وقتي كه آب در داخل...

 وقتي كه آب در داخل ترك‌هاي سنگ شروع به انجماد مي‌كند، ابتدا لايه‌ي در سطح آن يخ مي‌زند و در نتيجه آب باقيمانده در زير اين لايه يخي محبوس مي‌شود. با يخ بستن بيشتر آب و انبساط يخ، فشار بيشتري بر روي آب داخلي وارد مي‌شود و اين افزايش فشار سبب پايين آمدن نقطه انجماد آب مي‌شود و اين عمل سبب فشارهاي بسيار زيادي بر روي ديواره‌هاي سنگ مي‌شود. نمودار زير رابطه بين دماي نقطه انجماد آب و فشار همه جانبه را در يك محفظه بسته نشان مي‌دهد.

هوازدگي در سنگ ها

آب، هوا و نيروي گرانشي سبب به وجود آمدن اين منظره شده است.

هوازدگي فيزيكي

هوازدگي فيزيكي سبب خرد شدن سنگ‌ها مي‌شود.

بلورهاي تشكيل شده در شكاف سنگ

رشد بلورها داخل شكاف‌ها سبب خرد شدن سنگ‌ها مي‌شود.

هوازدگي پوسته پيازي

هوازدگي پوسته پيازي

اثر تغيير دما بر روي سنگ‌ها

اثر تغيير دما بر روي سنگ‌ها

اثر يخ زدگي آب در تغييرات فيزيكي سنگ‌ها

اغلب سنگ‌ها داراي ترك‌ها و حفراتي هستند كه آب باران مي‌تواند به آنها راه پيدا كند. وقتي دماي هوا به نقطه انجماد آب برسد، آب در داخل ترك‌هاي سنگ يخ مي‌زند. آب بر اثر انجماد تقريبا" 9 درصد به حجمش اضافه مي‌شود و اين ازدياد حجم فشاري ايجاد مي‌كند كه مي‌تواند بيش از مقاومت سنگ باشد و آن را بشكند (درست مانند تركيدن لوله‌هاي آب در زمستان). يخ مانند يك گووه، ترك سنگ را از هم باز مي‌كند و بر اثر ذوب و انجماد مكرر، ترك آن قدر بزرگ مي‌شود كه قطعه‌ي از سنگ شكسته شده و از آن جدا مي‌شود.
اين نوع هوازدگي فيزيكي بيشتر در آب و هواي معتدل و در فصل‌هايي از سال مؤثر است كه دماي هوا در طول روز بالاتر و در شب پايين تر از نقطه انجماد آب باشد. تكرار عمل ذوب و انجماد سرانجام موجب تخريب مكانيكي سنگ مي‌شود. در مناطق گرمسير آب به ندرت يخ مي‌زند كه بتواند موجب اين نوع هوازدگي شود. در مناطق قطبي نيز ذوب يخ‌ها به ندرت رخ مي‌دهد، با اين وجود يخ زدگي فرآيند مهمي در هوازدگي سنگ‌ها در اين مناطق است.
اين نوع هوازدگي مي‌تواند قطعات بزرگي را از سنگ‌هاي اصلي به ويژه در پرتگاه‌ها جدا كند. با جداشدن قطعات سنگ سطوح جديدي از اين قطعات در معرض هوازدگي قرار مي‌گيرد. با نفوذ آب در ترك‌هاي سطوح جديد و تكرار چرخه‌هاي انجماد و ذوب سنگ به تكه‌هاي كوچكتر و كوچكتري تقسيم مي‌شود.

رشد بلورها و تغييرات فيزيكي سنگ‌ها

رشد برخي از بلورها از جمله رشد بلورهاي نمك مي‌تواند مانند يخ زدن آب سبب ايجاد فشار بر سنگ‌ها شود و آنها را قطعه قطعه كند. آب حاوي نمك‌هاي محلول ممكن است با ورود به داخل منافذ كوچك سنگ، بر اثر تبخير، به حالت فوق اشباع برسد و در نتيجه نمك‌هاي محلول در خود را به صورت بلور در درزها و حتي فضاي بين دانه‌هاي سنگ به جاي بگذارد. رشد اين بلورهاي كوچك نيروهايي اعمال مي‌كند كه ممكن است براي شكستن سنگ كافي باشد. اين عمل شبيه به يخ زدگي آب در شكاف سنگ‌ها است و بيشتر در آب و هواي خشك، كه آب به آساني تبخير مي‌شود، رواج دارد. در اين نواحي آب به داخل زمين نفوذ مي‌كند و ممكن است مواد قابل حل سنگ‌ها و خاك‌ها را در خود حل كند. وقتي اين آب‌ها بنا به خاصيت «مويينگي» از مجراهاي بسيار باريك دوباره به سطح زمين برمي گردند تبخير مي‌شوند و مواد محلول در آنها به صورت بلور رسوب مي‌كند. اين بلورها بر اثر رشد خود ممكن است موجب خردشدن سنگ‌ها شوند.

كاهش فشار و تغييرات فيزيكي سنگ‌ها

فشار اتمسفر در سطح زمين خيلي كمتر از فشارهايي است كه سنگ‌ها حتي در اعماق كم زمين يا زير دريا تحمل مي‌كنند. هر 10 متر آب دريا يا 3 تا 4 متر سنگ معادل يك اتمسفر فشار همه جانبه است. بنابراين سنگ‌ها، چه بر اثر تراكم رسوبات در زير دريا و چه بر اثر انجماد مواد مذاب در زير زمين تشكيل شده باشند، در زمان تشكيل تحت فشارهاي خيلي زيادي قرار دارند. وقتي اين سنگ‌ها بر اثر بالا آمدگي زمين و فرسايش صدها و هزاران متر مكعب سنگ‌هاي فوقاني خود رد سطح زمين ظاهر شوند، از اين فشارهاي زياد آزاد مي‌شوند. چون بر اثر رهايي از فشار، سنگ مايل به انبساط است. ترك‌هايي تقريبا" موازي سطح زمين در آن ايجاد مي‌شود. رهايي از فشار سبب جدا شدن ورقه‌هايي از سنگ (شبيه به لايه‌هاي پياز) مي‌شوند كه اصطلاح «هوازدگي پوسته پيازي» را براي آنها به كار مي‌برند. پوسته پوسته شدگي معمولا" در سنگ‌هاي متراكم به ويژه گرانيت‌ها و ماسه سنگ‌ها ديده مي‌شود. پس از حفر تونل‌ها، سنگ‌هاي بدنه تونل با كم شدن فشار از يك جهت رو برو مي‌شوند. به همين علت از همين جهت ترك‌هايي برمي دارند و به صورت پوسته پوسته شدن قطعاتي از آنها جدا مي‌شود و به كف تونل ريزش مي‌كنند. براي جلوگيري از اين عمل بدنه و سقف تونل‌ها را به صورت قوسي مي‌سازند تا فشار بيشتري را تحمل كند و همچنين كف، ديواره‌ها وسقف را با سيمان و ميل گرد مي‌پوشانند.

هوازدگي فيزيكي سنگ‌ها بر اثر تغييرات دما

تغييرات سريع دما نيز ممكن است به تخريب سطح سنگ‌ها كمك كند. وقتي سطح خارجي سنگ گرم مي‌شود، قشر نازكي به ضخامت چند سانتي متر از خارج سنگ منبسط مي‌شود، در حالي كه قسمت‌هاي داخلي سنگ گرماي چنداني دريافت نمي كند. لذا بين قسمت‌هاي خارجي سنگ كه به علت تغيير دما منبسط و منقبض مي‌شود و قسمت‌هاي دروني كه بدون تغيير مي‌ماند، تنش‌هايي به وجود مي‌آيد كه ممكن است موجب شكستن و جداشدن قشر نازكي از سطح خارجي سنگ شود.
اين نوع تخريب در سنگ‌هايي كه از چند نوع كاني به وجود آمده اند شدت بيشتري دارد. علت هم اين است كه ميزان انبساط كاني‌ها در برابر گرما متفاوت است به طور مثال كوارتز سه برابر بيشتر از فلدسپات منبسط مي‌گردد. تنش‌هاي انبساطي متفاوت بين كاني‌ها ممكن است به شكستن بلورها در سطح خارجي سنگ شود.
در گذشته تصور مي‌شد كه تغييرات دما به تنهايي عامل مهمي در هوازدگي و خرد شدن سنگ‌هاست. در حالي كه امروزه با مشاهدات و آزمايش‌هاي مختلف ثابت شده در محيطي كه آب وجود ندارد تغييرات دما به تنهايي عامل مؤثري در خردشدن سنگ‌ها نيست. با اين حال تغييرات دما در مناطق بياباني تا حدودي مي‌تواند سبب خردشدن سنگ‌ها شود. در كره ماه هم به علت نبودن هوا و آب تنها تغييرات دما مي‌تواند سنگ‌ها را خرد كند. (طرف تاريك ماه تا 120- درجه سانتي گراد و قسمت روشن تا 80+ درجه سانتي گراد تغيير مي‌كند)

اثر تغيير دما بر روي سنگ‌ها

خشك و مرطوب شدن متوالي سنگ‌ها و تغييرات فيزيكي سنگ‌ها

كاني‌هاي رسي با جذب آب منبسط مي‌شوند. شيل‌ها و سنگ‌هاي رسي كه حاوي كاني‌هاي رسي هستند، ممكن است بر اثر خشك و مرطوب شدن متوالي در محل خود سست شوند. رس‌ها قادرند رطوبت زيادي جذب كنند و بسياري از رس‌ها بر اثر جذب آب متورم مي‌شوند. انبساط اين مواد بر اثر ورود آب و انقباض آنها در مواقع خشك موجب متلاشي شدن و در هم ريختن اين سنگ‌ها مي‌شوند.

اثر گياهان و جانوران بر تغييرات فيزيكي سنگ‌ها

گياهان و جانوران نيز در تخريب فيزيكي سنگ‌ها مؤثرند. گاهي اثرات فيزيكي و شيميايي جانداران را در دسته جداگانه‌ي تحت عنوان «هوازدگي زيستي» قرار مي‌دهند. ريشه گياهان با نفوذ خود در داخل شكاف سنگ‌ها و بر اثر رشد ممكن است فشاري ايجاد كند كه به خرد شدن سنگ‌ها مي‌انجامد. ريشه درختان مي‌تواند تا عمق قابل توجهي در زمين نفوذ كند و در نتيجه عوامل هوازدگي مي‌توانند تا اعماق بيشتري اثر كنند، جانوران نيز در هوازدگي مؤثرند. كرم‌هاي خاكي، موريانه، مورچه و ديگر جانوران حفار به طور دائم در قشر سطحي خاك مشغول بر هم زدن ذرات خاك هستند. چون به نظر نمي رسد كه اين جانوران بتوانند قطعات سنگي را بشكنند، نقش آنها را بايد بيشتر درست كردن ذرات، حركت دادن و بالا آوردن آنها و قرار دادن ذرات كاني‌ها در معرض حمله بيشتر عوامل شيميايي دانست.

هوازدگي شيميايي

هوازدگي شيميايي سبب تغيير اين ماسه سنگ ها شده است.
هوازدگي شيميايي، فرآيندي است كه در طي آن كاني‌‌ها و سنگ‌‌ها تركيب شيميايي خود را از دست مي‌‌دهند و به كاني‌‌هاي ديگري تبديل مي‌‌شوند. هوازدگي شيميايي زماني عمل مي‌‌كند كه كاني‌‌هاي سازنده سنگ با آب ،اكسيژن، كربن‌‌دي‌‌اكسيد و اسيدهايي كه جانداران توليد مي‌‌كنند واكنش شيميايي انجام دهند.
براي سنگ‌‌هايي كه تحت تأثير هوازدگي شيميايي قرار مي‌‌گيرند، اصطلاح سنگ تجزيه شده را به كار مي‌‌برند.

هماتيت

هماتيت سبب رنگ قرمز اين سنگ شده است.

ليمونيت

ليمونيت سبب رنگ زرد اين سنگ شده است.

هوازدگي فيزيكي چگونه به هوازدگي شيميايي كمك مي‌كند؟

هوازدگي فيزيكي سبب مي‌شود كه توده‌هاي بزرگ سنگ به قطعات كوچك تري شكسته شود. هر چه سنگ به قطعات كوچك تري تقسيم شود، نسبت سطح به حجم آن بيشتر مي‌شود و چون سطح بزرگتري از سنگ در معرض عوامل هوازدگي شيميايي قرار مي‌گيرد، عوامل مؤثر در هوازدگي شيميايي سريع تر بر سنگ اثر مي‌گذارند. بنابراين، هر چه سنگ به قطعات بيشتري تقسيم شود سطح جانبي آن بيشتر مي‌شود و در نتيجه سطح وسيع تري در معرض هوازدگي قرار مي‌گيرد.

اكسيژن و هوازدگي شيميايي

از دست دادن الكترون‌ها توسط يك عنصر بر اثر واكنش‌هاي شيميايي با اكسيژن را اكسايش (اكسيداسيون) مي‌گويند. چون در سطح زمين اكسيژن آزاد (تركيب نشده) فراوان است و در منافذ خاك و سنگ‌ها به خوبي نفوذ مي‌كند، مي‌تواند به راحتي الكترون اغلب فلزات به ويژه آهن را بگيرد و با آنها تركيب شود. (هماتيت سبب رنگ قرمز اين سنگ شده است)

بسياري از كاني‌ها مانند اليوين، پيروكسن، آمفيبول، بيوتيت، پيريت و ... به مقدار فراواني آهن دارند. اين كاني‌ها به سادگي (خصوصا" در نواحي مرطوب) با اكسيژن تركيب مي‌شوند و اكسيدهاي مختلف آهن را به وجود مي‌آورند. براي مثال كاني پيريت (FeS₂) در محيط خشك با اكسيژن تركيب مي‌شود و اكسيد آهن قرمز (هماتيت FeO₃) را به وجود مي‌آورد. اما اگر اين واكنش در محيط‌هاي مرطوب انجام گيرد، اكسيد آهن زرد (ليمونيت2H₂O و FeO₃) حاصل مي‌شود. رنگ قرمز يا زرد اغلب خاك‌ها به علت وجود همين دو ماده است. (ليمونيت سبب رنگ زرد اين سنگ شده است)

آب و هوازدگي شيميايي

تركيب يك ماده را با آب هيدروليز مي‌گويند. در هيدروليز يون‌هاي هيدروژن () و هيدروكسيل (-OH) آب با عناصر موجود در كاني‌ها واكنش مي‌دهند. مولكول‌هاي آب هميشه تا حد معيني تفكيك مي‌شوند و يون‌هاي +H و -OH توليد مي‌كنند. اين يون‌ها آماده اند تا در بسياري از واكنش‌هاي مهم هوازدگي شيميايي وارد شوند، به خصوص واكنش‌هايي كه سبب متلاشي شدن اكثر كاني‌هاي سيليكاتي (به غير از كوارتز) مي‌شوند. در هيدروليز سيليكات‌ها، كاني‌هاي رسي تشكيل مي‌شود و عناصر فلزي و سيليس به صورت محلول در آمده و از محل دور مي‌شوند. مثلا" واكنش بين نوعي فلدسپات به نام ارتوز و آب را مي‌توان به صورت زير نشان داد.

كربن دي اكسيد و هوازدگي شيميايي

كربن دي اكسيد به تنهايي اثري بر سنگ‌ها و كاني‌ها ندارد. ولي اين گاز به سادگي در آب باران حل مي‌شود و توليد اسيد كربنيك مي‌كند. اين اسيد ضعيف بر فلدسپات‌ها، آمفيبول، پيروكسن، بوتيت... اثر دارد. همچنين با كلسيم، منيزيم، سديم و پتاسيم حاصل از تجزيه كاني‌ها تركيب مي‌شود و كربنات‌هاي مربوطه را ايجاد مي‌كند. اسيد كربنيك مي‌تواند كلسيت را به طور كامل حل كند. مراحل عمل اين چنين است:

فعاليت جانداران و هوازدگي شيميايي

گياهان و جانوران نيز به اشكال مختلف مي‌توانند سبب هوازدگي شيميايي سنگ‌ها شوند. تنفس جانوران موجود در خاك و ريشه گياهان موجب افزايش كربن دي اكسيد مي‌شوند، كه اين ماده به راحتي در آب حل شده و سبب هوازدگي شيميايي كاني‌ها مي‌شود. گياهان مواد معدني لازم براي رشد خود را از كاني‌هاي موجود در خاك به دست مي‌آورند و به همين جهت موجب تغييرات شيميايي در محيط اطراف ريشه خود مي‌شوند. بعضي گياهان مثل گلسنگ‌ها مي‌توانند به طور مستقيم از سطح سنگ‌هايي كه به آن چسبيده اند آهن جذب كنند و به اين ترتيب باعث تغيير شيميايي آن شوند. باكتري‌ها نيز در هوازدگي شيميايي مؤثرند. باكتري‌ها با اكسايش و فاسد كردن باقي مانده‌هاي گياهي و ايجاد محيط اسيدي به هوازدگي مواد موجود در خاك كمك مي‌كنند. بعضي از انواع باكتري‌ها انرژي لازم براي ادامه حيات خود را از اكسايش عناصري مانند گوگرد، آهن و منگنز به دست مي‌آورند و به اين ترتيب باعث تغيير شيميايي محيط اطراف خود مي‌شوند.