SEDIMENTAIRE CYCLI: KENMERKEN, STADIA EN VOORBEELDEN - AARDRIJKSKUNDE - 2026

De sedimentaire cycli verwijzen naar de reeks stadia die bepaalde minerale elementen passeren die aanwezig zijn in de aardkorst. Deze fasen omvatten een reeks transformaties die een cirkelvormige tijdreeks vormen die zich over lange perioden herhaalt.

Dit zijn biogeochemische cycli waarin de opslag van het element voornamelijk in de aardkorst plaatsvindt. Onder de minerale elementen die onderhevig zijn aan sedimentaire cycli zijn zwavel, calcium, kalium, fosfor en zware metalen.

Lithologische cyclus. 1 = magma; 2 = kristallisatie (afkoeling van de rots); 3 = stollingsgesteente; 4 = erosie; 5 = sedimentatie; 6 = sedimenten en sedimentair gesteente; 7 = tektoniek en metamorfose; 8 = metamorf gesteente; 9 = fusie. Bron: Woudloper / Woodwalker

De cyclus begint met het blootleggen van rotsen die deze elementen bevatten van diep in de korst naar of nabij het oppervlak. Deze gesteenten worden vervolgens onderworpen aan verwering en ondergaan erosieprocessen als gevolg van de inwerking van atmosferische, hydrologische en biologische factoren.

Het geërodeerde materiaal wordt door water, zwaartekracht of wind getransporteerd naar latere sedimentatie of afzetting van het minerale materiaal op het substraat. Deze sedimentlagen hopen zich gedurende miljoenen jaren op en ondergaan verdichtings- en cementeringsprocessen.

Op deze manier vindt de lithificatie van de sedimenten plaats, dat wil zeggen hun transformatie terug in vaste rots op grote diepten. Daarnaast treedt in de tussenliggende fasen van sedimentaire cycli ook een biologische fase op die bestaat uit solubilisatie en opname door levende organismen.

Afhankelijk van het mineraal en de omstandigheden kunnen ze worden opgenomen door planten, bacteriën of dieren, die naar de trofische netwerken gaan. Dan worden de mineralen uitgescheiden of vrijgegeven door de dood van het organisme.

kenmerken

Sedimentaire cycli vormen een van de drie soorten biogeochemische cycli en worden gekenmerkt doordat de belangrijkste opslagmatrix de lithosfeer is. Deze cycli hebben hun eigen studierichting, genaamd sedimentologie.

Cyclustijd

Sedimentaire cycli worden gekenmerkt doordat de tijd die nodig is om de verschillende fasen te voltooien erg lang is, zelfs gemeten in miljoenen jaren. Dit komt doordat deze mineralen lange tijd op grote diepten in de aardkorst in gesteenten ingebed blijven.

Stadia van sedimentaire cycli

Het is belangrijk om niet uit het oog te verliezen dat het geen cyclus is waarvan de fasen een strikte volgorde volgen. Sommige fasen kunnen tijdens het proces meerdere keren worden uitgewisseld of gepresenteerd.

- Expositie

De rotsen die op bepaalde diepten in de aardkorst zijn gevormd, worden onderworpen aan verschillende diastrofische processen (breuken, plooien en verhogingen) die ze uiteindelijk naar of nabij het oppervlak brengen. Op deze manier worden ze blootgesteld aan de werking van omgevingsfactoren, hetzij edafisch, atmosferisch, hydrologisch of biologisch.

Diastrofisme is het product van convectiebewegingen van de aardmantel. Deze bewegingen genereren ook vulkanische verschijnselen die rotsen op een meer dramatische manier blootleggen.

- Verwering

Zodra het gesteente is blootgesteld, ondergaat het verwering (ontbinding van het gesteente in kleinere fragmenten) met of zonder veranderingen in chemische of mineralogische samenstelling. Verwering is een sleutelfactor bij bodemvorming en kan fysisch, chemisch of biologisch zijn.

Fysiek

In dit geval veranderen de factoren die ervoor zorgen dat het gesteente breekt de chemische samenstelling niet, alleen fysieke variabelen zoals volume, dichtheid en grootte. Dit wordt veroorzaakt door verschillende fysische agentia zoals druk en temperatuur. In het eerste geval zijn zowel het loslaten van de druk als de oefening de oorzaak van steenbreuken.

Verwering. Bron: Prince Roy, Taipei

Als stenen bijvoorbeeld diep uit de korst komen, laten ze de druk los, zetten ze uit en barsten ze. Van zijn kant oefenen de zouten die zich in de scheuren hebben verzameld ook druk uit bij het herkristalliseren, waardoor de breuken dieper worden.

Bovendien veroorzaken dagelijkse of seizoensgebonden temperatuurschommelingen cycli van uitzetting en samentrekking die uiteindelijk de rotsen breken.

Chemie

Dit verandert de chemische samenstelling van de gesteenten in het desintegratieproces omdat chemische agentia werken. Tot deze chemische middelen behoren zuurstof, waterdamp en kooldioxide.

Ze veroorzaken verschillende chemische reacties die de cohesie van het gesteente beïnvloeden en transformeren, waaronder oxidatie, hydratatie, carbonatatie en ontbinding.

Biologisch

Biologische agentia werken door een combinatie van fysische en chemische factoren, waaronder druk, wrijving en andere onder de eerste. Terwijl als chemische agentia de afscheidingen zijn van zuren, logen en andere stoffen.

Planten zijn bijvoorbeeld zeer effectieve verweringsmiddelen, omdat ze rotsen met hun wortels breken. Dit is te danken aan zowel de fysieke actie van radicale groei als de secreties die ze uitstoten.

- Erosie

Erosie werkt zowel rechtstreeks op de rots als op de producten van verwering, inclusief de gevormde grond. Aan de andere kant betreft het het transport van het geërodeerde materiaal, waarbij hetzelfde eroderende middel het transportmiddel is en zowel wind als water kan zijn.

Erosie. Bron: Carl Wycoff

Erosie door zwaartekracht wordt ook opgemerkt wanneer materiaalverplaatsing en slijtage optreedt op steile hellingen. Bij het erosieproces wordt het materiaal gefragmenteerd in nog kleinere mineraaldeeltjes, die vatbaar zijn voor transport over grote afstanden.

Wind

De eroderende werking van de wind wordt uitgeoefend door zowel weerstand als slijtage, die op hun beurt de meegesleepte deeltjes op andere oppervlakken uitoefent.

Water

Watererosie werkt zowel door de fysieke werking van de impact van regenwater of oppervlaktestromingen als door chemische inwerking. Een extreem voorbeeld van het eroderende effect van neerslag is zure regen, vooral op kalkhoudend gesteente.

- Vervoer

Minerale deeltjes worden door middelen als water, wind of zwaartekracht over grote afstanden getransporteerd. Het is belangrijk om er rekening mee te houden dat elk vervoermiddel een gedefinieerd laadvermogen heeft, in termen van grootte en hoeveelheid deeltjes.

Door de zwaartekracht kunnen zelfs grote, zelfs licht verweerde rotsen bewegen, terwijl de wind zeer kleine deeltjes met zich meedraagt. Daarnaast bepaalt de omgeving de afstand, aangezien de zwaartekracht grote stenen over korte afstanden transporteert, terwijl de wind kleine deeltjes over enorme afstanden verplaatst.

Water kan op zijn beurt een breed scala aan deeltjesgroottes transporteren, inclusief grote stenen. Dit middel kan de deeltjes over korte of extreem lange afstanden vervoeren, afhankelijk van het debiet.

- Sedimentatie en accumulatie

Het bestaat uit het afzetten van het getransporteerde materiaal door een afname van de snelheid van het transportmiddel en door de zwaartekracht. In die zin kan fluviatiele, getijden- of seismische sedimentatie optreden.

Afzetting. Bron: Calogerogalati

Omdat het reliëf van de aarde bestaat uit een gradiënt die loopt van maximale hoogte naar de zeebodem, vindt hier de grootste sedimentatie plaats. Na verloop van tijd bouwen sedimentlagen zich op elkaar op.

- Oplosbaarheid, absorptie en biologische afgifte

Zodra de verwering van het rotsachtige materiaal heeft plaatsgevonden, is het oplossen van de vrijgekomen mineralen en hun opname door levende wezens mogelijk. Deze opname kan worden uitgevoerd door planten, bacteriën of zelfs rechtstreeks door dieren.

Planten worden geconsumeerd door herbivoren en deze door carnivoren, en allemaal door ontbindende stoffen, waarbij de mineralen onderdeel worden van trofische netwerken. Evenzo zijn er bacteriën en schimmels die mineralen direct opnemen en zelfs dieren, zoals ara's die klei consumeren.

- Lithificatie

De cyclus wordt voltooid met de lithificatiefase, dat wil zeggen met de vorming van nieuw gesteente. Dit gebeurt wanneer mineralen bezinken en opeenvolgende lagen vormen die zich ophopen en een enorme druk uitoefenen.

De lagen dieper in de korst worden verdicht en gecementeerd tot massief gesteente en deze lagen zullen opnieuw aan diastrofische processen worden onderworpen.

Verdichting

Product van de druk die wordt uitgeoefend door de sedimentlagen die zich opstapelen in de opeenvolgende sedimentatiefasen, de onderste lagen worden verdicht. Dit houdt in dat de poriën of ruimtes die tussen de sedimentdeeltjes bestaan, worden verkleind of verdwijnen.

Cementeren

Dit proces bestaat uit het afzetten van cementachtige stoffen tussen de deeltjes. Deze stoffen, zoals calciet, oxiden, silica en andere, kristalliseren en cementeren het materiaal tot vast gesteente.

Voorbeelden van sedimentaire cycli

- Sedimentaire zwavelcyclus

Zwavel is een essentieel onderdeel van bepaalde aminozuren zoals cystine en methionine, evenals vitamines zoals thiamine en biotine. De sedimentaire cyclus omvat een gasfase.

Dit mineraal komt in de cyclus door de verwering van gesteenten (leien en ander sedimentair gesteente), afbraak van organisch materiaal, vulkanische activiteit en industriële bijdragen. Ook mijnbouw, oliewinning en het verbranden van fossiele brandstoffen zijn bronnen van zwavel in de kringloop.

De vormen van zwavel zijn in deze gevallen sulfaten (SO4) en waterstofsulfide (H2S); sulfaten zijn zowel in de bodem als opgelost in water. Sulfaten worden door planten opgenomen en opgenomen via hun wortels en gaan naar de trofische netwerken.

Wanneer organismen afsterven, werken bacteriën, schimmels en andere ontbindende stoffen, waarbij zwavel vrijkomt in de vorm van waterstofsulfidegas dat in de atmosfeer terechtkomt. Waterstofsulfide wordt snel geoxideerd door het te mengen met zuurstof, waarbij sulfaten worden gevormd die naar de grond neerslaan.

Zwavelbacteriën

Anaërobe bacteriën werken in moerasslib en in de afbraak van organisch materiaal in het algemeen. Deze verwerken SO4 waarbij gasvormig H2S wordt gegenereerd dat in de atmosfeer wordt afgegeven.

Zure regen

Het wordt gevormd door precursoren zoals H2S, die door de industrie, zwavelbacteriën en vulkaanuitbarstingen in de atmosfeer worden uitgestoten. Deze voorlopers reageren met waterdamp en vormen SO4, dat vervolgens neerslaat.

- Sedimentaire calciumcyclus

Calcium wordt aangetroffen in sedimentair gesteente dat is gevormd op de zeebodem en de meerbodems dankzij de bijdragen van organismen die zijn voorzien van kalkhoudende schelpen. Evenzo is er vrij geïoniseerd calcium in water, zoals in de oceanen op diepten van meer dan 4.500 m waar calciumcarbonaat is opgelost.

Calciumrijke gesteenten zoals onder andere kalksteen, dolomiet en fluoriet zijn verweerd en geven calcium af. Regenwater lost atmosferische CO2 op, wat resulteert in koolzuur dat het oplossen van kalksteengesteente vergemakkelijkt, waarbij HCO 3– en Ca 2+ vrijkomen.

Calcium in deze chemische vormen wordt door regenwater naar rivieren, meren en oceanen gevoerd. Dit is het meest voorkomende kation in de grond waaruit planten het opnemen terwijl dieren het uit planten halen of direct oplossen in water.

Calcium is een essentieel onderdeel van schelpen, exoskeletten, botten en tanden, dus als het sterft, wordt het opnieuw in het milieu opgenomen. In het geval van oceanen en meren sedimenten op de bodem en de lithificatieprocessen vormen nieuwe kalkhoudende gesteenten.

- Sedimentaire kaliumcyclus

Kalium is een fundamenteel element in het celmetabolisme, omdat het een relevante rol speelt bij osmotische regulatie en fotosynthese. Kalium maakt deel uit van de mineralen in de bodem en rotsen, omdat het kleigronden zijn die rijk zijn aan dit mineraal.

Bij verweringsprocessen komen in water oplosbare kaliumionen vrij die kunnen worden opgenomen door plantenwortels. Mensen voegen ook kalium toe aan de bodem als onderdeel van gewasbemesting.

Via groenten wordt kalium verdeeld in trofische netwerken en keert het vervolgens met de werking van ontbinders terug naar de grond.

- Sedimentaire fosforcyclus

De belangrijkste fosforreserves bevinden zich in zeesediment, bodems, fosfaatrotsen en guano (uitwerpselen van zeevogels). De sedimentaire cyclus begint met fosfaatgesteenten die, als ze verweren en eroderen, fosfaten afgeven.

Evenzo nemen mensen extra hoeveelheden fosfor op in de bodem door meststoffen of meststoffen toe te passen. De fosforverbindingen worden door de regen met de rest van de sedimenten meegevoerd naar de waterstromingen en van daaruit naar de oceaan.

Deze verbindingen sedimenteren gedeeltelijk en een ander deel wordt opgenomen in mariene voedselwebben. Een van de kringlopen ontstaat wanneer fosfor opgelost in zeewater wordt verbruikt door fytoplankton, dit op zijn beurt door vissen.

De vissen worden vervolgens geconsumeerd door zeevogels, wier uitwerpselen grote hoeveelheden fosfor (guano) bevatten. Guano wordt door mensen gebruikt als organische meststof om gewassen van fosfor te voorzien.

De fosfor die in het mariene sediment achterblijft, ondergaat lithificatieprocessen, waarbij nieuwe fosfaatgesteenten worden gevormd.

- Sedimentaire cyclus van zware metalen

Zware metalen omvatten sommige die essentiële functies vervullen voor het leven, zoals ijzer, en andere die giftig kunnen worden, zoals kwik. Onder de zware metalen bevinden zich meer dan 50 elementen zoals arseen, molybdeen, nikkel, zink, koper en chroom.

Sommige, zoals ijzer, zijn er in overvloed, maar de meeste van deze elementen worden in relatief kleine hoeveelheden aangetroffen. Aan de andere kant kunnen ze zich in de biologische fase van hun sedimentaire cyclus ophopen in levende weefsels (bioaccumulatie).

In dit geval, aangezien ze niet gemakkelijk te verwijderen zijn, neemt hun accumulatie toe langs de voedselketens, wat ernstige gezondheidsproblemen veroorzaakt.

Bronnen

Zware metalen zijn afkomstig van natuurlijke bronnen, vanwege rotsverwering en bodemerosie. Er zijn ook belangrijke antropische bijdragen door industriële emissies, verbranding van fossiele brandstoffen en elektronisch afval.

Algemene sedimentaire cyclus

In algemene termen volgen zware metalen een sedimentaire cyclus die begint bij hun belangrijkste bron, de lithosfeer, en ze passeren door de atmosfeer, de hydrosfeer en de biosfeer. Door verweringsprocessen komen zware metalen vrij op de grond en van daaruit kunnen ze het water vervuilen of de atmosfeer binnendringen door door de wind geblazen stof.

Vulkanische activiteit draagt ​​ook bij aan de uitstoot van zware metalen in de atmosfeer en regen voert ze van de lucht naar de grond en van daaruit naar de watermassa's. Tussenliggende bronnen vormen lussen in de cyclus als gevolg van de bovengenoemde menselijke activiteiten en het binnendringen van zware metalen in voedselwebben.

Referenties

1. Calow, P. (Ed.) (1998). De encyclopedie van ecologie en milieubeheer.
2. Christopher R. en Fielding, CR (1993). Een overzicht van recent onderzoek in de sedimentologie van de rivier. Sedimentaire geologie.
3. Margalef, R. (1974). Ecologie. Omega-edities.
4. Márquez, A., García, O., Senior, W., Martínez, G., González, A. en Fermín. I. (2012). Zware metalen in oppervlaktesedimenten van de Orinoco-rivier, Venezuela. Bulletin van het Oceanografisch Instituut van Venezuela.
5. Miller, G. en TYLER, JR (1992). Ecologie en milieu. Grupo Hoofdartikel Iberoamérica SA de CV
6. Rovira-Sanroque, JV (2016). Verontreiniging door zware metalen in de sedimenten van de Jarama-rivier en de bioassimilatie ervan door Tubificids (Annelida: Oligochaeta, Tubificidae). Proefschrift. Faculteit Biologische Wetenschappen, Complutense Universiteit van Madrid.
7. Odum, EP en Warrett, GW (2006). Grondbeginselen van ecologie. Vijfde editie. Thomson.