Kas ir ķīmiskie laika apstākļi?
Kas ir ķīmiskie laika apstākļi?
Akmeņi, augsnes, minerāli, koks un pat mākslīgie materiāli, kas pakļauti dabas elementiem, piemēram, gaisam un ūdenim, laika gaitā būtiski mainīsies gan attiecībā uz morfoloģiju, gan ķīmisko sastāvu, un, galu galā, laika apstākļu ietekmē procesi sadalīsies mazākos gabalos .
Ja laika apstākļi rodas ķīmisku reakciju rezultātā, kas maina tādu vielu kā akmeņu, augsnes un minerālvielu ķīmisko sastāvu, tad process tiek saukts par ķīmisko atmosfēras iedarbību . Process notiek pakāpeniski un rada sekundāro vai jauno minerālu veidošanos.
Visbiežāk sastopamie ķīmisko reakciju veidi, kas izraisa ķīmisko atmosfēras iedarbību, ir oksidācija, hidrolīze, hidratācija, karbonizācija un samazināšana . Tālāk mēs apspriežam šos procesus un pārbaudām, kā tie ietekmē akmeņus.
Kādi ir ķīmiskā laika apstākļi?
Tagad, kad mums ir pamatideja par to, kādi ir ķīmiskie laika apstākļi, paskatīsimies uz dažādiem procesiem, kuros notiek akmeņu ķīmiskā atmosfēra.
1. Oksidēšana
Akmeņu ķīmiskās iedarbības gadījumā oksidācija attiecas uz skābekļa pievienošanu un kombinēšanu ar akmens minerāliem. Akmeņi oksidējas, kad dažas akmens minerālvielas reaģē ar skābekli, kas atrodas augsnes ūdenī vai atmosfērā. Mitruma klātbūtnē oksidēšanās process paātrinās. Rezultātā tiek ražoti hidratētie oksīdi.
Lielākā daļa no mums ir iepazinušies ar rūsēšanas oksidācijas reakciju. Tas ir reakcijas rezultāts, ar kuru dzelzs (Fe2 + formā) reaģē ar skābekli, veidojot Fe3 + oksīdus un hidroksīdus. Metālu priekšmetu rūsēšana, ko mēs izmantojam savā ikdienas dzīvē, bieži noved pie objekta degradācijas, jo rūsas daļas kļūst trauslas un viegli sadalāmas. Līdzīgas ķīmiskās reakcijas rodas arī akmeņos ar dzelzs saturu.
Oksidācijas reakcijas, kas notiek klintī, piemērs ir šāds:
4FeO (dzelzs oksīds) + O2 → 2Fe2O3 (dzelzs oksīds)
4Fe3O4 (magnēts) + O2 → 6Fe2O3 (hematīts)
Akmeņi ar dzelzs saturu, kas tiek pakļauti oksidācijai, bieži izveido sarkanbrūnu krāsu, kas norāda, ka klintī notiek oksidēšanās.
Mitruma klātbūtnē reakcija turpinās, lai iegūtu:
2Fe2O3 (hematīts) + 3H2O -> 2Fe2O3 .3H2O (limonīts)
2. Hidrolīze
Hidrolīzi var uzskatīt par vēl vienu svarīgu ķīmiskās iedarbības procesu. Termins hidrolīze ir iegūta no "hidro", kas nozīmē ūdeni, un "līze", kas nozīmē sadalīšanu. Šo procesu virza ūdens disociācija ūdeņraža (H +) un hidroksīda (OH-) jonos. Šie joni reaģē ar minerālvielām, kas atrodas klintīs, lai radītu izmaiņas akmeņu sastāvā. Visbiežāk hidrolizē silikātu un karbonātu minerālus.
Ideālos apstākļos tīrais ūdens nedaudz jonizējas, lai iegūtu H + un OH-jonus, kas pēc tam reaģē ar minerāliem, lai tos hidrolizētu. Teorētiski, ja ir pieejams pietiekami daudz ūdens, sākotnējais minerāls tiks pilnībā izšķīdināts. Piemēram:
Mg 2 SiO 4 + 4 H + + 4 OH− ⇌ 2 Mg2 + + 4 OH− + H4 SiO 4
Tomēr patiesībā ūdens reti ziedo H + jonus. Tomēr situācija mainās, ja ir oglekļa dioksīds. Gāze viegli izšķīst ūdenī, veidojot vāju ogļskābi, kas pēc tam darbojas kā H + donors.
Reakcija ir šāda:
Mg 2 SiO 4 + 4 CO 2 + 4 H 2 O 2 2 Mg2 + + 4 HCO 3 - + H 4 SiO 4
Aukstās spārna hidrolīze, lai iegūtu māla minerālus, ir klasisks piemērs, kā akmeņi ķīmiski var tikt pakļauti hidrolīzei.
Reakcija ir šāda:
2 KAlSi3O8 (alumīnija silikāta laukšpats) + 2 H 2CO 3 + 9 H 2 O 2 Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 (kaolīnīts, māla minerāls) + 4 H 4 SiO 4 + 2 K + + 2 HCO 3 -
Atsevišķas akmeņu ķīmiskās sastāvdaļas, piemēram, nātrija hlorīds, tieši izšķīst ūdenī. Šādu vielu izšķīdināšana ar ūdeni izraisa akmeņu mīkstināšanos, galu galā to sadalot gabalos. Ūdens paskābināšanās paātrina šo procesu.
3. Hidratācija
Hidratācija ir arī viens no procesiem, ar kuriem notiek ķīmiskā atmosfēra. Hidratējot, minerālviela reaģē ar ūdeni, kā rezultātā H + un OH-jonus, kas iegūti no ūdens, piestiprina minerālu molekulām un atomiem. Ūdens absorbcija ar minerālu iedarbojas, lai palielinātu akmens apjomu, kas rada dzemdības fiziskajā slodzē, un galu galā noved pie klints sadalīšanās. Dzelzs oksīds, alumīnija oksīds, anhidrīts utt. Ir daži no akmens minerāliem, kas tiek pakļauti hidratācijai. Tālāk ir sniegti divi šādas reakcijas piemēri:
2Fe2O3 (hematīts) + 3H2O → 2Fe2O3.3H2O (limonīts)
Al2O3 (boksīts) + 3H2O → Al2O3.3H2O (hidroksiloksīda oksīds)
4. Karbonizācija
Karbonizācija rada arī akmeņu, augsnes un minerālvielu ķīmisko iedarbību. Karbonizācija attiecas uz oglekļa dioksīda piesaisti substrātiem, izmantojot divpakāpju reakciju. Pirmkārt, oglekļa dioksīds reaģē ar ūdeni, veidojot ogļskābi. Pēc tam ogļskābe reaģē ar minerālvielām akmeņos, lai iegūtu karbonātus vai bikarbonātus. Kalcija karbonātu saturošu akmeņu karbonizācija (kaļķakmens) ir kopīgs ķīmiskās iedarbības process, kas izraisa kalcija bikarbonāta veidošanos, kas ūdenī ļoti labi šķīst. Šādas reakcijas noved pie kaļķakmens dobu telpu veidošanās, kas galu galā veido kaļķakmens alas. Aukstās temperatūrās karbonizācijas reakcijas ir ātrākas, jo auksts ūdens izšķīst vairāk oglekļa dioksīda nekā siltāks ūdens.
Kaļķakmens karbonizācijas reakcija ir parādīta zemāk:
Pirmais solis reakcijā: ogļskābes veidošanās, reaģējot uz ūdeni un oglekļa dioksīdu.
CO 2 + H2O → H 2CO 3
Otrais reakcijas posms: kalcija karbonāta veidošanās, reaģējot starp ogļskābi un kalcija karbonātu.
H 2CO 3 + CaCO 3 → Ca (HCO 3 ) 2
5. Samazināšana
O2 atdalīšana no akmens minerālvielas, kas izraisa samazinātu sekundāro minerālu ražošanu, ir arī viens no ķīmiskās iedarbības procesiem. Samazināšanas reakcijas ir bieži sastopamas ūdenī apūdeņotos apstākļos, jo skābekļa trūkums vai zems līmenis šādās vidēs izraisa redukcijas reakcijas klinšu minerālos. Šādas reakcijas piemērs ir sniegts tālāk:
2Fe2O3 (hematīts) - O2 → 4FeO (dzelzs oksīds)
Akmeņu ķīmiskās iedarbības beigu rezultāts
Ķīmiskā atmosfēra, ko izraisa iepriekš minētie procesi, palīdz mainīt akmeņu ķīmisko sastāvu. Tas arī padara akmeņus trauslākus vai padara akmens minerālus ūdenī šķīstošākus. Tādējādi akmeņi sāk degradēties un galu galā sadalās mazākos gabalos laika periodā, pēc kura erozijas spēki noņem roku gabalus no savas izcelsmes vietas un aizved tos prom uz tālām vietām ar tālāku degradāciju un disociāciju.
