هوازدگی شیمیایی چیست و چگونه اتفاق می افتد؟

هوازدگی شیمیایی یک فرآیند ترمودینامیکی خود به خودی و برگشت ناپذیر است که باعث تخریب مواد معدنی تحت شرایط محیطی غالب در سطح زمین شود. بطورکلی هوازدگی شیمیایی فرآیندی تعاملی جامد / محلول در تماس با جو در نظر گرفته می شود.

در هوازدگی شیمیایی ، سنگها و مواد معدنی با اسیدها ، اکسیژن ، کربن و آب واکنش نشان می دهند. به همین دلیل شما نمی توانید دو سنگ کاملاً یکسان را پیدا کنید. هوازدگی در طی میلیون ها سال باعث پدید آمدن غارهای زیبا و سازه های سنگی بی نظیر در سراسر جهان می شود. این پدیده در درس علوم پایه هشتم کاملا شرح داده شده است و همه ما آن آشنا هستیم.

در حالی که هوازدگی شیمیایی سازه های بسیار خوبی ایجاد می کند ، اما هوازدگی سنگ ها باعث شکستگی در ساختارهای باستانی مانند ابوالهول بزرگ مصر نیز می شود. این پدیده همچنین باعث تجزیه سطح  سنگ قبرهای قدیمی می شود که همه ما انواع آنرا دیده ایم. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

انواع هوازدگی شیمیایی

برای درک واقعی هوازدگی شیمیایی و نحوه عملکرد آن  باید نمونه هایی از انواع مختلف هوازدگی شیمیایی را بررسی کنید. همه واکنش هایی که منجر به این نوع هوازدگی می شوند یکجا اتفاق نمی افتد یا کاملاً یکسان عمل نمی کنند.

همچنین باید به یاد داشته باشید که انواع هوازدگی شیمیایی می توانند جداگانه عمل کنند ، اما اغلب آنها برای ایجاد فرم های زمینی و تجزیه مواد معدنی با هم کار می کنند. در ادامه انواع این تغییرات شیمیایی شرح داده می شود.

کربناسیون

وقتی صحبت از نوع کربناسیون در هوازدگی شیمیایی می شود ، اسید کربنیک مقصر اصلی است. وقتی باران از هوا عبور می کند و به  زمین می رسد ، دی اکسید کربن را گرفته و اسید کربنیک ایجاد می کند. این اسید ضعیف وقتی به داخل ترک ها نفوذ می کند با کربنات کلسیم موجود در سنگ ها واکنش نشان می دهد.

سنگی که به خصوص به کربناسیون حساس می باشد سنگ آهک است که بیشتر از کربنات کلسیم ساخته شده است. کربناسیون سنگ آهک ساختارهای منحصر به فردی مانند کارست جنوب چین ایجاد می کند. کارست ها در سراسر کره زمین وجود دارند و شامل غارها ، جویبارها ، گودال ها و تشکیل سنگ های غیرمعمول هستند.

اکسیداسیون

اکسیژن باعث اکسیداسیون می شود و زنگ زدگی واضح ترین مثال از این تغییر شیمیایی است. زنگ هنگامی تشکیل می شود که آهن یا فولاد بکار رفته در ساختار اتومبیل شما با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و اکسید آهن تشکیل دهد. ماده قرمز حاصل می تواند کاملاً شکننده باشد ، به حدی که می توانید به معنای واقعی کلمه با انگشت خود  آنرا سوراخ کنید. سنگهای حاوی آهن نیز می توانند همین روند را طی کنند.

مواد معدنی با محتوای آهن زیاد از جمله پیروکسن و آمفیبول تحت تأثیر اکسیداسیون قرار می گیرند. اکسیداسیون به این سنگها ظاهری مایل به قرمز می بخشد.

هیدراتاسیون

هیدراتاسیون نوعی هوازدگی شیمیایی است که در آن آب با سنگ واکنش شیمیایی نشان می دهد و ساختار شیمیایی آن را تغییر می دهد. یک نمونه از هیدراتاسیون مواد معدنی این است که آب به سولفات کلسیم اضافه می شود تا دی هیدرات سولفات کلسیم ایجاد شود. هیدراتاسیون تا حد زیادی منجر به تولید تپه های شنی- گچی در سراسر جهان خواهد شد.

هیدرولیز

آب را می توان به ماده ای دیگر اضافه کرد تا ماده جدیدی تولید شود یا می تواند ماده ای را حل کند و آنرا تغییر دهد. در هیدرولیز ، اسید موجود در آب باعث حل شدن مواد معدنی درون سنگ های خاصمی شود . نمونه هایی از هیدرولیز شامل تبدیل فلدسپات به خاک رس و افزودن مواد معدنی سدیم دار به محلول های آب شور است.

اسیدی شدن

احتمالاً اسم باران اسیدی را شنیده اید. با این حال ، بیشتر مردم نمی دانند چیست یا چگونه در هوازدگی شیمیایی نقش دارد. باران اسیدی ، آبی حاوی اسیدهای سولفوریک و نیتریک ناشی از سوزاندن ذغال سنگ و سوخت های فسیلی است.

این اسیدها وقتی به سنگ برخورد می کنند با آن واکنش داده و باعث ساییده شدن سطح و نرم شدن آن می شوند. اسیدی شدن همچنین می تواند توسط ارگانیسم هایی مانند گلسنگ که از جلبک ها و قارچ ها تشکیل می شود ، ایجاد شود.

از دیگر انواع هوازدگی می توان هوازدگی فیزیکی اشاره کرد. این تغییر زمانی اتفاق می افتد که سنگها بدون اینکه ماده شیمیایی آنها تغییر کند دچار هوازدگی می شوند. شکستن و خرد شدن صخره ها و سنگ ها نوعی هوازدگی فیزیکی است.

هوازدگی بیولوژیکی هنگامی رخ می دهد که سنگ ها توسط گیاهان و حیوانات ضعیف می شوند ، مانند ریشه گیاهان که در سنگ ها رشد می کنند. هوازدگی فیزیکی و بیولوژیکی همراه با هوازدگی شیمیایی موجب تجزیه و فرسایش زمین می شوند.

عامل و عوامل اصلی هوازدگی شیمیایی چیست؟

از عوامل باعث و موثر بر هوازدگی شیمیایی  می توان به آب ، اکسیژن ، دی اکسید کربن و.. اشاره کرد. آب مهمترین علت هوازدگی شیمیایی است که با حل شدن سنگ ها و صخره ها آنها را از بین می برد.

اکسیژن یکی دیگر از دلایل مهم هوازدگی شیمیایی است. آهن در حضور آب با اکسیژن ترکیب می شود. این فرآیند اکسیداسیون نامیده می شود و نتیجه آن زنگ زدگی است که سنگ های حاوی آهن را نیز اکسید می کند.

دی اکسید کربن یکی دیگر از این عوامل است که در آب باران حل می شود ، در نتیجه یک اسید ضعیف به نام اسید کربنیک ایجاد می کند که به راحتی سنگ مرمر و سنگ آهک را حل می کند.

حتی موجودات زنده نیز می توانند سنگ ها را دچار فرسایش کنند و از عوامل هوازدگی به حساب می آیند. هنگامی که یک دانه جوانه می زند ، ریشه های آن به شکاف سنگ ها فشار می آورند. وقتی ریشه ها رشد می کنند ، اسید ضعیفی تولید می کنند که سنگ اطراف ریشه را به آرامی حل می کند.

سوزاندن مواد شیمیایی مختلف برای انرژی می تواند هوا را با گوگرد ، کربن و ازت آلوده کند. وقتی این مواد شیمیایی با بخار آب مخلوط می شوند ،باران اسیدی ایجاد می کنند که باعث تسریع هوازدگی شیمیایی خواهد شد.

هوازدگی چه تاثیری بر سنگ ها دارد؟

عوامل مختلفی نوع هوازدگی و میزان هوای زدگی سنگ را کنترل می کنند. ترکیب کانی شناسی یک سنگ میزان تغییر یا تجزیه آن را تحت این شرایط تعیین می کند. همچنین بافت سنگ بر نوع هوازدگی تأثیر خواهد گذاشت. سنگ دانه های ریز معمولاً بیشتر در معرض تغییرات شیمیایی و تجزیه فیزیکی قرار دارند.

الگوی اتصالات ، شکستگی ها و شکاف های موجود در سنگ ممکن است راهی برای نفوذ آب ایجاد کند که می تواند هوازدگی را تسریع کند. هوازدگی باعث شکستن ، خرد شدن و ترک برداشتن سنگ ها شده و ساختار یکپارچه آنها را از بین می برد.

هنگامی که یک سنگ شکسته شد ، فرایندی به نام فرسایش ، تکه های سنگ و مواد معدنی را به مناطق دور دست منتقل می کند. هوازدگی اغلب اولین مرحله در تولید خاک است. تکه های کمی از مواد معدنی هوازده با گیاهان ، بقایای حیوانات ، قارچ ها ، باکتری ها و موجودات دیگر مخلوط می شوند.

برخی از سنگ های فرسوده خاک را نابارور می کنند ، در حالی که مواد هوازده حاصل از مجموعه سنگها از نظر تنوع معدنی غنی تر هستند و خاک را حاصلخیزتر می کنند.

تفاوت هوازدگی شیمیایی و فیزیکی

هوازدگی فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی فرآیندهای مختلفی هستند که می توانند به روش های مختلفی رخ دهند. هوازدگی یک فرآیند طبیعی است که باعث تخریب و تبدیل مواد در طول زمان می شود، درست مانند اینکه انسان ها برای همیشه در حالت طبیعی خود زندگی نمی کنند. هوازدگی فرآیند تخریب تجزیه سنگ است که عمدتاً توسط عوامل آب و هوایی خارجی مانند باران، باد و خورشید ایجاد می شود.

هوازدگی فرآیند تخریب و تبدیل سنگ ها است که در اثر عوامل خارجی اقلیم ایجاد می شود. هوازدگی به سه صورت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی رخ می دهد. عوامل خارجی اقلیم مانند دما، بارش و فعالیت بیولوژیکی باعث ایجاد هوازدگی می شوند. هوازدگی فیزیکی، شکستن سنگ ها به قطعات کوچکتر بدون تغییر ترکیب شیمیایی آنهاست. هوازدگی شیمیایی فرآیندی است که در آن سنگ ها از طریق واکنش های شیمیایی با مواد موجود در محیط، شکسته و تغییر می کنند.

فرآیند هوازدگی به تدریج سطوح سنگ را در طی سالیان متمادی تخریب می‌ کند و الگوهای نامنظمی را ایجاد می ‌کند که می ‌توان آن‌ها را در سازههای سنگی معروف در سراسر جهان مشاهده کرد.

هوازدگی شیمیایی به دلیل دگرگونی های شیمیایی درون و بیرون سنگ ها رخ می دهد که به تجزیه و تغییر سطح زمین کمک می کند. عامل اصلی هوازدگی شیمیایی آب است که ساختار شیمیایی سنگ ها را از طریق فرآیندهای هیدراتاسیون کمپلکس و اکسیداسیون تغییر می دهد. هوازدگی بیولوژیکی شیمیایی به دلیل وجود قارچ ها و باکتری ها بر روی سطوح سنگ ایجاد می شود و مواد شیمیایی را آزاد می کند که به فرآیند هوازدگی کمک می کند.

صخره‌ ها در طول زمان به دلیل تغییرات دما تخریب می ‌شوند و می‌ شکنند که به آن هوازدگی فیزیکی می گویند. هوازدگی شیمیایی به دلیل دگرگونی های شیمیایی درون و بیرون سنگ ها رخ می دهد.