ما هو التجوية الكيميائية؟

ما هو التجوية الكيميائية؟

ستخضع الصخور والتربة والمعادن والخشب وحتى المواد الاصطناعية التي تتعرض لعناصر الطبيعة مثل الهواء والماء ، لتغيرات كبيرة خلال فترة من الزمن سواء في التشكل أو في التركيب الكيميائي ، وفي نهاية المطاف تنقسم إلى أجزاء أصغر بفعل عمليات التجوية .

عندما يحدث التجوية من خلال التفاعلات الكيميائية التي تغير التركيب الكيميائي لأشياء مثل الصخور والتربة والمعادن ، تُعرف العملية بعد ذلك بالتجوية الكيميائية . تتم العملية تدريجياً وتؤدي إلى تكوين معادن ثانوية أو جديدة.

أكثر أنواع التفاعلات الكيميائية شيوعًا التي تؤدي إلى التجوية الكيميائية هي الأكسدة والتحلل المائي والترطيب والكربنة والاختزال . أدناه ، نناقش هذه العمليات ونفحص طريقة تأثيرها على الصخور.

ما هي عمليات التجوية الكيميائية؟

الآن وقد أصبح لدينا فكرة أساسية عن ماهية التجوية الكيميائية ، دعونا نلقي نظرة على العمليات المختلفة التي يحدث بها التجوية الكيميائية للصخور.

1. الأكسدة

في حالة التجوية الكيميائية للصخور ، يشير الأكسدة إلى إضافة وجمع الأكسجين مع المعادن الصخرية. تخضع الصخور للأكسدة عندما تتفاعل بعض المعادن الموجودة في الصخور مع وجود الأكسجين الموجود في مياه التربة أو في الغلاف الجوي. في وجود الرطوبة ، تسرع عملية الأكسدة. كنتيجة نهائية ، يتم إنتاج أكاسيد مائية.

معظمنا على دراية تفاعل الأكسدة من الصدأ. هو نتيجة تفاعل حيث يتفاعل الحديد (في شكل Fe2 +) مع الأكسجين لتكوين Fe3 + أكاسيد وهيدروكسيدات. غالبًا ما يؤدي الصدأ في الأجسام المعدنية التي نستخدمها في حياتنا اليومية إلى تدهور الكائن حيث تصبح الأجزاء الصدئة هشة ويمكن قطعها بسهولة. تفاعلات كيميائية مماثلة تحدث أيضا في الصخور مع محتوى الحديد.

مثال على تفاعل الأكسدة الذي يحدث في الصخر كما يلي:

4FeO (أكسيد الحديد) + O2 → 2Fe2O3 (أكسيد الحديديك)

4Fe3O4 (المغنتيت) + O2 → 6Fe2O3 (الهيماتيت)

غالبًا ما تتطور الصخور التي تحتوي على محتوى من الحديد والأكسدة إلى لون بني محمر مما يشير إلى أن الصخور تخضع للأكسدة.

في حالة وجود رطوبة ، يمضي التفاعل إلى مزيد من العائد:

2Fe2O3 (الهيماتيت) + 3H2O -> 2Fe2O3 .3H2O (الليمونيت)

2. التحلل

يمكن اعتبار التحلل المائي عملية هامة أخرى للتجوية الكيميائية. يستمد مصطلح التحلل المائي من "المائي" ، أي الماء ، و "تحلل" المعنى. الدافع وراء هذه العملية هو تفكك الماء في أيونات الهيدروجين (H +) وأيونات الهيدروكسيد (OH-). تتفاعل هذه الأيونات مع المعادن الموجودة في الصخور لإحداث تغييرات في تكوين الصخور. السيليكات وكربونات المعادن هي الأكثر تحللًا.

في ظل الظروف المثالية ، يتأين الماء النقي قليلاً لإنتاج H + و OH- أيونات التي تتفاعل بعد ذلك مع المعادن لتهدئتها. من الناحية النظرية ، في حالة توفر كمية كافية من الماء ، سيتم إذابة المعدن الأصلي تمامًا. فمثلا:

Mg 2 SiO 4 + 4 H + + 4 OH− ⇌ 2 Mg2 + + 4 OH− + H 4 SiO 4

ومع ذلك ، في الواقع ، نادراً ما يتبرع الماء بأيونات H +. لكن الوضع يتغير إذا كان ثاني أكسيد الكربون موجودًا. يذوب الغاز بسهولة في الماء ليشكل حمضًا كربونيًا ضعيفًا يعمل بعد ذلك كمتبرع H +.

رد الفعل هو على النحو التالي:

Mg 2 SiO 4 + 4 CO 2 + 4 H 2 O ⇌ 2 Mg2 + + 4 HCO 3 - + H 4 SiO 4

يعد التحليل المائي للفلسبار لإنتاج معادن طينية مثالاً كلاسيكيًا على التجوية الكيميائية للصخور بواسطة التحلل المائي.

رد الفعل هو على النحو التالي:

2 KAlSi 3 O 8 (الفلسبار الألوميني سيليكات) + 2 H 2 CO 3 + 9 H 2 O ⇌ Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 (الكاولينيت ، طين معدني) + 4 H 4 SiO 4 + 2 K + + HCO 3 -

بعض المكونات الكيميائية للصخور مثل كلوريد الصوديوم تذوب مباشرة في الماء. يؤدي انحلال هذه المواد عن طريق الماء إلى تليين الصخور ، وتقسيمها في النهاية إلى أجزاء. تحمض الماء يسرع هذه العملية.

3. الترطيب

يعتبر الترطيب أيضًا أحد العمليات التي يتم بها التجوية الكيميائية. في الماء ، يتفاعل المعدن مع الماء مما يؤدي إلى التعلق الصلب ل H + و OH المستخرجة من الماء إلى جزيئات وذرات المعدن. يعمل امتصاص الماء بواسطة المعادن على زيادة حجم الصخر الذي يولد ضغوطًا جسدية داخل الصخر ويؤدي في النهاية إلى تحطيم الصخرة. أكسيد الحديد ، وأكسيد الألومنيوم ، والأنهيدريت ، وما إلى ذلك ، هي بعض من المعادن الصخرية التي تخضع لترطيب. يوجد مثالان على رد الفعل التالي:

2Fe2O3 (الهيماتيت) + 3H2O → 2Fe2O3.3H2O (الليمونيت)

Al2O3 (البوكسيت) + 3H2O → Al2O3.3H2O (هيدر أكسيد الألومنيوم)

4. الكربنة

الكربنة يؤدي أيضا إلى التجوية الكيميائية للصخور والتربة والمعادن. الكربنة تشير إلى ارتباط ثاني أكسيد الكربون بالركائز عبر تفاعل من خطوتين. أولاً ، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء لتكوين حمض الكربونيك. بعد ذلك ، يتفاعل حمض الكربونيك مع المعادن الموجودة في الصخور لإنتاج الكربونات أو البيكربونات. كربونات الصخور التي تحتوي على كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري) هي عملية شائعة للتجوية الكيميائية تؤدي إلى تكوين بيكربونات الكالسيوم القابلة للذوبان بشدة في الماء. تؤدي ردود الفعل هذه إلى تكوين مسافات جوفاء في الحجر الجيري تشكل في نهاية المطاف كهوف من الحجر الجيري. تكون تفاعلات الكربنة أسرع في درجات الحرارة الباردة لأن الماء البارد يذوب ثاني أكسيد الكربون أكثر من الماء الأكثر دفئًا.

رد فعل الكربنة من الحجر الجيري ويرد أدناه:

الخطوة الأولى في التفاعل: تكوين حمض الكربونيك عن طريق تفاعل الماء وثاني أكسيد الكربون.

CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3

الخطوة الثانية في التفاعل: تكوين كربونات الكالسيوم عن طريق التفاعل بين حمض الكربونيك وكربونات الكالسيوم.

H 2 CO 3 + CaCO 3 → Ca (HCO 3 ) 2

5. الحد

تعد إزالة O2 من المعادن الصخرية الناتجة عن إنتاج المعادن الثانوية المختزلة إحدى عمليات التجوية الكيميائية. تفاعلات الاختزال شائعة في ظل ظروف غمرها الماء حيث أن غياب أو انخفاض مستويات الأكسجين في مثل هذه البيئات يؤدي إلى تفاعلات تخفيض في معادن الصخور. مثال على رد الفعل المذكور أدناه:

2Fe2O3 (الهيماتيت) - O2 → 4FeO (أكسيد الحديد)

النتيجة النهائية للتجوية الكيميائية للصخور

التجوية الكيميائية من خلال العمليات المذكورة أعلاه يعمل على تغيير التركيب الكيميائي للصخور. كما أنه يجعل الصخور أكثر هشاشة أو تجعل المعادن الصخرية أكثر قابلية للذوبان في الماء. وهكذا ، تبدأ الصخور في الانهيار وتنقسم في نهاية المطاف إلى أجزاء أصغر على مدى فترة من الزمن تتابع فيها القوى التآكلية قطع الصخور من موقعها الأصلي وتحملها بعيدًا إلى أماكن بعيدة مع مزيد من التدهور والتفكك.