Meteorisasi: jenis dan proses
Pelapukan adalah dekomposisi batuan oleh pembusukan mekanis dan pembusukan kimia. Banyak yang terbentuk pada suhu tinggi dan tekanan jauh di dalam kerak bumi; Ketika terkena suhu dan tekanan yang lebih rendah di permukaan dan bertemu dengan udara, air dan organisme, mereka terurai dan patah.
Makhluk hidup juga memiliki peran yang berpengaruh dalam pelapukan, karena memengaruhi batu dan mineral melalui berbagai proses biofisika dan biokimia, yang sebagian besar tidak diketahui secara rinci.
Pada dasarnya ada tiga jenis utama di mana pelapukan terjadi; Ini bisa bersifat fisik, kimia atau biologis. Masing-masing varian ini memiliki karakteristik khusus yang mempengaruhi batuan dengan cara yang berbeda; bahkan, dalam beberapa kasus mungkin ada kombinasi dari beberapa fenomena.
Pelapukan fisik atau mekanis
Proses mekanis mengurangi batuan menjadi fragmen yang semakin kecil, yang pada gilirannya meningkatkan permukaan yang terkena serangan kimia. Proses pelapukan mekanis utama adalah sebagai berikut:
- Unduhan.
- Aksi salju.
- Stres termal yang disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan.
- Perluasan.
- Susut karena pembasahan dengan pengeringan berikutnya.
- Tekanan yang diberikan oleh pertumbuhan kristal garam.
Faktor penting dalam pelapukan mekanis adalah kelelahan atau timbulnya stres berulang, yang menurunkan toleransi terhadap kerusakan. Hasil dari kelelahan adalah bahwa batuan akan patah pada tingkat stres yang lebih rendah daripada spesimen yang tidak lelah.
Unduh
Ketika erosi menghilangkan material dari permukaan, tekanan yang membatasi pada batuan di bawahnya berkurang. Tekanan yang lebih rendah memungkinkan butiran mineral untuk memisahkan lebih banyak dan membuat rongga; batu itu mengembang atau mengembang dan bisa patah.
Misalnya, di tambang granit atau batuan padat lainnya, pelepasan tekanan akibat pemotongan untuk ekstraksi dapat menjadi kekerasan dan bahkan menyebabkan ledakan.
Fraktur dengan pembekuan atau gelifraksi
Air yang menempati pori-pori di dalam batu mengembang sebesar 9% saat membeku. Ekspansi ini menghasilkan tekanan internal yang dapat menyebabkan disintegrasi fisik atau fraktur batuan.
Gelifikasi adalah proses penting dalam lingkungan dingin, di mana siklus pembekuan dan pencairan terjadi terus-menerus.
Siklus pemanasan-pendinginan (termoklas)
Batuan memiliki konduktivitas termal yang rendah, yang berarti mereka tidak pandai mengusir panas dari permukaannya. Ketika batuan dipanaskan, permukaan luar meningkatkan suhunya lebih dari bagian dalam batu. Karena hal ini, bagian eksternal mengalami dilatasi lebih banyak daripada bagian internal.
Selain itu, batuan yang terdiri dari kristal yang berbeda menghadirkan pemanasan yang berbeda: kristal berwarna yang lebih gelap memanaskan lebih cepat dan mendinginkan lebih lambat daripada kristal yang lebih terang.
Kelelahan
Tekanan panas ini dapat menyebabkan disintegrasi batuan dan pembentukan sisik, cangkang, dan lembaran yang sangat besar. Pemanasan dan pendinginan yang berulang menghasilkan efek yang disebut kelelahan yang mendorong pelapukan termal, juga disebut termoklastia.
Secara umum, kelelahan dapat didefinisikan sebagai efek dari beberapa proses yang menurunkan toleransi suatu material terhadap kerusakan.
Sisik batu
Pengelupasan atau produksi lembaran oleh tekanan panas juga termasuk pembentukan skala batuan. Demikian juga, panas yang hebat yang dihasilkan oleh kebakaran hutan dan oleh ledakan nuklir dapat menyebabkan batu itu hancur berantakan dan akhirnya pecah.
Misalnya, di India dan Mesir api digunakan selama bertahun-tahun sebagai alat ekstraksi di tambang. Namun, fluktuasi suhu harian, yang ditemukan bahkan di gurun, jauh di bawah titik ekstrem yang dicapai oleh kebakaran lokal.
Melembabkan dan mengeringkan
Bahan yang mengandung tanah liat, seperti batulempung dan serpih, meluas secara signifikan setelah dibasahi, yang dapat menyebabkan pembentukan microcracks atau microfractures ( microcracks dalam bahasa Inggris), atau pelebaran retak yang ada.
Selain efek kelelahan, siklus ekspansi dan penyusutan - terkait dengan pembasahan dan pengeringan - menyebabkan pelapukan batuan.
Meteorisasi oleh pertumbuhan kristal garam atau haloklastia
Di daerah pesisir dan kering, garam kristal dapat tumbuh dalam larutan garam yang terkonsentrasi oleh penguapan air.
Kristalisasi garam di celah-celah atau pori-pori batuan menghasilkan ketegangan yang melebarkannya, dan ini mengarah pada disintegrasi granular batuan. Proses ini dikenal sebagai pelapukan garam atau haloclastia.
Ketika kristal garam terbentuk di dalam pori-pori batu dipanaskan atau jenuh dengan air, mereka mengembang dan memberikan tekanan pada dinding pori-pori di dekatnya; ini menghasilkan tegangan termal atau tegangan hidrasi (masing-masing), yang berkontribusi terhadap pelapukan batuan.
Meteorisasi kimia
Jenis pelapukan ini melibatkan berbagai macam reaksi kimia, yang bekerja bersama pada berbagai jenis batuan di seluruh rentang kondisi cuaca.
Variasi yang hebat ini dapat dikelompokkan dalam enam jenis reaksi kimia utama (semua yang terlibat dalam penguraian batuan), yaitu:
- Pembubaran.
- Hidrasi.
- Oksidasi dan reduksi.
- Karbonasi.
- Hidrolisis.
Pembubaran
Garam mineral dapat dilarutkan dalam air. Proses ini melibatkan pemisahan molekul dalam anion dan kation mereka, dan hidrasi masing-masing ion; yaitu, ion dikelilingi oleh molekul air.
Umumnya pembubaran dianggap sebagai proses kimia, meskipun tidak melibatkan transformasi kimia yang tepat. Karena pembubaran terjadi sebagai langkah awal untuk proses pelapukan kimiawi lainnya, ia termasuk dalam kategori ini.
Solusi membalik dengan mudah: ketika larutan jenuh, bagian dari bahan terlarut mengendap sebagai padatan. Solusi jenuh tidak memiliki kemampuan untuk larut lebih padat.
Mineral bervariasi dalam kelarutannya dan di antara yang paling larut dalam air adalah klorida dari logam alkali, seperti garam batu atau halit (NaCl) dan garam kalium (KCl). Mineral ini hanya ditemukan di iklim yang sangat kering.
Gypsum (CaSO 4 .2H 2 O) juga cukup larut, sedangkan kuarsa memiliki kelarutan yang sangat rendah.
Kelarutan banyak mineral tergantung pada konsentrasi ion hidrogen bebas (H +) dalam air. Ion H + diukur sebagai nilai pH, yang menunjukkan tingkat keasaman atau alkalinitas larutan berair.
Hidrasi
Pelapukan hidrasi adalah proses yang terjadi ketika mineral menyerap molekul air pada permukaannya atau menyerapnya, termasuk mereka di dalam kisi kristal. Air tambahan ini menghasilkan peningkatan volume yang dapat menyebabkan fraktur batu.
Pada iklim lembab dari garis lintang sedang, warna tanah menunjukkan variasi yang terkenal: dapat diamati mulai dari warna kecoklatan hingga warna kekuningan. Warna-warna ini disebabkan oleh hidrasi hematit oksida besi merah, yang beralih ke goethite berwarna oksida (iron oxyhydroxide).
Penyerapan air oleh partikel-partikel tanah liat juga merupakan bentuk hidrasi yang mengarah pada perluasannya. Kemudian, saat tanah liat mengering, kulitnya retak.
Oksidasi dan reduksi
Oksidasi terjadi ketika sebuah atom atau ion kehilangan elektron, meningkatkan muatan positifnya atau mengurangi muatan negatifnya.
Salah satu reaksi oksidasi yang ada melibatkan kombinasi oksigen dengan suatu zat. Oksigen terlarut dalam air adalah zat pengoksidasi yang umum di lingkungan.
Pemakaian oleh oksidasi mempengaruhi terutama mineral yang mengandung zat besi, meskipun unsur-unsur seperti mangan, belerang dan titanium juga dapat teroksidasi.
Reaksi untuk zat besi - yang terjadi ketika oksigen terlarut dalam air bersentuhan dengan mineral pembawa zat besi - adalah sebagai berikut:
4Fe2 + + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e-
Dalam ungkapan ini e- mewakili elektron.
Besi besi (Fe2 +) yang ditemukan di sebagian besar mineral pembentuk batuan dapat diubah menjadi bentuk besi (Fe3 +) dengan mengubah muatan netral kisi kristal. Perubahan ini terkadang menyebabkan keruntuhannya dan membuat mineral lebih rentan terhadap serangan kimia.
Karbonasi
Karbonasi adalah pembentukan karbonat, yang merupakan garam asam karbonat (H 2 CO 3 ). Karbon dioksida larut dalam air alami untuk membentuk asam karbonat:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Selanjutnya, asam karbonat berdisosiasi menjadi ion hidrogen terhidrasi (H 3 O +) dan ion bikarbonat, mengikuti reaksi berikut:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
Asam karbonat menyerang mineral pembentuk karbonat. Karbonasi mendominasi pelapukan batuan berkapur (yang merupakan batu gamping dan dolomit); dalam mineral utama ini adalah kalsit atau kalsium karbonat (CaCO 3 ).
Kalsit bereaksi dengan asam karbonat untuk membentuk asam kalsium karbonat, Ca (HCO 3 ) 2 yang, tidak seperti kalsit, mudah larut dalam air. Inilah sebabnya mengapa beberapa batu gamping sangat rentan terhadap pembubaran.
Reaksi reversibel antara karbon dioksida, air dan kalsium karbonat sangat kompleks. Intinya, prosesnya dapat diringkas sebagai berikut:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔ Ca 2 + + 2HCO 3 -
Hidrolisis
Secara umum, hidrolisis - penguraian kimia oleh aksi air - adalah proses utama pelapukan kimia. Air dapat membusuk, melarutkan atau memodifikasi mineral primer yang rentan terhadap batuan.
Dalam proses ini, air terdisosiasi dalam kation hidrogen (H +) dan anion hidroksil (OH-) bereaksi langsung dengan mineral silikat dalam batuan dan tanah.
Ion hidrogen ditukar dengan kation logam dari mineral silikat, umumnya kalium (K +), natrium (Na +), kalsium (Ca2 +) atau magnesium (Mg2 +). Kemudian, kation yang dilepaskan dikombinasikan dengan anion hidroksil.
Sebagai contoh, reaksi hidrolisis mineral yang disebut orthoclase, yang memiliki rumus kimia KAlSi 3 O 8, adalah sebagai berikut:
2KAlSi 3 O 8 + 2H + + 2OH- → 2HAlSi 3 O 8 + 2KOH
Jadi ortoklas diubah menjadi asam aluminosilikat, HAlSi 3 O 8 dan kalium hidroksida (KOH).
Jenis reaksi ini memainkan peran mendasar dalam pembentukan beberapa relief karakteristik; misalnya, mereka terlibat dalam pembentukan relief karst.
Meteorisasi biologis
Beberapa organisme hidup menyerang batu secara mekanis, kimiawi atau dengan kombinasi proses mekanis dan kimia.
Tanaman
Akar tanaman - terutama pohon-pohon yang tumbuh di tanah berbatu datar - dapat memberikan efek biomekanik.
Efek biomekanik ini terjadi ketika akar tumbuh, karena meningkatkan tekanan yang diberikan olehnya di lingkungan sekitarnya. Hal ini dapat menyebabkan fraktur batuan dasar akar.
Lumut
Lumut adalah organisme yang dibentuk oleh dua simbion: jamur (mycobiont) dan ganggang yang biasanya cyanobacteria (phycobiont). Organisme ini telah dilaporkan sebagai penjajah yang meningkatkan pelapukan batuan.
Sebagai contoh, telah ditemukan bahwa Stereocaulon vesuvianum dipasang pada aliran lava, mengelola untuk meningkatkan hingga 16 kali laju pelapukan bila dibandingkan dengan permukaan yang tidak dikolonisasi. Angka ini dapat berlipat ganda di tempat-tempat lembab, seperti di Hawaii.
Juga telah dicatat bahwa, ketika lumut mati, mereka meninggalkan titik gelap di permukaan batu. Bintik-bintik ini menyerap lebih banyak radiasi daripada daerah jernih di sekitarnya, sehingga mendorong pelapukan termal atau termoklas.
Organisme laut
Organisme laut tertentu mengikis permukaan batu dan melubangi mereka, mendorong pertumbuhan alga. Organisme perforasi ini termasuk moluska dan spons.
Contoh dari jenis organisme ini adalah kerang biru ( Mytilus edulis ) dan gastropoda Cittarium pica .
Khelasi
Chelation adalah mekanisme pelapukan lain yang melibatkan penghilangan ion logam dan, khususnya, aluminium, ion besi dan mangan dari batuan.
Hal ini dicapai melalui penyatuan dan sekuestrasi oleh asam organik (seperti asam fulvat dan asam humat), untuk membentuk kompleks zat organik-logam yang larut.
Dalam hal ini, agen pengkelat berasal dari produk dekomposisi tanaman dan dari sekresi akar. Chelation mempromosikan pelapukan kimiawi dan transfer logam ke tanah atau batu.
