VERWERING: SOORTEN EN PROCESSEN - GEOGRAFÍA - 2026

De verwering is de afbraak van gesteenten door mechanische desintegratie en chemische ontbinding. Velen vormen zich bij hoge temperaturen en drukken diep in de aardkorst; bij blootstelling aan lagere temperaturen en drukken aan de oppervlakte en in aanraking met lucht, water en organismen, ontbinden ze en breken ze.

Levende wezens spelen ook een invloedrijke rol bij verwering, aangezien ze gesteenten en mineralen aantasten via verschillende biofysische en biochemische processen, waarvan de meeste niet in detail bekend zijn.

Devil's Marbles, een door weer gebarsten rots, Australië. Bron: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg

Er zijn in principe drie hoofdtypen waardoor verwering plaatsvindt; dit kan fysisch, chemisch of biologisch zijn. Elk van deze varianten heeft specifieke kenmerken die gesteenten op verschillende manieren beïnvloeden; zelfs in sommige gevallen kan er een combinatie zijn van verschillende verschijnselen.

Fysieke verwering of

Mechanische processen verkleinen de rotsen tot steeds kleinere fragmenten, die op hun beurt het oppervlak vergroten dat wordt blootgesteld aan chemische aanvallen. De belangrijkste mechanische verweringsprocessen zijn de volgende:

- De download.

- De werking van vorst.

- Thermische belasting veroorzaakt door verwarming en koeling.

- De uitbreiding.

- Krimp door bevochtiging met aansluitend drogen.

- De druk die wordt uitgeoefend door de groei van zoutkristallen.

Een belangrijke factor bij mechanische verwering is vermoeidheid of herhaalde spanningsopwekking, waardoor de tolerantie voor beschadiging afneemt. Het resultaat van vermoeidheid is dat het gesteente zal breken bij een lager spanningsniveau dan een niet-vermoeid monster.

Downloaden

Wanneer erosie materiaal van het oppervlak verwijdert, neemt de opsluitdruk op de onderliggende rotsen af. Door de lagere druk kunnen de minerale korrels verder scheiden en holtes creëren; gesteente zet uit of zet uit en kan breken.

In graniet- of andere dichte rotsmijnen kan de drukontlasting door mijninsnijdingen bijvoorbeeld gewelddadig zijn en zelfs explosies veroorzaken.

Afschilfering Dome in Yosemite National Park, Verenigde Staten. Bron: Diliff, van Wikimedia Commons

Breuk of gelvorming bevriezen

Het water dat de poriën in een rots inneemt, zet bij bevriezing met 9% uit. Deze uitzetting genereert interne druk die fysieke desintegratie of breuk van het gesteente kan veroorzaken.

Gelling is een belangrijk proces in koude omgevingen, waar cycli van invriezen en ontdooien constant plaatsvinden.

Fysieke verwering van een betonnen "steenhoop". Bron: LepoRello. , van Wikimedia Commons

Verwarmings-koelcycli (thermoclastiek)

Rotsen hebben een lage thermische geleidbaarheid, wat betekent dat ze niet goed zijn in het afvoeren van warmte van hun oppervlak. Wanneer rotsen worden verwarmd, stijgt de temperatuur van het buitenoppervlak veel meer dan het binnenste deel van de rots. Om deze reden lijdt het externe deel aan grotere verwijding dan het interne.

Bovendien vertonen gesteenten die uit verschillende kristallen bestaan, differentiële verwarming: kristallen met een donkerdere kleur worden sneller warm en koelen langzamer af dan lichtere kristallen.

Vermoeidheid

Deze thermische spanningen kunnen het uiteenvallen van gesteente en de vorming van enorme vlokken, schelpen en platen veroorzaken. Herhaaldelijk verwarmen en afkoelen produceert een effect dat vermoeidheid wordt genoemd en dat thermische verwering bevordert, ook wel thermoclastiek genoemd.

Over het algemeen kan vermoeidheid worden gedefinieerd als het effect van verschillende processen die de tolerantie van een materiaal voor beschadiging verminderen.

Rock schalen

Afschilfering of afschilfering door thermische spanning omvat ook het genereren van steenvlokken. Evenzo kan de intense hitte die wordt gegenereerd door bosbranden en nucleaire explosies ervoor zorgen dat gesteente uit elkaar valt en uiteindelijk breekt.

In India en Egypte werd vuur bijvoorbeeld jarenlang gebruikt als extractiemiddel in steengroeven. De dagelijkse temperatuurschommelingen, die zelfs in woestijnen voorkomen, liggen echter ver onder de extremen die door lokale branden worden bereikt.

Bevochtigen en drogen

Kleibevattende materialen - zoals moddersteen en schalie - zetten aanzienlijk uit bij bevochtiging, wat kan leiden tot de vorming van microfouten of microscheuren, of de vergroting van bestaande scheuren.

Naast het effect van vermoeidheid, leiden uitzetting en krimpcycli - geassocieerd met bevochtiging en droging - tot rotsverwering.

Verwering door groei van zoutkristallen of haloclastiek

In kustgebieden en droge gebieden kunnen zoutkristallen groeien in zoutoplossingen die worden geconcentreerd door verdamping van het water.

De kristallisatie van zout in de tussenruimten of poriën van gesteenten veroorzaakt spanningen die ze verwijden, en dit leidt tot korrelige desintegratie van het gesteente. Dit proces staat bekend als zoute verwering of haloclastiek.

Wanneer de zoutkristallen die in de poriën van de rots worden gevormd, worden verwarmd of verzadigd raken met water, zetten ze uit en oefenen ze druk uit tegen nabijgelegen poriënwanden; dit veroorzaakt hittestress of hydratatiestress (respectievelijk), die beide bijdragen aan de verwering van de rots.

Chemische verwering

Dit type verwering omvat een breed scala aan chemische reacties, die samenwerken op veel verschillende soorten gesteente in alle klimatologische omstandigheden.

Deze grote variëteit kan worden gegroepeerd in zes hoofdtypen chemische reacties (allemaal betrokken bij de ontbinding van gesteente), namelijk:

- Ontbinding.

- Hydratatie.

- Oxidatie en reductie.

- Koolzuur.

- Hydrolyse.

Ontbinding

Minerale zouten kunnen worden opgelost in water. Dit proces omvat de dissociatie van de moleculen in hun anionen en kationen, en de hydratatie van elk ion; dat wil zeggen, de ionen omringen zichzelf met watermoleculen.

Oplossen wordt over het algemeen als een chemisch proces beschouwd, hoewel er geen daadwerkelijke chemische omzettingen bij betrokken zijn. Omdat het oplossen optreedt als een eerste stap voor andere chemische verweringsprocessen, valt het in deze categorie.

Het oplossen kan gemakkelijk worden omgekeerd: wanneer de oplossing oververzadigd raakt, slaat een deel van het opgeloste materiaal neer als een vaste stof. Een verzadigde oplossing heeft niet het vermogen om meer vaste stoffen op te lossen.

Mineralen variëren in oplosbaarheid en tot de meest oplosbare in water behoren de chloriden van de alkalimetalen, zoals steenzout of haliet (NaCl) en kaliumzout (KCl). Deze mineralen komen alleen voor in zeer droge klimaten.

Gips ( CaSO ₄ .2H ₂ O) is ook redelijk oplosbaar, terwijl kwarts een zeer lage oplosbaarheid heeft.

De oplosbaarheid van veel mineralen is afhankelijk van de concentratie vrije waterstofionen (H ⁺ ) in het water. H ⁺ -ionen worden gemeten als de pH-waarde, die de zuurgraad of alkaliteit van een waterige oplossing aangeeft.

Hydratatie

Hydraterende verwering is een proces dat optreedt wanneer mineralen watermoleculen op hun oppervlak adsorberen of absorberen, inclusief ze in hun kristalroosters. Dit extra water zorgt voor een toename in volume waardoor het gesteente kan breken.

In vochtige klimaten van gemiddelde breedtegraden vertonen de kleuren van de grond opmerkelijke variaties: het kan worden waargenomen van bruinachtig tot geelachtig. Deze kleuringen worden veroorzaakt door de hydratatie van het roodachtige ijzeroxide hematiet, dat verandert in een oxidekleurige goethiet (ijzer oxyhydroxide).

De opname van water door de kleideeltjes is ook een vorm van hydratatie die leidt tot de uitzetting daarvan. Dan, terwijl de klei droogt, barst de korst.

Oxidatie en reductie

Oxidatie treedt op wanneer een atoom of ion elektronen verliest, waardoor de positieve lading toeneemt of de negatieve lading afneemt.

Een van de bestaande oxidatiereacties betreft de combinatie van zuurstof met een stof. Opgeloste zuurstof in water is een veelvoorkomend oxidatiemiddel in het milieu.

Oxidatieve slijtage tast voornamelijk ijzerhoudende mineralen aan, hoewel elementen zoals mangaan, zwavel en titanium ook kunnen roesten.

De reactie voor ijzer - die optreedt wanneer opgeloste zuurstof in water in contact komt met ijzerhoudende mineralen - is als volgt:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e ^-

In deze uitdrukking staat e ^- voor elektronen.

Ferro-ijzer (Fe ²⁺ ) dat in de meeste gesteentevormende mineralen wordt aangetroffen, kan worden omgezet in zijn ferri-vorm (Fe ³⁺ ) door de neutrale lading van het kristalrooster te veranderen. Deze verandering zorgt er soms voor dat het instort en maakt het mineraal vatbaarder voor chemische aantasting.

Carbonatatie

Carbonatatie is de vorming van carbonaten, de zouten van koolzuur (H ₂ CO ₃ ). Kooldioxide lost op in natuurlijk water om koolzuur te vormen:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Vervolgens valt koolzuur uiteen in een gehydrateerd waterstofion (H ₃ O ⁺ ) en een bicarbonaation, als volgt:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Koolzuur valt mineralen aan en vormt carbonaten. Carbonatatie domineert de verwering van kalkhoudende gesteenten (dit zijn kalksteen en dolomiet); hierin is het belangrijkste mineraal calciet of calciumcarbonaat (CaCO ₃ ).

Calciet reageert met koolzuur en vormt zuur calciumcarbonaat, Ca (HCO ₃ ) _2, dat, in tegenstelling tot calciet, gemakkelijk oplost in water. Dit is de reden waarom sommige kalkstenen zo vatbaar zijn voor ontbinding.

De omkeerbare reacties tussen kooldioxide, water en calciumcarbonaat zijn complex. In wezen kan het proces als volgt worden samengevat:

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

Hydrolyse

Over het algemeen is hydrolyse - de chemische afbraak door de inwerking van water - het belangrijkste proces van chemische verwering. Water kan gevoelige primaire mineralen in gesteenten afbreken, oplossen of wijzigen.

In dit proces reageert het water dat wordt gedissocieerd in waterstofkationen (H ⁺ ) en hydroxylanionen (OH ^- ) direct met de silicaatmineralen in gesteenten en bodems.

Het waterstofion wordt uitgewisseld met een metaalkation van de silicaatmineralen, gewoonlijk kalium (K ⁺ ), natrium (Na ⁺ ), calcium (Ca ^{2 +)} of magnesium (Mg ^{2 +} ). Het vrijgekomen kation combineert dan met het hydroxylanion.

De reactie voor de hydrolyse van het mineraal orthoklaas, dat de chemische formule KAlSi ₃ O _{8 heeft} , is bijvoorbeeld als volgt:

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

Dus orthoklaas wordt omgezet in aluminiumkiezelzuur, HAlSi ₃ O ₈ en kaliumhydroxide (KOH).

Dit type reactie speelt een fundamentele rol bij de vorming van enkele karakteristieke reliëfs; Ze zijn bijvoorbeeld betrokken bij de vorming van het karstreliëf.

Biologische verwering

Sommige levende organismen vallen gesteenten mechanisch, chemisch of door een combinatie van mechanische en chemische processen aan.

Planten

Plantenwortels - vooral die van bomen die op platte rotsachtige bedden groeien - kunnen een biomechanisch effect hebben.

Dit biomechanische effect treedt op naarmate de wortel groeit, naarmate de druk die deze op de omgeving uitoefent toeneemt. Dit kan leiden tot breuk van de wortelbedrotsen.

Biologische meteorisatie. Tetrameles nudiflora groeit op een tempelruïne in Angkor, Cambodja. Bron: Diego Delso, delso.photo, CC-BY-SA Licentie via https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG

Korstmossen

Korstmossen zijn organismen die bestaan ​​uit twee symbionten: een schimmel (mycobiont) en een alg die over het algemeen cyanobacteriën (phycobiont) is. Deze organismen zijn gerapporteerd als kolonisatoren die de rotsverwering verhogen.

Er is bijvoorbeeld ontdekt dat Stereocaulon vesuvianum is geïnstalleerd op lavastromen, waardoor het zijn verweringssnelheid tot 16 keer verbetert in vergelijking met niet-gekoloniseerde oppervlakken. Deze tarieven kunnen verdubbelen op vochtige locaties, zoals in Hawaii.

Er is ook opgemerkt dat als korstmossen afsterven, ze een donkere vlek achterlaten op rotsoppervlakken. Deze plekken absorberen meer straling dan de omringende lichte delen van de rots, waardoor thermische verwering of thermoclastiek wordt bevorderd.

Mytilus edulis een rotsborende mossel. Bron: Andreas Trepte, van Wikimedia Commons

maritieme organismen

Bepaalde mariene organismen schrapen het oppervlak van rotsen en boren er gaten in, waardoor de groei van algen wordt bevorderd. Deze doordringende organismen zijn onder meer weekdieren en sponzen.

Voorbeelden van dit soort organismen zijn de blauwe mossel (Mytilus edulis) en de herbivore buikpotige Cittarium pica.

Het korstmos Stereocaulon vesuvianum is een kolonisator die is geïnstalleerd in lavastromen, Canarische Eilanden Fuerteventura en Lanzarote van Spanje. Bron: Lairich Rig via https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg

Chelatie

Chelatie is een ander verweringsmechanisme waarbij metaalionen en in het bijzonder aluminium-, ijzer- en mangaanionen uit rotsen worden verwijderd.

Dit wordt bereikt door binding en sekwestratie door organische zuren (zoals fulvinezuur en humuszuur), om oplosbare organische stof-metaalcomplexen te vormen.

In dit geval zijn de chelaatvormers afkomstig van de afbraakproducten van planten en afscheidingen van de wortels. Chelatie stimuleert chemische verwering en metaaloverdracht in grond of gesteente.

Referenties

1. Pedro, G. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93-105.
2. Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2e edn. Met een bijdrage van APW Hodder. Oxford: Oxford University Press.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). De aard en snelheid van verwering door korstmossen op lavastromen op Lanzarote. Geomorphology, 47 (1), 87-94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas, MF (1994). Geomorfologie in de tropen: een studie van verwering en denudatie in lage breedtegraden. Chichester: John Wiley & Sons.
5. White, WD, Jefferson, GL en Hama, JF (1966) Kwartsietkarst in het zuidoosten van Venezuela. International Journal of Speleology 2, 309–14.
6. Yatsu, E. (1988). The Nature of Weathering: An Introduction. Tokio: Sozosha.