PROCESY WIETRZENIA

PROCESY WIETRZENIA

POWSTAWANIE SKAŁ

POWSTAWANIE SKAŁ

OSADOWYCH

OSADOWYCH

Wietrzenie skał i minerałów jest procesem bardzo
złożonym.

Ogólnie można je określić jako rezultat działania
niszczących sił przyrody, obejmujący zarówno
fizyczny rozpad (rozdrobnienie) jaki chemiczny
rozkład skał i minerałów. Równolegle z procesami
dezintegracji następują procesy syntezy nowych
minerałów i substancji amorficznych.

Wszystkie zachodzące przemiany wzajemnie na
siebie wpływają, dlatego końcowy produkt wietrzenia
rozpatrywać należy jako rezultat ich synergicznego
działania.

Na wpływy sił niszczących narażone są skały i

minerały

pozostające

w

stałym

kontakcie

z

czynnikami atmosferycznymi, tzn. występujące na
powierzchni ziemi lub w jej pobliżu.

W pierwszej fazie wietrzenia podlegają one

rozkruszeniu na mniejsze fragmenty, a nawet na
poszczególne ziarna mineralne. Tak rozkruszony
materiał, posiada znacznie zwiększoną powierzchnię
reakcji i charakteryzuje się mniejszą spoistością oraz
obecnością szczelin, pęknięć i mikrootworów.

W drugiej fazie staje się on obiektem ataku wody,

tlenu i dwutlenku węgla, inicjującym szereg reakcji
chemicznych prowadzących do zmian w składzie
chemicznym wietrzejącego materiału. Powstają nowe
minerały,

zwane

minerałami

wtórnymi

oraz

substancje nie wykazujące budowy uporządkowanej,
tzn.

substancje amorficzne

.

Nowopowstałe produkty charakteryzują się

odmienną niż minerały pierwotne budową oraz
odmiennymi właściwościami fizyko-chemicznymi.
Cechuje je zdolność do pozostawania w stanie
względnej równowagi z panującymi warunkami
atmosferycznymi.

Wszystkim zachodzącym przemianom towarzyszy

ciągłe

zmniejszanie

rozmiarów

cząstek

oraz

uwalnianie składników rozpuszczalnych, z których
większość ulega wymywaniu.

Rozpatrując procesy wietrzenia należy zwrócić

uwagę na następujące procesy:

1.Procesy wietrzenia fizycznego

2.Procesy wietrzenia chemicznego

3.Czynniki wpływające na procesy wietrzenia

4.Produkty procesu wietrzenia

WIETRZENIE FIZYCZNE

Procesy

wietrzenia

fizycznego

prowadzą

do

rozdrobnienia skał i minerałów, nie powodują natomiast
zmian w ich składzie chemicznym. Przebieg procesów
wietrzenia fizycznego warunkowany jest aktywnością
takich

sił niszczących jak

woda, temperatura,

działalność lodowców i wiatrów. Dezintegrująca
działalność sił niszczących jest najczęściej synergiczna i
przejawia się w następujących zjawiskach fizycznych:

Nagrzewanie i ochładzanie. Nagrzewanie skał

prowadzi do ich rozszerzania się, zaś ochładzanie - do
kurczenia się. W wyniku nagłych zmian temperatury
dochodzi do powstania naprężeń, mogących powodować
tworzenie się spękań i szczelin przyspieszających dalsze
rozkruszanie skał. Dodatkowo, w efekcie słabego
przewodnictwa cieplnego skał, temperatura na ich
powierzchni jest często wyraźnie różna od temperatury
panującej w częściach głębiej położonych.

Zamarzanie i rozmarzanie. Woda ma zdolność

wnikania we wszelkie szczeliny, spękania, powstałe w
wyniku

działania

różnych

czynników

wietrzenia.

Zamarzając, wywiera ogromne ciśnienie, które powoduje
powstawanie szerokich szczelin w skałach i rozpadanie się
mniejszych odłamków skalnych na coraz drobniejsze
frakcje. W ten sposób tworzą się np. cyrki lodowcowe.

Pęcznienie i kurczenie. Procesom tym towarzyszy

zmiana objętości i związany z nią "ruch" cząstek.

Obtaczanie i ścieranie. Transport materiałów

macierzystych przez wodę, wiatr i lodowce silnie
przyczynia się do ich rozpadu. Transportowane odłamki
skalne, okruchy, czy nawet pojedyncze ziarna mineralne
są narażone na nieustanne zderzanie i ocieranie się,
zarówno o siebie nawzajem, jak i o napotkane przeszkody.
W wyniku tych interakcji dochodzi do ścierania się ich
powierzchni.

PRZYKŁADY CZYNNIKÓW FIZYCZNYCH

Woda
Przykładem

niszczącego

działania

czynników

transportujących może być działanie wód płynących.
Toczą one materiał skalny po dnie, czego efektem jest
zdzieranie i obtaczanie powierzchni odłamków skalnych.

Lodowce
Czynnikiem transportującym i erodującym o wyjątkowej

sile i zasięgu są również lodowce. Oddziałują one nie tylko
na lite skały, na których zalegają, ale również na luźne
materiały zbierane po drodze i przenoszone dalej.

Wiatr
Działanie niszczące wywoływane przez wiatr który

transportuje cząstki o małej średnicy. Znane są przykłady
oddziaływania materiału niesionego przez wiatr na
przeszkody w postaci skałek bądź głazów znajdujących się
na jego drodze, w wyniku którego powstają formy zwane
grzybami skalnymi.

Organizmy żywe
Działalność organizmów żywych również przyczynia się do
rozpadu materiałów pierwotnych. Dotyczy ona przede
wszystkim niszczącego działania rozrastających się
korzeni drzew i krzewów, aktywności fauny drążącej
różnego rodzaju kanaliki i tunele ułatwiające wnikanie
wody.

WIETRZENIE CHEMICZNE

Wietrzeniem chemicznym nazywamy procesy

chemicznego rozkładu, w trakcie których dochodzi do
rozpuszczania i uwalniania składników oraz syntezy
nowych

minerałów

bądź

pozostawiania

trwałych

produktów końcowych rozpadu.

Zachodzące przemiany są skutkiem ekspozycji skał i

minerałów na warunki atmosferyczne, często skrajnie
różne od warunków ich powstawania. Działanie
agresywnych czynników środowiskowych, takich jak
woda, tlen i CO

2

.

Wietrzenie chemiczne jest naturalnym następstwem

wietrzenia fizycznego. Skały, które uległy mechanicznemu
rozkruszeniu są łatwo penetrowane przez wodę. W jej
obecności składniki najłatwiej rozpuszczalne ulegają
rozpuszczeniu i wymyciu.

Wietrzenie minerałów jest procesem bardzo

złożonym,

odbywającym

poprzez

szereg

reakcji

chemicznych, wzajemnie się uzupełniających, bądź
indukujących. Najważniejszymi z nich są:

1. Hydroliza
2. Hydratacja
3. Karbonatyzacja
4. Utlenianie
5. Redukcja
6. Rozpuszczanie

Hydroliza. Reakcje minerałów z wodą odgrywają

zasadniczą rolę w procesach chemicznego rozkładu
substancji. Rozkład i przebudowa z udziałem wody to
główne procesy wietrzenia chemicznego. Powstające w
ich wyniku formy wodorotlenkowe są zwykle łatwiej
rozpuszczalne od minerału pierwotnego. Przykładem
hydrolitycznego rozkładu glinokrzemianów jest reakcja
rozpadu kaolinizacji

4K

2

O·Al

2

O

3

·6SiO

2

+

6H

2

O

Al

2

O

3

·2SiO

2

·2H

2

O

+

4KOH

+

8SiO

2

ortoklaz

+

woda

kaolinit

+

potas

+ krzemionka

Hydratacja. Polega ona na wiązaniu powstałych w

wyniku dysocjacji wody jonów H+ i OH- przez strukturę
kryształu. Reakcje hydratacji powodują przemianę
minerału bezwodnego w uwodniony i słabo uwodnionego
w silnie uwodniony. Przykładem tego procesu jest
przekształcanie hematytu w limonit:

2Fe

2

O

3

+

3H

2

O

2Fe

2

O

3

3H

2

O

hematyt

+

woda

limonit

Karbonatyzacja. Kwas węglowy jest słabym kwasem

powstającym w wyniku reakcji CO2 z wodą. Roztwór
kwasu węglowego działa na minerały silniej niż czysta
woda. Proces karbonatyzacji szczególnie silnie zaznacza
się w przemianach kalcytu, w wyniku których dochodzi do
powstawania rozpuszczalnego wodorowęglanu:

CaCO

3

+

H

2

CO

3

Ca(HCO

3

)

2

kalcyt

+

kwas węglowy

rozpuszczalny

wodorowęglan

Utlenianie.

Utlenianie

w

procesach

wietrzenia

rozumieć należy zarówno jako reakcje minerałów z tlenem
jak i zmiany wartościowości występujących w ich sieci
krystalicznej metali. Za doskonały przykład posłużyć tu
mogą przemiany minerałów zawierających żelazo.

4FeO

+

O

2

2Fe

2

O

3

tlenek

+

tlen

hematyt

żelazawy

Redukcja. Odtlenianie zachodzące w zwietrzelinie jest

powodowane

głownie

występowaniem

substancji

organicznej i bakterii w warunkach beztlenowych. W
trakcie redukcji tlenek żelazowy przechodzi w tlenek
żelazawy.

Odtlenienie skał i gleb prowadzi do zmian zabarwienia z

brunatnego na bladożółte, sine.

Fe

2

O

3

2FeO

+

H

2

O

H

2

Rozpuszczanie. Zdolność minerałów do rozpuszczania

się w wodzie i roztworach wodnych zależy od ich składu
chemicznego. Sam proces rozpuszczania polega na
rozpadzie danej substancji na poszczególne jony, np. NaCl
rozpada się, a dokładniej dysocjuje na kation Na+ i anion
Cl-.

Schemat obrazujący kierunki wietrzenia w środowisku

kwaśnym, charakterystycznym dla gleb klimatu

umiarkowanego wilgotnego

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PROCESY

WIETRZENIA

Najistotniejszy wpływ na procesy wietrzenia posiadają

następujące czynniki:

Klimat

Cechy fizyczne skał

Tekstura
Lepiszcze skał okruchowych
Twardość
Wielkość cząstek

Właściwości chemiczne i budowa minerałów

Warunki topograficzne

PRODUKTY WIETRZENIA

Produkty wietrzenia ogólnie dzieli się na:

Minerały ilaste

Tlenki i wodorotlenki glinu, żelaza, tytanu i krzemu
(tzw. trwałe produkty końcowe rozpadu)

Uwolnione jony

SKAŁY OSADOWE

Skały osadowe powstają w wyniku nagromadzania i

osadzania produktów wietrzenia starszych skał, jak
również resztek roślinnych i zwierzęcych o różnym
stopniu rozkładu. Mogą też tworzyć się w wyniku
wytrącania z roztworów wodnych.

Głównymi procesami uczestniczącymi w genezie

tych skał są:

1.Wietrzenie

2.Transport

3.Sedymentacja

4.Diageneza

Procesy te, stanowiące etapy rozwoju skał osadowych

następują po sobie w określonej kolejności, bądź też mogą
się wzajemnie zazębiać. Nie wszystkie skały osadowe
przechodziły w swym rozwoju wszystkie wymienione
etapy.

SEDYMENTACJA
Sedymentacja jest procesem osadzania się (depozycji)

materiału w określonym środowisku sedymentacyjnym. W
wodach płynących (rzekach) sedymentacja rozpoczyna się
tam, gdzie zmniejsza się siła nośna rzeki lub tam, gdzie
nagromadziło się więcej materiału niż rzeka może unieść.
Podobnie, sedymentacja wietrzna (eoliczna) ma miejsce
tam, gdzie spada siła nośna wiatru, najczęściej po stronie
zawietrznej pasma górskiego. Sedymentacja lodowcowa
rozpoczyna się wraz z zatrzymaniem się i cofaniem czoła
lodowca.

W jeziorach i morzach sedymentacja przebiega

najczęściej spokojnie, poprzez grawitacyjne opadanie
zawieszonych okruchów i resztek organicznych lub też
poprzez gromadzenie się na dnie substancji mineralnych
wytrącanych z roztworu wodnego.

DIAGENEZA
Jako diagenezę określa się zespół procesów fizycznych i

chemicznych zachodzących w niewysokiej temperaturze,
które prowadzą do konsolidacji pierwotnie luźnego
materiału osadowego. Świeżo zdeponowany osad jest
zazwyczaj luźny i przepojony wodą. Z czasem, przy
sprzyjających warunkach, osady ulegają stwardnieniu i
przemianie w skałę spoistą.

Procesy diagenezy (

cementacji

) związane są ze

strącaniem

się

substancji

mineralnych

stopniowo

wypełniających przestrzenie międzyziarnowe. Substancje
te tworzą tzw. spoiwo czyli inaczej lepiszcze. W
procesach diagenetycznych ogromną rolę odgrywa
również ciśnienie wywierane przez nadległe warstwy
osadów, prowadzące do zagęszczania się cząstek i ziaren
mineralnych (tzw.

kompakcja

). Zwykle procesy te

związane są ze zmniejszaniem się stanu uwilgotnienia
osadów, co powoduje

twardnienie

cząstek koloidalnych

.

Powstawanie skał osadowych

związane jest z dużymi zmianami warunków fizycznych

i chemicznych środowiska ich powstawania. Za

szczególnie istotne należy uznać:

•wahania temperatury na powierzchni wietrzejących

skał (od - 80 °C do + 80 °C ),

•znaczna rozpiętość opadów (od zera do kilku tysięcy

mm rocznie),

•stosunek opadów do parowania ,
•stężenie jonów wodorowych, które w naturalnych

zbiornikach waha się w granicach od pH 5 do pH 9,

•potencjał oksydoredukcyjny ( Fe2+ - Fe3+),
•udział organizmów żywych (mikroorganizmy, rośliny,

zwierzęta).

Minerały wchodzące w skład skał osadowych są

dwojakiego pochodzenia:

Minerały

allogeniczne,

tzn.

powstałe

poza

środowiskiem tworzenia się skał osadowych. Dostają się
one do środowiska osadowego w wyniku mechanicznego
wietrzenia

skał

starszych

niż

dany

osad

i

przetransportowania do zbiornika sedymentacyjnego.

Minerały autogeniczne, tj. powstałe w środowisku

tworzenia się skał osadowych. Powstają one w wyniku
bezpośredniego wytrącenia z roztworu, na skutek
procesów biochemicznych lub w wyniku późniejszych
przemian diagenetycznych w obrębie złożonego osadu.

Skały osadowe

są sklasyfikowane na trzy grupy, w zależności od genezy:

1.Skały osadowe okruchowe

2.Skały osadowe pochodzenia chemicznego

3.Skały osadowe pochodzenia organicznego