wodzie

Slide 10

Zasięg wietrzenia Rozpoznanie protolitu: Modyfikacja minerałów Kalkret, silkret Zupełny zanik cech protolitu (dripstone) Gleby, akumulacja produktów wietrzenia

Slide 11

Zasięg wietrzenia powłoki terminologia anglosaska ALCRETEALUCRETE Al2O3.3H2O bauxite, gibbsite FERRICRETE Fe3O3 (laterite), hematite SILCRETE SiO2 terrazzo CALCRETE CaCO3 calcite, caliche DOLOCRETE CaMg(CO3)2 dolomite GYPCRETE CaSO4.2H2O gypsum SALCRETE NaCl rock salt, halite

Slide 12

Wietrzenie bazaltów Forsteryt 4H2O - 2Mg 4OH H4SiO4 2Mg 3H4SiO4 4OH - sepiolit 6H2O Szkliwo bazaltowe Mg H2O - smektyt Ca K H4SiO4 H Fe Mn Tuf bentonitowy smektyty amorficzna krzemionka Wietrzenie podmorskie - (Mg) chloryt, (K) K-smektyt, (Fe) glaukonit, jarosyt, (Ca) anhydryt, kalcyt, Casmektyt, filipsyt

Slide 13

Wietrzenie granitów Wietrzenie chemiczne: hydroliza skaleni, amfiboli, biotytu Utlenianie amfibol, biotyt Skała zwietrzała saprolit Pozostałość kwarc, muskowit, minerały warstwowe, tlenki, wodorotlenki

Slide 14

Oklo, Gabon naturalne laboratorium składowania odpadów nuklearnych 235U 10n fission fragments 2 or 3 neutrons energy Neutrony spowalniane - woda grafit Oklo reaktor naturalny (2 Ga) - rozpad atomów uranu spowalniany obecnością interstycjalnej wody Odparowanie wody - zahamowanie reakcji Infiltracja wody - wznowienie reakcji Pierwsze rozpoznanie naturalnego reaktora F.Perrin (1972)

Slide 16

Kwarc czy rzeczywiście odporny na rozpuszczanie? Rozpuszczalnoś ć krzemionki wzrasta z pH Rozpuszczalnoś ć kalcytu spada z pH Fosylizacja - kwarc kalcyt

Slide 17

Rozpuszczalność związków glinu Jest uzależniona od rodzaju fazy Al Generalnie wzrasta wraz ze wzrastającym i malejącym pH, osiąga minimum dla pH prawie neutralnego Diagram stabilności faz

Slide 18

Sorpcja metali Zależy od promienia jonowego i ładunku pH - generalnie im niższe, tym mniejsza sorpcja

Slide 19

Migracja pierwiastków w strefie wietrzenia Wymiana jonowa: 2Na Ca solid Ca2 2Na solid Związki chelatowe (kompleksowe związki, w których atom centralny związany jest z ligandami, będącymi donorami więcej niż jednej pary elektronowej): M2naq nC2O42- M(C2O4)n aq

Slide 20

Profil glebowy O poziom spotykany w lasach A poziom: ciemny bogaty w nutrienty E poziom: eluwialny B poziom: illuwialny Minerały ilaste, związki żelaza i glinu Koncentracja frakcji piaszczystej Jasne zabarwienie Minerały ilaste, związki żelaza i glinu C poziom: zwietrzała skała macierzysta R poziom: skonsolidowana skała

Slide 21

Profil glebowy

Slide 22

Wietrzenie biologiczne Organizmy żywe mogą wspomagać procesy wietrzenia Algi, porosty, grzyby .

Slide 23

Drobnoustroje mikroflora wgłębi skał i na ich powierzchni jest identyczna z glebową grupy drobnoustrojów drobnoustroje autotroficzne glony, sinice, porosty bakterie chemolitotroficzne bakterie siarkowe bakterie nitryfikacyjne drobnoustroje heterotroficzne grzyby bakterie heterotroficzne Cyanobakterie , mchy, porosty Cyanobakterie z ziarnkami kwarcu

Slide 24

glony, sinice porosty zasiedlają wszystkie rodzaje skał (szybciej osadowe) glony aerofityczne (i sinice) - potrzebują CO2, światła i wilgoci towarzyszą im bakterie i grzyby - powód - wydzielanie przez autotrofy dużych ilości asymilatów (cukrów, substancji wzrostowych, aminokwasów) Colorad o Plateau

Slide 25

glony, sinice porosty objawem ataku glonów są jaskrawozielone, szarozielone i prawie czarne plamy skały krzemionkowe (granity, gnejsy) - glony silikotroficzne (przeważnie zielenice) skały osadowe (wapienie i p-ce o spoiwie węglanowym) - organizmy kalcytroficzne (sinice) glony - kwasowozasadowe wskaźniki pH

Slide 26

glony, sinice porosty sposób oddziaływania glonów na podłożu skalnym: wydzielanie kwasu węglowego - H2CO3 CaCO3 Ca(HCO3)2 - ponowne przejście w CaCO3 wydzielanie kwasów organicznych kwas mlekowy, szczawiowy, bursztynowy, octowy, glikolowy, pirogronowy (ze względu na symbiozę z bakteriami heterotroficznymi nie jest jasne, które z tych kwasów wydzielają bakterie, a które autotrofy)

Slide 27

glony, sinice porosty skutki działania kratery i szczeliny powstanie rozpuszczalnych soli zmiana składu roztworów porowych zmiana wsp. rozsz. cieplnej skały w zaawansowanym stadium niszczenia kamień zasiedlany jest przez porosty wydzielają one kwasy: szczawiowy, szczawiooctowy, kwasy porostowe

Slide 28

rodzaje glonów groty Lascaux zabytkowe budowle w Saint-Cloud zabytkowe tynki w krużgankach w Żarnowcu oraz rzeźby plenerowe zacienione suche skały Chlorella sp Chlorella sp Chlorella vulgaris Fragilaria sp

Slide 29

porosty ograniczają wzrost innych grup - antybiotyczne działanie kwasów porostowych lub poprzez biotransformację pierwiastków w kamieniu wydzielają asymilaty: białka chelatory pierwiastków - rozpuszczanie fosforanów synteza i uwalnianie cukrów aminokwasów, substancji wzrostowych, antybiotyków rodzaje porostów: Lecanora dispersa Lecanora muralis Candelariella aurella Bryobia praetosa Caloplaca callopisma

Slide 30

bakterie chemolitotroficzne bakterie siarkowe związki siarki z atmosfery ulegają redukcji w glebie do H2S (Desulfovibrio desulfuricans) woda podsiąkając niesie związki siarki jak i bakterie siarkowe Tiobacillus thiooxydans korzysta ze zredukowanych połączeń siarkowych (siarka, tiosiarczyny, tetrationany itp.) i utleniają je do kwasu siarkowego w skale zmienionej w 1 g występuje 11 400 do 1 400 000 bakterii kwas siarkowy reaguje z węglanem wapnia - gips (wzrost objętości o 100, wzrost rozszerzalności cieplnej 5 x) Tiobacillusy są zdolne do wzrostu w środowisku obojętnym i alkalicznym pierwszy sygnał działania Tiobacillusa jest spadek pH z 9 na 3-2

Slide 31

bakterie niktryfikacyjne bakterie nitryfikacyjne z grupy Nitrosomonas i Nitrobacter utleniają w I fazie amoniak (z wody deszczowej, kurzu, sadzy, ptasich odchodów) do kwasu azotawego; w II do azotowego utworzenie łatwo rozpuszczalnych soli - azotan wapnia - białe wykwity - azotany maskują detale architektoniczna - odspajanie fragmentów skały (10 000 komórek bakterii w 1g skały)

Slide 32

mikroflora heterotroficzna pożywienie dla heterotrofów: woda kapilarna z solami mineralnymi ptasie ekskrementy gnijące szczątki roślinne substancje wytwarzane przez autotrofy

Slide 33

mają zdolność metabolizowania minerałów zawierających żelazo i mangan - efekt powstawanie czerwono lub ciemno zabarwionych powłok - patyna grzyby wydzielają do podłoża kwasy organiczne: cytrynowy, fumarowy, szczawiowy, 2ketoglukonowy - różnobarwne nawarstwienia szczawianów kwasy łączą się z kationami z minerałów w związki chelatowe Botrytis sp. Penicillium sp. Trichoderma sp. Aspergillus sp. Cephalosporium sp. Spicaria sp. Hormodendrum sp. Cladosporium sp. i in. grzyby kwasy te rozp. krzemionkę - stymuluje dalszy rozwój grzybów wspólnie z glonami wytwarzają barwnik melaninowe przebarwienia te są trudno usuwalne

Slide 34

bakterie heterotroficzne bakterie heterotroficzne zasiedlają podłoże o odczynie obojętnym, grzyby o odczynie kwaśnym bakterie energicznie rozkładają skały krzemionkowe - kwasem 2-ketoglukonowym - Clostridium i Bacillus wytwarzają kwas szczawiowy - uwalnianie jonów Ca i K (Al i Fe) śluzy bakteryjne - wiele bakterii należy do organizmów silnie śluzotwórczych - substancje te rozpuszczają skały - uwolnienie Fe, Mn, Al, Si i in poprzez wytwarzanie kwasów organicznych i kwasu węglowego wpływają na przepuszczalność skały (gleby) poprzez rozszerzenie por

Slide 35

I to już koniec ..