PHONG HÓA: CÁC LOẠI VÀ QUY TRÌNH - GEOGRAFÍA - 2026

Phong hoá là sự phân huỷ đá do phân huỷ cơ học và phân huỷ hoá học. Nhiều loại hình thành ở nhiệt độ và áp suất cao sâu trong vỏ trái đất; khi tiếp xúc với nhiệt độ và áp suất thấp hơn ở bề mặt và gặp không khí, nước và sinh vật, chúng bị phân hủy và đứt gãy.

Các sinh vật cũng có một vai trò ảnh hưởng trong quá trình phong hóa, vì chúng ảnh hưởng đến đá và khoáng chất thông qua các quá trình lý sinh và hóa sinh khác nhau, hầu hết chúng chưa được biết đến một cách chi tiết.

Devil's Marbles, một tảng đá nứt nẻ do thời tiết, Australia. Nguồn: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg

Về cơ bản có ba loại chính mà qua đó quá trình phong hóa diễn ra; điều này có thể là vật lý, hóa học hoặc sinh học. Mỗi biến thể này có những đặc điểm cụ thể ảnh hưởng đến đá theo những cách khác nhau; thậm chí trong một số trường hợp có thể có sự kết hợp của một số hiện tượng.

Phong hóa vật lý hoặc

Quá trình cơ học làm giảm đá thành các mảnh nhỏ dần dần, do đó làm tăng diện tích bề mặt bị tấn công hóa học. Các quá trình phong hóa cơ học chính như sau:

- Tải về.

- Tác động của sương giá.

- Ứng suất nhiệt do sưởi ấm và làm lạnh.

- Việc mở rộng.

- Co ngót do làm ướt với quá trình làm khô tiếp theo.

- Các áp lực do sự lớn lên của các tinh thể muối.

Một yếu tố quan trọng trong thời tiết cơ học là sự mệt mỏi hoặc sự tạo ra ứng suất lặp đi lặp lại, làm giảm khả năng chịu thiệt hại. Kết quả của sự mỏi là đá sẽ bị nứt vỡ ở mức ứng suất thấp hơn so với một mẫu vật không bị mỏi.

Tải xuống

Khi xói mòn loại bỏ vật chất khỏi bề mặt, áp lực hạn chế lên các lớp đá bên dưới giảm xuống. Áp suất thấp hơn cho phép các hạt khoáng chất tách ra xa hơn và tạo ra các khoảng trống; đá nở ra hoặc nở ra và có thể bị gãy.

Ví dụ, trong đá granit hoặc các mỏ đá dày đặc khác, việc giải phóng áp lực từ việc cắt giảm khai thác có thể gây ra bạo lực và thậm chí gây nổ.

Mái vòm tẩy da chết ở Vườn quốc gia Yosemite, Mỹ. Nguồn: Diliff, từ Wikimedia Commons

Đóng băng vết gãy hoặc gel

Nước chiếm các lỗ trong một tảng đá nở ra 9% khi đóng băng. Sự giãn nở này tạo ra áp suất bên trong có thể gây ra sự phân hủy hoặc đứt gãy vật lý của đá.

Gelling là một quá trình quan trọng trong môi trường lạnh, nơi các chu trình đông lạnh diễn ra liên tục.

Phong hóa vật lý của một "cairn" bê tông. Nguồn: LepoRello. , từ Wikimedia Commons

Chu trình sưởi ấm-làm mát (nhiệt độ)

Đá có tính dẫn nhiệt thấp, có nghĩa là chúng không tốt trong việc dẫn nhiệt ra khỏi bề mặt của chúng. Khi đá bị nung nóng, bề mặt bên ngoài tăng nhiệt độ hơn nhiều so với phần bên trong của đá. Vì lý do này, phần bên ngoài bị giãn ra nhiều hơn phần bên trong.

Ngoài ra, các loại đá được tạo thành từ các tinh thể khác nhau cho thấy sự gia nhiệt khác nhau: các tinh thể có màu tối hơn nóng lên nhanh hơn và nguội chậm hơn các tinh thể nhẹ hơn.

Mệt mỏi

Những ứng suất nhiệt này có thể gây ra sự phân hủy đá và hình thành các mảnh, vỏ và tấm lớn. Việc sưởi ấm và làm mát lặp đi lặp lại tạo ra một hiệu ứng gọi là mệt mỏi thúc đẩy phong hóa nhiệt, còn được gọi là nhiệt độ.

Nói chung, mỏi có thể được định nghĩa là tác động của các quá trình khác nhau làm giảm khả năng chịu hư hỏng của vật liệu.

Vảy đá

Tẩy da chết do căng thẳng nhiệt hoặc đắp lớp phủ cũng bao gồm việc tạo ra các mảnh đá. Tương tự như vậy, sức nóng dữ dội do cháy rừng và vụ nổ hạt nhân tạo ra có thể khiến đá vỡ vụn và cuối cùng là vỡ.

Ví dụ, ở Ấn Độ và Ai Cập, lửa đã được sử dụng trong nhiều năm như một công cụ khai thác trong các mỏ đá. Tuy nhiên, sự dao động nhiệt độ hàng ngày, được tìm thấy ngay cả ở các sa mạc, cũng thấp hơn nhiều so với mức khắc nghiệt do hỏa hoạn cục bộ gây ra.

Làm ướt và làm khô

Các vật liệu chứa đất sét - chẳng hạn như đá bùn và đá phiến sét - nở ra đáng kể khi thấm ướt, có thể gây ra sự hình thành các đứt gãy vi mô hoặc các vết nứt vi mô (microcrack) hoặc mở rộng các vết nứt hiện có.

Ngoài tác động của mỏi, chu kỳ giãn nở và co ngót - liên quan đến thấm ướt và làm khô - dẫn đến phong hóa đá.

Phong hóa do sự phát triển của các tinh thể muối hoặc sự tạo quầng

Ở các vùng ven biển và khô hạn, các tinh thể muối có thể phát triển trong các dung dịch muối được cô đặc lại nhờ sự bay hơi của nước.

Sự kết tinh của muối trong các kẽ hoặc lỗ rỗng của đá tạo ra ứng suất khiến chúng mở rộng, và điều này dẫn đến sự phân hủy dạng hạt của đá. Quá trình này được gọi là phong hóa mặn hoặc tạo lớp hào quang.

Khi các tinh thể muối hình thành trong các lỗ chân lông được làm nóng hoặc bão hòa với nước, chúng nở ra và tạo áp lực lên các thành lỗ gần đó; điều này tạo ra ứng suất nhiệt hoặc ứng suất hydrat hóa (tương ứng), cả hai đều góp phần vào sự phong hóa của đá.

Phong hóa hóa học

Loại phong hóa này bao gồm nhiều loại phản ứng hóa học, tác động cùng nhau lên nhiều loại đá khác nhau trong phạm vi điều kiện khí hậu.

Sự đa dạng tuyệt vời này có thể được nhóm lại thành sáu loại phản ứng hóa học chính (tất cả đều liên quan đến việc phân hủy đá), đó là:

- Giải tán.

- Hydrat hóa.

- Sự oxi hóa và sự khử.

- Cacbonat hóa.

- Sự thủy phân.

Giải tán

Các muối khoáng có thể hòa tan trong nước. Quá trình này liên quan đến sự phân ly của các phân tử thành anion và cation của chúng, và sự hydrat hóa của mỗi ion; nghĩa là, các ion bao quanh chúng với các phân tử nước.

Sự hòa tan thường được coi là một quá trình hóa học, mặc dù nó không liên quan đến các biến đổi hóa học thực tế. Vì sự hòa tan xảy ra như một bước khởi đầu cho các quá trình phong hóa hóa học khác, nó được xếp vào loại này.

Sự hòa tan dễ dàng bị đảo ngược: khi dung dịch trở nên quá bão hòa, một số chất hòa tan sẽ kết tủa như một chất rắn. Một dung dịch bão hòa không có khả năng hòa tan chất rắn hơn.

Các khoáng chất khác nhau về độ hòa tan của chúng và trong số những chất hòa tan trong nước nhiều nhất là clorua của các kim loại kiềm, chẳng hạn như muối mỏ hoặc halit (NaCl) và muối kali (KCl). Những khoáng chất này chỉ được tìm thấy ở những vùng khí hậu rất khô cằn.

Thạch cao ( CaSO ₄ .2H ₂ O) cũng rất dễ hòa tan, trong khi thạch anh có độ hòa tan rất thấp.

Độ hòa tan của nhiều khoáng chất phụ thuộc vào nồng độ của các ion hydro tự do (H ⁺ ) trong nước. Các ion H ⁺ được đo là giá trị pH, cho biết mức độ axit hoặc kiềm của dung dịch nước.

Hydrat hóa

Phong hóa hydrat hóa là một quá trình xảy ra khi các khoáng chất hấp thụ các phân tử nước trên bề mặt của chúng hoặc hấp thụ nó, bao gồm cả chúng trong mạng tinh thể của chúng. Lượng nước bổ sung này tạo ra sự gia tăng thể tích có thể khiến đá bị nứt vỡ.

Ở những vùng khí hậu ẩm ướt ở vĩ độ trung bình, màu sắc của đất có những biến thể đáng chú ý: có thể quan sát thấy nó từ hơi nâu đến hơi vàng. Những màu này là do sự hydrat hóa của hematit oxit sắt màu đỏ, biến thành goethit có màu oxit (oxyhydroxit sắt).

Sự hấp thụ nước của các hạt đất sét cũng là một dạng hydrat hóa dẫn đến sự giãn nở như nhau. Sau đó, khi đất sét khô đi, lớp vỏ nứt ra.

Quá trình oxy hóa và khử

Quá trình oxy hóa xảy ra khi một nguyên tử hoặc ion mất điện tử, làm tăng điện tích dương hoặc giảm điện tích âm.

Một trong những phản ứng oxy hóa hiện có liên quan đến sự kết hợp của oxy với một chất. Oxy hòa tan trong nước là một chất oxy hóa phổ biến trong môi trường.

Quá trình mài mòn oxy hóa chủ yếu ảnh hưởng đến các khoáng chất chứa sắt, mặc dù các nguyên tố như mangan, lưu huỳnh và titan cũng có thể bị gỉ.

Phản ứng đối với sắt - xảy ra khi oxy hòa tan trong nước tiếp xúc với các khoáng chất chứa sắt - như sau:

4Fe ²⁺ + 3O ₂ → 2Fe ₂ O ₃ + 2e ^-

Trong biểu thức này e ^- đại diện cho các electron.

Sắt (Fe ²⁺ ) được tìm thấy trong hầu hết các khoáng vật tạo đá có thể được chuyển thành dạng sắt (Fe ³⁺ ) bằng cách thay đổi điện tích trung hòa của mạng tinh thể. Sự thay đổi này đôi khi khiến nó sụp đổ và làm cho khoáng chất dễ bị tấn công hóa học hơn.

Cacbonat hóa

Cacbonat hóa là sự hình thành các muối cacbonat, là muối của axit cacbonic (H ₂ CO ₃ ). Carbon dioxide hòa tan trong nước tự nhiên để tạo thành axit cacbonic:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Sau đó, axit cacbonic phân ly thành ion hydro ngậm nước (H ₃ O ⁺ ) và ion bicacbonat, theo phản ứng sau:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺

Axit cacbonic tấn công các khoáng chất tạo thành cacbonat. Cacbonat chiếm ưu thế trong quá trình phong hóa đá vôi (là đá vôi và đá dolomit); trong đó khoáng chất chính là canxit hoặc canxi cacbonat (CaCO ₃ ).

Canxit phản ứng với axit cacbonic để tạo thành canxi cacbonat có tính axit, Ca (HCO ₃ ) ₂ , không giống như canxit, tan dễ dàng trong nước. Đây là lý do tại sao một số đá vôi rất dễ bị giải thể.

Các phản ứng thuận nghịch giữa carbon dioxide, nước và canxi cacbonat rất phức tạp. Về bản chất, quá trình này có thể được tóm tắt như sau:

CaCO ₃ + H ₂ O + CO ₂ ⇔Ca ₂ + + 2HCO ₃ ^-

Thủy phân

Nói chung, thủy phân - sự phân hủy hóa học do tác động của nước - là quá trình chính của phong hóa hóa học. Nước có thể phá vỡ, hòa tan hoặc biến đổi các khoáng chất nguyên sinh nhạy cảm trong đá.

Trong quá trình này, nước được phân ly thành các cation hydro (H ⁺ ) và anion hydroxyl (OH ^- ) phản ứng trực tiếp với các khoáng chất silicat trong đá và đất.

Ion hydro được trao đổi với một cation kim loại của các khoáng chất silicat, thường là kali (K ⁺ ), natri (Na ⁺ ), canxi (Ca ^{2 +)} hoặc magiê (Mg ^{2 +} ). Sau đó cation được giải phóng kết hợp với anion hydroxyl.

Ví dụ, phản ứng thủy phân khoáng chất được gọi là orthoclase, có công thức hóa học KAlSi ₃ O ₈ , như sau:

2KAlSi ₃ O ₈ + 2H ⁺ + 2OH ^- → 2HAlSi ₃ O ₈ + 2KOH

Vì vậy, orthoclase được chuyển thành axit aluminosilicic, HAlSi ₃ O ₈ và kali hydroxit (KOH).

Loại phản ứng này đóng một vai trò cơ bản trong việc hình thành một số phù điêu đặc trưng; ví dụ, chúng tham gia vào quá trình hình thành núi đá vôi.

Phong hóa sinh học

Một số sinh vật sống tấn công đá một cách cơ học, hóa học hoặc bằng sự kết hợp của các quá trình cơ học và hóa học.

Cây

Rễ cây - đặc biệt là rễ cây mọc trên đá phẳng - có thể phát huy tác dụng cơ sinh học.

Hiệu ứng cơ sinh học này xảy ra khi rễ cây phát triển, khi áp suất do nó tác động lên môi trường xung quanh tăng lên. Điều này có thể dẫn đến sự nứt vỡ của đá ở đáy rễ.

Meteorization sinh học. Tetrameles nudiflora mọc trên một ngôi đền đổ nát ở Angkor, Campuchia. Nguồn: Diego Delso, delso.photo, Giấy phép CC-BY-SA qua https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG

Địa y

Địa y là những sinh vật được tạo thành từ hai loài cộng sinh: một loại nấm (mycobiont) và một loài tảo nói chung là vi khuẩn lam (phycobiont). Những sinh vật này đã được báo cáo là những loài thực dân làm tăng quá trình phong hóa đá.

Ví dụ, người ta đã tìm thấy rằng Stereocaulon vesuvianum được lắp đặt trên các dòng dung nham, giúp tăng cường tốc độ phong hóa của nó lên đến 16 lần khi so sánh với các bề mặt không thuộc địa hóa. Tỷ lệ này có thể tăng gấp đôi ở các địa điểm ẩm ướt, chẳng hạn như ở Hawaii.

Người ta cũng ghi nhận rằng khi địa y chết đi, chúng sẽ để lại một vết đen trên bề mặt đá. Những điểm này hấp thụ nhiều bức xạ hơn các vùng ánh sáng xung quanh của đá, do đó thúc đẩy quá trình phong hóa nhiệt hoặc tạo lớp nhiệt.

Mytilus edulis một loài trai chán đá. Nguồn: Andreas Trepte, từ Wikimedia Commons

sinh vật biển

Một số sinh vật biển cạo bề mặt đá và đục lỗ trên chúng, thúc đẩy sự phát triển của tảo. Những sinh vật xuyên thủng này bao gồm động vật thân mềm và bọt biển.

Ví dụ về loại sinh vật này là vẹm xanh (Mytilus edulis) và động vật chân bụng ăn cỏ Cittarium pica.

Địa y Stereocaulon vesuvianum là một thiết bị tạo màu được lắp đặt trong dòng dung nham, quần đảo Canary Fuerteventura và Lanzarote của Tây Ban Nha. Nguồn: Lairich Rig qua https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg

Chelation

Chelation là một cơ chế phong hóa khác liên quan đến việc loại bỏ các ion kim loại và đặc biệt là các ion nhôm, sắt và mangan khỏi đá.

Điều này đạt được bằng cách liên kết và cô lập bởi các axit hữu cơ (chẳng hạn như axit fulvic và axit humic), để tạo thành phức hợp kim loại-chất hữu cơ hòa tan.

Trong trường hợp này, các tác nhân chelat đến từ các sản phẩm phân hủy của thực vật và chất tiết ra từ rễ. Chelation khuyến khích quá trình phong hóa hóa học và chuyển kim loại trong đất hoặc đá.

Người giới thiệu

1. Pedro, G. (1979). Caractérisation générale des processus de l'altération hydrolitique. Science du Sol 2, 93–105.
2. Selby, MJ (1993). Nguyên liệu và Quy trình Hillslope, xuất bản lần thứ 2. Với sự đóng góp của APW Hodder. Oxford: Nhà xuất bản Đại học Oxford.
3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). Bản chất và tốc độ phong hóa của địa y trên dòng dung nham trên Lanzarote. Địa mạo, 47 (1), 87–94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
4. Thomas, MF (1994). Địa mạo ở các vùng chí tuyến: Nghiên cứu về Phong hoá và Phủ định ở các vĩ độ thấp. Chichester: John Wiley & Các con trai.
5. Đá vôi thạch anh trắng, WD, Jefferson, GL, và Hama, JF (1966) ở đông nam Venezuela. Tạp chí Quốc tế về Speleology 2, 309–14.
6. Yatsu, E. (1988). Bản chất của thời tiết: Giới thiệu. Tokyo: Sozosha.