Hiện tượng phong hóa

CHƯƠNG 5
TÁC DỤNG PHONG HOÁ
I. Khái niệm về tác dụng phong hóa
II. Phong hoá lý học
III. Phong hoá hoá học
IV. Phong hoá sinh học
V. Tốc độ phong hoá và các nhân tố ảnh hưởng đến phong hoá
VI. Tính giai đoạn và tính phân đới trong quá trình phong hoá
VII. Các biện pháp phòng chống.
Năng lượng Mặt trời điều hành quá trình phong hóa.
Là quá trình biến đổi các vật liệu trên mặt đất hoặc gần mặt đất do tác động của không khí, nước, các tác nhân sinh vật...
Nguồn năng lượng gây nên quá trình phong hóa xuất phát từ ngoài vỏ Trái đất hoặc ngay tại vỏ Trái đất.
I. Khái niệm về phong hóa
Năng lượng bên trong trái đất với các hoạt động kiến tạo, tạo núi, đưa các đá vào đới phong hóa.
Trong tự nhiên phong hóa vật lý và phong hóa hóa học thường xảy ra cùng với nhau, tùy trường hợp mà một trong hai loại sẽ chiếm ưu thế hơn.
Kết quả của quá trình phong hóa:
- Hình thành các vật chất mới, các đá và các khoáng vật mới.
- Làm giảm cường độ chịu lực của đá từ đó phá vỡ chúng.
- Cải tạo bề mặt Trái đất, thay đổi các đặc trưng về thành phần vật chất.
Phong hoá cơ học: sự thay đổi hình dáng, kích cỡ của đá và của khoáng vật

Phong hóa hóa học: gồm quá trình thay đổi các khoáng vật có trước thành các khoáng vật mới.
Là quá trình làm đá vỡ vụn ra thành các mảnh nhỏ dưới tác dụng của năng lượng phát sinh từ hoạt động tự nhiên.
II. Phong hóa cơ học
a. Sự giãn nở, co rút do ch�nh l?ch nhi?t d?
Do thay đổi nhiệt độ nhanh, nhiều tạo nên sự giãn nở và co rút đá ? phong hóa cơ học. Quá trình này thường gặp ở các vùng đá không có lớp phủ đất hay thực vật.
Sự thay đổi nhiệt độ giữa ngày và đêm hay từ mùa này sang mùa khác
Sự bóc vỏ hóa tròn
a) Phong hóa vật lí do nhiệt độ

Nhiệt độ thay đổi

Độ liên kết giữa các lớp đất đá bị phá hủy dần

Đá bị vỡ thành các mảnh vụn
Phong hóa vật lí do nhiệt độ ở sa mạc
Sự không đồng nhất của thành phần khoáng vật, làm cho hệ số dàn nở của chúng khác nhau.
Sự không đồng nhất của đá về thành phần vật chất, về kiến trúc, cấu tạo.
- Màu sắc: Đá có màu sẫm, tối dễ bị phong hóa hơn đá có màu nhạt.
- Độ hạt: Đá có độ hạt thô phong hoá mạnh hơn đá hạt nhỏ.
- Gradient biến đổi nhiệt độ trong một ngày đêm.
Những yếu tố có ảnh hưởng đến sự phá huỷ bằng chênh lệch nhiệt độ
b) Phong hóa vật lí do đóng băng

Nước trong các khe nứt của đá bị đóng băng

Đá bị vỡ thành các mảnh vụn

Nhiệt độ giảm dưới 0C

Tạo thành áp lực tác động lên thành khe nứt
Nước chảy vào các khe nứt v� các hốc đa,� bị đóng băng ? thể tích nước sẽ tăng khoảng 9%, tạo nên áp lực tác dụng vào đá làm vỡ vụn thành các mảnh nhỏ trên bề mặt của tảng đá.
b.Tác dụng của băng giá
Phong hóa vật lý do đóng băng
c) Phong hóa vật lí do kết tinh muối khoáng
Nước trong khoáng vật bốc hơi lên theo các mao dẫn

Đá bị vỡ thành các mảnh vụn
Hiện tượng bốc hơi mạnh ở những miền
khí hậu khô nóng
Trên đương bốc hơi nước hóa tan các muối khoáng và khi nước bốc hơi muối khoáng sẽ đọng lại

Tạo áp lực lên thành mao dẫn
c. Sự kết tinh của muối
Dung dịch muối đi vào trong các khe nứt, lỗ hỏng của đá. Sau khi nước bay hơi, muối kết tinh lại tạo ra một áp suất và phá hủy đá.
d) Phong hóa vật lí do tác động của con người và sinh vật
Con người trong quá trình sinh sống tác động lên khoáng vật như làm đường, khai thác khoáng sản…

Các sinh vật trong quá trình tồn tại cũng tác động lên khoáng vật như rễ cây phát triển trên khoáng vật, trong quá trình phát triển làm vỡ khoáng vật, đào hang làm tổ của động vật…
Là sự phân hủy các đá bằng các tác dụng hoá học của các nhân tố như oxy, nước, khí CO2, các axit hữu cơ phân bố trong khí quyển, thuỷ quyển và sinh quyển.
III. Phong hoá hoá học
Một số vật liệu rắn trong các dung dịch tự nhiên b? hịa tan
CaSO4.2H2O Ca2+ + SO42+ + 2 H2O
a.Hòa tan
Trong điều kiện bình thường:
- Muối của nhóm halogen và muối sunfua dễ hoà tan.
- Khoáng vật carbonat trong nước thuần khiết thì khó hoà tan nhưng nếu có CO2 trong nước thì dễ hoà tan vì H2O + CO2  HCO3 + H+  axit nhẹ ăn mòn carbonat.
Khoáng vật silicat khó hoà tan, + t0 cao + 1 áp lực nhất định thì lâu dài chúng sẽ bị hòa tan dần.
Hang Đầu Gỗ
Phong hóa hóa học do qúa trình hòa tan của nước
Động Thiên Cung(Hạ Long)- 1 dạng địa hình cacxtơ ngầm, kết quả của quá trình hòa tan trong phong hóa hóa học
Đây là phản ứng phong hóa gắn thêm H2O vào trong cấu trúc của chất rắn để tạo nên sản phẩm ngậm nước. Td phản ứng của fenspat kali với nước tạo ra khoáng vật sét và silic.

2 KAlSi3O 8+H2O +2 H +
2K+ +Al2 Si2O5 (OH)4 + 4SiO2
(khoáng vật sét )


b.Hydrat hóa:
Nước vào ô mạng tinh thể khoáng vật để hình thành khoáng vật mới:
CaSO4 + H2O  CaSO4.2H2O
(anhydrit) (thạch cao)
(quá trình xảy ra đi kèm với sự tăng nở thể tích)
Fe2O3 + nH2O  Fe2O3nH2O
(hêmatit) (limonit)
Nước chỉ tách ra khỏi ô mang tinh thể khi nhiệt độ tăng cao 4000 C.
Oxy tham gia một số phản ứng phong hóa. Td: trong quá trình oxi hóa khoáng vật chứa sắt.
6H2O + 2 Fe2SiO4 +O2 4Fe(OH)3 + 2SiO2 ( Hydroxyt sắt )
c.Oxy hóa
Sự thuỷ phân xảy ra khi các ion H+ và OH- phân giải từ nước tự nhiên, tác dụng với các ion của khoáng vật, trao đổi điện tử với nhau để tạo ra chất mới.
H+ thường thay thế các ion kim loại kiềm như ­ K+, Na+, Ca2+, Mg2+
Nếu có CO2: Nước + CO2  HCO3-  H+ tăng lên thúc đẩy hiện tượng thuỷ phân.
d.Tác dụng thủy phân:
4K [AlSi3O8] + 6H2O  4KOH + Al4 [Si4O10] + [OH]8 + 8SiO2
nếu có CO2 tham gia:
4K [AlSi3O8] + 2CO2  4H2O + 2K2CO3 + Al4[Si4O10] (Orthoclase) (dung dịch) (kaolin)
+ [OH]8 + 8SiO2
(opal)
Td: Orthoclase bị phong hóa
Al4[Si4O10] + [OH]8 + 2H2O  Al2O3nH2O + SiO2nH2O
(kaolin) (bauxit) (opal)
Trong điều kiện ẩm nóng, kaolin tiếp tục bị phân giải
3. Phong húa sinh h?c
Sinh vật tác động đến khoáng vật ở cả 2 quá trình:
Phong hóa vật lý
Phong hóa hóa học
Cây phát triển trên đá
IV. Phong hoá sinh học
Phong hoá sinh học - vật lý:
Sinh vật phá hoại đá theo phương thức cơ học. Rễ cây phát triển có thể gây 1 áp lực 10 -15kg/cm3. Sinh vật lúc đào hang, khoét lỗ để cư trú đồng thời cũng phá hoại đất đá.
Phong hoá sinh học - hoá học
Vi khuẩn và thực vật thường tiết ra acid hữu cơ để phá hủy đá, hút lấy nhưng nguyên tố cần thiết.
Một số rễ thực vật tích điện âm  H+ và các ion dương môi trường acid phá huỷ các đá.
Rễ cây cũng thường thải CO2, thổ nhưỡng chứa nhiều CO2 hơn trong không khí từ 10 đến 100 lần làm cho các silicat dễ bị phân giải hơn.
- Hoạt động quang hợp làm tăng O2 và CO2 vào mặt đất.
V. Tốc độ phong hoá và các nhân tố ảnh hưởng đến phong hoá
Tốc độ phong hóa được xem như là mức độ phá hoại của phong hóa tính bình quân theo thời gian kể từ lúc đá lộ ra .
Td: núi lửa Karatau phun tro vào năm 1883, sau 60 năm đã thành một lớp thổ nhưỡng dày trên 10cm.
Tốc độ phong hoá ở vùng Goa của Ấn Độ là 1mm trên năm.
VI. Tính giai đoạn và tính phân đới trong quá trình phong hoá
Kết quả của phong hóa là tạo ra 2 loại sản phẩm:
- Các đất, đá, dung dịch bị mang trôi đi và
- Phần giữ lại tại chỗ hình thành các tàn tích (eluvi).
Nghiên cứu các tàn tích, người ta nhận thấy các sản phẩm phong hóa trải qua các giai đoạn phong hoá trải khác nhau.
Nếu biết thành phần của đá bị phong hóa ? có thể xác định được các sản phẩm của quá trình phong hóa hóa học trên đá này.
Ngược lại, khi xem xét sản phẩm phong hóa ? một số kết luận về loại đá đã bị phong hóa (đá mẹ).
Giai đoan thứ nhất:
Giai đoạn võ vụn: chủ yếu do phong hóa cơ học phá vỡ các đá mẹ tạo thành vụn đá. Nơi khí hậu ẩm và nóng, giai đoạn này rất ngắn.
Giai đoạn thứ hai:
Giai đoạn sialit: Thường xảy ra ở vùng khí hậu khô. Phong hóa hóa học là chính.
Các silicat và alumosilicat bị phá huỷ phân giải  các cation .
Các kim loại kiềm và kiềm thổ + dung dịch  môi trường kiềm.
Hình thành 1 số khoáng vật sét trung gian của nhóm montmorilonit và 1 phần của nhóm hydromica.
Các muối CaCO3 ít tan được tập trung  các tàn tích vôi.
Giai đoạn thứ ba:
Giai đoạn sialit axit: Xảy ra nhanh trong môi trường nóng ẩm, có tác động mạnh của khí quyển và rửa trôi nhanh. Tiếp tục sự phân huỷ tách các cation và phá huỷ từng phần SiO2 chuyển từ môi trường kiềm sang môi trường axit.
Khoáng vật sét trung gian bị phá huỷ  kaolin.
CaCO3 không còn lắng đọng nữa vì Ca bị hoà tan.
Giai đoạn thứ tư:
Giai đoạn alit: Xảy ra trong môi trường nóng ẩm của khí hậu nhiệt đới, á nhiệt đới.
Tiếp tục phân huỷ các khoáng vật có trước để đi đến dạng bền vững trên bề mặt Trái đất: các hydroxit của Al, Fe, Si dưới dạng keo (bauxit, limonit, opal).
Vùng khô Vùng ẩm nóng
Đới Montmorilonit Đới laterit
Hydrormica Kaolinit, gibxit
Vỡ vụn Kaolinit
Đá gốc granit Hydromica
Vỡ vụn
Đá gốc granit
Các giai đoạn phong hóa rất phụ thuộc vào các đới khí hậu của Trái đất.
Vỏ phong hoá
Lớp vỏ mỏng ngoài của vò lục địa của Trái đất bao gồm các sản phẩm phong hóa tại chỗ (các tàn tích) và lớp đất trồng (lớp thổ nhưỡng).
Vỏ có chỗ dày chỗ mỏng hoặc có chỗ không tồn tại. Dày nhất ở vùng nhiệt đới, á nhiệt đới. Có chỗ dày hơn 100m.
Nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vỏ là khí hậu, địa hình, phương thức, cường độ, thời gian tác dụng phong hóa; thành phần đá gốc.
Mặt cắt vỏ phong hóa
VII. Các biện pháp phòng chống.
Phụ thuộc vào các nguyên nhân gây ra trượt, biện pháp chia ra làm 2 nhóm:
Biện pháp thụ động: phòng ngừa, cấm cắt, đào sườn dốc, xây dựng trên suờn dốc, nổ mìn gần đới trượt.
Biện pháp chủ động:
- Các biện pháp chống các quá trình gây nên trượt( xây tường chắn, tường hướng dòng, tạo bệ phản áp)
- Các biện pháp tăng sức chống trượt của đất đá( gia cố cơ, hóa sườn dốc)
- Các biện pháp nhằm cắt bỏ 1 phần hay cả khối trượt( bạt mái dốc, giảm khối lượng trượt).