Wietrzenie

Zjawiska fizyczne, Procesy egzogeniczne, Wietrzenie, Formy krasowe, Denudacja,Produkty wietrzenia

Wietrzenie jest procesem egzogenicznym, czyli takim, który zachodzi na powierzchni Ziemi (z wykorzystaniem energii słonecznej). Procesy takie są stałe, w przeciwieństwie do endogenicznych (z wykorzystaniem energii pochodzącej z jądra ziemskiego), które zachodzą w skorupie ziemskiej i działają okresowo.

Wietrzenie, czyli inaczej niszczenie skał, w szczególności ich powierzchni (do kilku metrów), może mieć podłoże mechaniczne (fizyczne) oraz chemiczne, a czasem mówi się również osobno o przyczynach biologicznych. Skutkiem wietrzenia skał jest powstawanie zwietrzeliny, która stanowi osad wtórny różnej wielkości.

Prawdziwe jest stwierdzenie, że wietrzenie kształtuje ziemskie warunki życia. Potwierdzeniem jest fakt, że tam, gdzie ląd pokrywa zwietrzelina, powstają gleby, w których zakorzeniają się rośliny.

 

Wietrzenie chemiczne

Zdjęcie 1. Efekt wietrzenia chemicznego. Źródło: www.gr.intone.com

Podczas procesu wietrzenia chemicznego, w wyniku reakcji chemicznej zachodzi przemiana jednego minerału w inne. Reakcje te zazwyczaj zachodzą pod wpływem gazów atmosferycznych (azot, tlen), rozkładu substancji organicznych, gazów znajdujących się w wodzie opadowej, stojącej i płynącej. Uczestniczą w nich zawarte w wodzie jony (np. kwasy organiczne). Najszybciej wietrzeniu ulegają skały tam, gdzie jest wilgotno i ciepło, a pod powierzchnią znajdują się skały łatwo reagujące z woda. Powstają wówczas nowe minerały, zwane wtórnymi. Czasem można również zaobserwować, że powstały minerały o tym samym składzie chemicznym, lecz w innym miejscu. Za przykłady minerałów wtórnych mogą służyć: anglezyt, kaolin, kopiapit, haloizyt. Jako skutek powstawania tego samego minerału, ale w innym miejscu można wymienić kras. Zjawiska krasowe powstają tam, gdzie wypłukiwany jest węglan wapnia (CaCO₃). Tak przebiega reakcja wypłukiwania węglanu wapnia:

CaCO₃ + CO₂ -> Ca²⁺ + 2 HCO^-₃

Rysunek 1. Formy krasowe. Rysunek: www.wiking.edu.pl, opracowanie: własne

Do form krasowych zalicza się jeszcze:

• uwały - połączone w większe formy lejki krasowe

• polje - połączone w wielkie zagłębienia uwały

Wpływ na wietrzenie chemiczne mają również działanie kwaśne opady, które są skutkiem emisji związków azotu i siarki (a więc poprzez działalność człowieka). Nawozy sztuczne, odpady, nawozy organiczne, ścieki, które dostają się do gleby, a w dalszej drodze, do wody, także sprzyjają intensywnemu wietrzeniu chemicznemu. Chemiczne wietrzenie zachodzi również, gdy organizmy żywe wydzielając różne substancje, działają na skład chemiczny skały (wietrzenie biologiczne).

Wietrzenie chemiczne zachodzi więc poprzez: utlenianie, rozpuszczanie, uwęglanowienie oraz uwadnianie. 

Wietrzenie mechaniczne (fizyczne)

Wietrzenie mechaniczne powoduje zmiany fizyczne skał, ale nie zmienia jego składu ani właściwości chemicznych.

Rodzaje wietrzenia fizycznego:

• wietrzenie mrozowe, zamróz - zachodzi tam, gdzie w szczelinach i porach skał często zamarza woda, a powstające wówczas ciśnienie powoduje rozsadzanie skały lub jej rozkruszanie. Ten typ wietrzenia występuje najczęściej tam, gdzie temperatura często spada poniżej zera, a więc w górach i klimacie zimnym;

• wietrzenie insolacyjne - zachodzi na obszarach, gdzie nasłonecznienie jest zjawiskiem bardzo zmiennym, a amplituda temperatury powietrza stosunkowo duża. Nagłe ochłodzenia i ogrzewania skały powodują jej pękanie. Ważnymi czynnikami są więc rozszerzalność temperaturowa skał oraz klimat i położenie. Wietrzenie to można zaobserwować na obszarach suchych oraz wysoko w górach. Wyróżnia się tutaj rozpad ziarnisty, łuszczenie, rozpad blokowy;

• wietrzenie biologiczne - rodzaj wietrzenia, którego głównym czynnikiem jest działanie organizmów żywych. Najlepszym przykładem jest tutaj rozwój korzeni roślin w otworach skalnych, które z czasem zaczynają skałę rozsadzać. Wietrzenie biologiczne najczęściej występuje w klimacie wilgotnym;

• wietrzenie solne - zachodzi tam, gdzie sól ulega krystalizacji, przez co skała zostaje rozdrobniona lub rozsadzona;

• wietrzenie ilaste (lub hydratacyjne) - zachodzi tam, gdzie skały ilaste najpierw podczas opadów nasiąkają wodą i pęcznieją, a później woda wyparowuje, przez co się kurczą, powodując powstawanie coraz to większych otworów, zwanych poligonami.

Zdjęcie 2. Efekt wietrzenia mrozowego. Źródło: www.mount.cad.pl

Piargi to inaczej stożki usypiskowe, które powstały z produktów wietrzenia fizycznego, podczas ich stoczenia się w dół. 

Denudacja

Wypukłe i wklęsłe formy terenu stale podlegają procesowi denudacji. Jest to proces wyrównywania terenu poprzez przemieszczanie się produktów wietrzenia. Aby do denudacji doszło konieczne jest występowanie różnic wysokości na danym obszarze oraz siła początkująca. Tam, gdzie teren jest o zróżnicowanej wysokości, działa na niego kilka sił. Dla uproszczenia i stworzenia schematu, przedstawmy taki teren jako równię pochyłą.

Rysunek 2. Schemat działania różnych sił na okruchy skalne na stoku. Opracowanie własne.

Działająca siła grawitacji (kolor fioletowy) rozłożona jest na siłę ściągającą (równoległa do powierzchni terenu, kolor czerwony) oraz siłę nacisku (prostopadła do powierzchni terenu, kolor niebieski). W kierunku przeciwnym do siły ściągającej działa siła tarcia. Jeśli siła tarcie między podłożem a okruchami skalnymi ma mniejszą wartość niż działająca na nie siłą ściągająca, wówczas okruchy się nie poruszają. Mówi się wówczas o równowadze, która może zostać zachwiana poprzez:

• osłabienie siły tarcia (nasiąkanie wodą),

• zwiększenie masy warstw skalnych (nasiąkanie wodą),

• zwiększenie nachylenia powierzchni (wypiętrzanie, fałdowanie),

• dodatkową siłę.

Denudacja najsilniej działa w górach, szczególnie w wysokich, gdzie występują duże opady. Najmniej intensywnie przebiega denudacja na terenach nizinnych. Akumulacyjna i transportowa działalność rzek, lodowców, wiatru, wód stojących, erozja oraz ruchy masowe są procesami kształtującymi powierzchnię Ziemi i składają się na denudację. Zajmijmy się ostatnimi, ponieważ działalność reszty jest opisywana w odpowiednich im tematach.

Ruchy masowe są przemieszczeniami mas skalnych, co odbywa się poprzez działanie siły ciężkości, która składa się z siły nacisku (prostopadła do powierzchni terenu) oraz siły zsuwającej (równoległa do powierzchni terenu). Wśród ruchów masowych wyróżnia się:

Rysunek 3. Osuwisko. Źródło: www.wiking.edu.pl

• spełzywanie - stosunkowo powolny ruch mas skalnych w dół stoku, spowodowane nasiąknięciem gruntu wodą. Najczęściej występuje w klimacie wilgotnym.

• osuwanie - szybki ruch mas skalnych w dół stoku, spowodowany zazwyczaj siłami przyrody (trzęsienia ziemi), działalnością człowieka (podkopy) lub uwarunkowaniem geologicznym terenu. Osuwiska dzieli się ze względu na położenie, np. dolinne, zboczowe.

• obrywanie - gwałtowne przemieszczanie się mas skalnych w dół, najczęściej wywołane podcinaniem rzek lub falowaniem jezior i morza

• spływanie - luźny materiał, mocno nasączony wodą, przemieszcza się w dół (najczęściej są to spływy błotne i błotno-skalne)

• odpadanie - swobodne staczanie się odłamów skalnych po stromych zboczach, najczęściej odłamy te (głazy) odpadają od ścian zmienionych podczas procesu wietrzenia fizycznego

• spłukiwanie - wraz z wodą opadową lub pochodzącą z roztopienia w dół spływa luźny materiał skalny; wymywanie.

Rysunek 4. Spływ błotny. Źródło: www.wiking.edu.pl

Występuje również denudacja chemiczna, która polega na ruchu materii skalnej rozpuszczonej w wodzie i zachodzi tam, gdzie jest ciepło i wilgotno (w takich warunkach szybciej przebiegają reakcje).

 

Wybrane produkty wietrzenia:

• po rozpuszczeniu przez wodę niektórych składników na miejscu pozostajeeluwium (osad rezydualny); złoża rezydualne: tam, gdzie w miejscu wietrzenia gromadzą się niektóre zmienionych chemicznie minerały, np. złoża żelaza, boksyty

• kaolin: tam, gdzie klimat ciepły i skały są bogate w glin oraz odpowiednia ilość H₂CO₃ (kwasu węglowego)

• najłatwiejsze do usunięcia przez wodę są: siarczany i węglany. Po wypłukaniu na miejscu najczęściej pozostaje krzemionka, która tworzy np. ametyst i jest wykorzystywana do produkcji szkła i materiałów budowlanych.

• bielica: tam, gdzie skała zawiera wiele związków próchniczych, a brak ich utlenienia i pozostanie na miejscu powoduje, że opady wypłukują warstwę zewnętrzną i powodują powstanie bielicy (po dostatecznym nawożeniu można uprawiać ziemniaki i zboża). W tym procesie pod bielicą powstaje równieżorsztyn, który zatrzymuje przepływ wody, ale i wzrost korzeni.

• lateryt stosowany w niektórych regionach do wyrobu cegły powstaje w klimacie tropikalnym; głównie tam, gdzie skały bogate są w żelazo i glin

• gleby (w zależności od skał, opadów, temperatury, intensywności wietrzenia, klimatu, powstają różne ich rodzaje, np. wymienione wcześniej poligony)

• gołoborze: powstaje w efekcie wietrzenia mrozowego, pokrywa stoku, rumowisko, które najczęściej składa się z głazów.