Zvetrávanie

Zvetrávanie je súbor fyzikálno-chemických, alebo aj biologických procesov, pri ktorých dochádza k rozrušovaniu pevných horninových celkov na malé úlomky (klasty). Tieto procesy sú často vzájomne previazané, aj keď v chladnejších podmienkach prebieha skôr fyzikálne a v teplejších chemické zvetrávanie.

Zvetrávanie nemožno stotožniť s eróziou, to je len proces transportu zvetralinových úlomkov pôsobením vody, ľadu, vzduchu, alebo gravitácie.

Faktory ovplyvňujúce zvetrávanie

Rýchlosť a intenzita zvetrávania závisí od viacerých faktorov (tvrdosť horniny, poveternostné podmienky, času, atď.) a jeho konečným produktom je pôda.

Podnebie

Podnebie je dôležitým faktorom, ktorý ovplyvňuje rýchlosť chemických reakcií pri zvetrávaní. Zvýšenie teploty zapríčiňuje nárasť rýchlosti, no na dokonalé zvetranie je potrebná aj prítomnosť vody. Preto napr. v púštnych podmienkach nedochádza k výraznejšiemu chemickému zvetrávaniu, nakoľko nad krátkymi obdobiami zrážok prevláda vyparovanie a rozpustené minerály majú tendenciu ukladať sa na povrchu, pričom vytvárajú kôry sadrovca a iných evaporitov.

Naopak, v tropických oblastiach, kde prevláda teplé a vlhké prostredie je chemické zvetrávanie rýchle a intenzívne. Dochádza k tvorbe oxidov a hydroxidov železa a hliníka a k ich odnosu zo zdrojovej oblasti.

Povaha minerálov a hornín

Väčšina hornín je tvorená minerálmi s rôznym obsahom oxidu kremičitého (s výnimkou karbonátov). Ich odolnosť voči chemickým reakciám je závislá na ich štruktúre (usporiadaní jednotlivých tetraédrov). Minerály s oddelenými tetraédrami SiO₄ (olivíny) sú najmenej odolné voči zvetrávaniu, naopak kremeň (prakticky čistý SiO₂) je najviac odolný. Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje rýchlosť chemického zvetrávania, je energia väzby medzi kyslíkom a inými katiónmi v štruktúre. Čím je nižšia, tým je rozpad väzby, a tým aj zvetrávanie rýchlejšie.

Množstvo vody, jej chemické zloženie a fyzikálne vlastnosti

Prítomnosť vody je dôležitým faktorom chemického zvetrávania a ovplyvňuje aj fyzikálne procesy zvetrávania. Rozpad hornín a minerálov ovplyvňuje nasledovne:

Hydratačne - keďže molekula vody je silne polárna (zložená z vodíka a kyslíka) a má nelineárnu štruktúru, sú elektróny priťahované elektronegatívnejším kyslíkom, čím sa vytvára dipólový moment so záporným nábojom na kyslíku a kladným na vodíku. V prítomnosti minerálu kyslík priťahuje katióny a vodík anióny. Takéto pôsobenie postupne narúša stabilitu väzieb v mineráli a tým aj jeho povrchové vrstvy.
Hydrolyticky - voda je schopná disociácie na katióny H₃O⁺ a anióny OH⁻. Takto vytvorené ióny sú vymieňané za iné, nachádzajúce sa v minerálnej štruktúre. Napr. draselné živce majú dobrú schopnosť vymieňať si draselné a kremičité katióny vo svojej štruktúre za vodíkové katióny. Pri extrémne dobrých podmienkach cirkulácie vzniká zo živca KAlSi₃O₈ až gibbsit (Al(OH₃), v menej dobrých podmienkach kaolinit (Al₂Si₂O₅(OH)₄) a pri slabej výmene vodných roztokov montmorillonit ((Na,Ca)_0,3(Al,Mg)₂Si₄O₁₀(OH)₂·nH₂O).

Mechanické zvetrávanie

Tepelná rozťažnosť

V miestach s veľkými rozdielmi medzi dennými a nočnými teplotami (napríklad púšte) sa horniny vplyvom tepla cez deň rozťahujú, kým v noci sa naopak zmršťujú. Keďže horniny sa skladajú z minerálov s rôznou tepelnou rozťažnosťou, aj toto rozťahovanie sa v rôznych smeroch líši. Kolísanie teploty potom spôsobuje medzi zrnami minerálov v hornine napätie, ktoré zapríčiňuje vznik mikrotrhlín. Tie sa postupne zväčšujú až sa hornina nakoniec rozpadne na jednotlivé zrná. Vzhľadom na to, že horniny sú všobecne veľmi zlými vodičmi tepla, náhle ohriateie povrchu môže zapríčiniť postupné odpadávanie, či olupovanie vonkajších vrstiev (horninový blok vyzerá ako cibuľa). Podobne môže pôsobiť i prudké ochladenie.

Vplyv mrazu

Vplyv nízkych teplôt sa prejavuje v oblastiach kde klesá teplota pod bod mrazu. To zapríčiní zmrznutie vody v rôznych puklinách a škárach a zväčšenie jej objemu a tým aj tlaku na okolie (podľa meraní až 21 MPa pri −22 °C). Tlak je často vyšší ako odolnosť horniny, a preto zapríčiňuje jej rozpad.

Podobný účinok má aj kryštalizácia niektorých minerálov z roztokov. Ak sa nasýtený roztok dostane do pukliny, začne sa kryštalizácia a ako minerálne zrná zväčšujú svoj objem, dochádza k rozrušovaniu horniny.

Chemické zvetrávanie

Rozpúšťanie uhličitanov

Vyskytuje sa v horninách obsahujúcich nerozpustný uhličitan vápenatý (napr. vápence). Zapríčiňuje ho oxid uhličitý rozpustený v dažďovej vode, ktorý reaguje s CaCO₃ za vzniku rozpustného hydrogenuhličitanu vápenatého. Takto vznikajú rôzne krasové útvary.

Reakcia:

CO₂(g) + xH₂O(l) ⇌ CO₂.xH₂O(aq)

CO₂.xH₂O(aq) + CaCO₃(s) ⇌ Ca(HCO₃)₂(aq) + (x-1)H₂O(l)

Hydratácia

Hydratácia je reakcia niektorých bezovdých minerálov s vodou (napr anhydrid + voda ⇌ sadrovec), pričom novovzinknutý minerál má iné fyzikálne vlastnosti (zvyčajne zväčšuje objem). Takto sa menia napr. ílovce (horniny s obsahom ílových minerálov: montmorillonitu a bentonitu), svoj objem zväčšujú až šesťkrát.

Hydrolýza

Hydrolýza je rozklad niektorých minerálov (pyroxény, amfiboly a živce vplyvom vody (často kyslej). Napr. živec reaguje s vodou za vzniku kaolinitu a kremeňa.

Oxidácia

Oxidácia je reakcia niektorých iónov (najmä Fe²⁺ so vzdušným kyslíkom za prítomnosti vody za vzniku hnedočerveno sfarbených oxidov a hydroxidov Fe⁺³ - goethit, hematit a limonit.

Referencie

Andrews, E.J. – Brimlecombe, P. – Jickells, D.T. – Liss, S.P. (1996): An Introduction to Environmental Chemistry. Blackwell Science, Oxford (UK), 209 pp.
White, M.W.: Geochemistry. [1]

Pozri aj

Erózia

Iné projekty

Commons ponúka multimediálne súbory na tému zvetrávanie.

Portál vied o Zemi