Bài giảng Địa chất đại cương - Chương 5: Hiện tượng Phong hóa

́c độ phong hoá và các nhân tố ảnh hưởng đến phong hoáVI. Tính giai đoạn và tính phân đới trong quá trình phong hoáVII. Các biện pháp phòng chống.Naêng löôïng Maët trôøi ñieàu haønh quaù trình phong hoùa. Laø quaù trình bieán ñoåi caùc vaät lieäu treân maët ñaát hoaëc gaàn maët ñaát do taùc ñoäng cuûa khoâng khí, nöôùc, caùc taùc nhaân sinh vaät...Nguoàn naêng löôïng gaây neân quaù trình phong hoùa xuaát phaùt töø ngoaøi voû Traùi ñaát hoaëc ngay taïi voû Traùi ñaát.I. Khái niệm về phong hóaNaêng löôïng beân trong traùi ñaát vôùi caùc hoaït ñoäng kieán taïo, taïo nuùi, ñöa caùc ñaù vaøo ñôùi phong hoùa. Trong töï nhieân phong hoùa vaät lyù vaø phong hoùa hoùa hoïc thöôøng xaûy ra cuøng vôùi nhau, tuøy tröôøng hôïp maø moät trong hai loaïi seõ chieám öu theá hôn.Kết quả của quá trình phong hóa:- Hình thành các vật chất mới, các đá và các khoáng vật mới.- Làm giảm cường độ chịu lực của đá từ đó phá vỡ chúng.- Cải tạo bề mặt Trái đất, thay đổi các đặc trưng về thành phần vật chất.Phong hoaù cô hoïc: söï thay ñoåi hình daùng, kích côõ cuûa ñaù vaø cuûa khoaùng vaät Phong hoùa hoùa hoïc: goàm quaù trình thay ñoåi caùc khoaùng vaät coù tröôùc thaønh caùc khoaùng vaät môùi. Laø quaù trình laøm ñaù vôõ vuïn ra thaønh caùc maûnh nhoû döôùi taùc duïng cuûa naêng löôïng phaùt sinh töø hoaït ñoäng töï nhieân. II. Phong hóa cơ học a. Söï giaõn nôû, co ruùt do chênh lệch nhiệt độDo thay ñoåi nhieät ñoä nhanh, nhieàu taïo neân söï giaõn nôû vaø co ruùt ñaù  phong hoùa cô hoïc. Quaù trình naøy thöôøng gaëp ôû caùc vuøng ñaù khoâng coù lôùp phuû ñaát hay thöïc vaät. Söï thay ñoåi nhieät ñoä giöõa ngaøy vaø ñeâm hay töø muøa naøy sang muøa khaùc Söï boùc voû hoùa troøn a) Phong hãa vËt lÝ do nhiÖt ®é	Nhiệt độ thay đổi§é liªn kÕt gi÷a c¸c líp ®Êt ®¸ bÞ ph¸ hñy dÇn§¸ bÞ vì thµnh c¸c m¶nh vônPhong hãa vËt lÝ do nhiÖt ®é ë sa m¹cSự không đồng nhất của thành phần khoáng vật, làm cho hệ số dàn nở của chúng khác nhau. Sự không đồng nhất của đá về thành phần vật chất, về kiến trúc, cấu tạo.- Màu sắc: Đá có màu sẫm, tối dễ bị phong hóa hơn đá có màu nhạt.- Độ hạt: Đá có độ hạt thô phong hoá mạnh hơn đá hạt nhỏ.- Gradient biến đổi nhiệt độ trong một ngày đêm. Những yếu tố có ảnh hưởng đến sự phá huỷ bằng chênh lệch nhiệt độb) Phong hãa vËt lÝ do ®ãng b¨ngN­íc trong c¸c khe nøt cña ®¸ bÞ ®ãng b¨ng§¸ bÞ vì thµnh c¸c m¶nh vônNhiệt độ giảm dưới 0CT¹o thµnh ¸p lùc t¸c ®éng lªn thµnh khe nøtNöôùc chaûy vaøo caùc khe nöùt và caùc hoác ña,ù bò ñoùng baêng  theå tích nöôùc seõ taêng khoaûng 9%, taïo neân aùp löïc taùc duïng vaøo ñaù laøm vôõ vuïn thaønh caùc maûnh nhoû treân beà maët cuûa taûng ñaù. b.Taùc duïng cuûa baêng giaùPhong hóa vật lý do đóng băngc) Phong hãa vËt lÝ do kÕt tinh muèi kho¸ngN­íc trong kho¸ng vËt bèc h¬i lªn theo c¸c mao dÉn§¸ bÞ vì thµnh c¸c m¶nh vônHiÖn t­îng bèc h¬i m¹nh ë nh÷ng miÒn khÝ hËu kh« nãngTrªn ®­¬ng bèc h¬i n­íc hãa tan c¸c muèi kho¸ng vµ khi n­íc bèc h¬i muèi kho¸ng sÏ ®äng l¹iT¹o ¸p lùc lªn thµnh mao dÉnc. Sự kết tinh của muốiDung dịch muối đi vào trong các khe nứt, lỗ hỏng của đá. Sau khi nước bay hơi, muối kết tinh lại tạo ra một áp suất và phá hủy đá.d) Phong hãa vËt lÝ do t¸c ®éng cña con ng­êi vµ sinh vËtCon người trong quá trình sinh sống tác động lên khoáng vật như làm đường, khai thác khoáng sảnCác sinh vật trong quá trình tồn tại cũng tác động lên khoáng vật như rễ cây phát triển trên khoáng vật, trong quá trình phát triển làm vỡ khoáng vật, đào hang làm tổ của động vậtLà sự phân hủy các đá bằng các tác dụng hoá học của các nhân tố như oxy, nước, khí CO2, các axit hữu cơ phân bố trong khí quyển, thuỷ quyển và sinh quyển. III. Phong hoá hoá họcMoät soá vaät lieäu raén trong caùc dung dòch töï nhieân bị hòa tan CaSO4.2H2O Ca2+ + SO42+ + 2 H2Oa.Hoøa tanTrong điều kiện bình thường:- Muối của nhóm halogen và muối sunfua dễ hoà tan.- Khoáng vật carbonat trong nước thuần khiết thì khó hoà tan nhưng nếu có CO2 trong nước thì dễ hoà tan vì H2O + CO2  HCO3 + H+  axit nhẹ ăn mòn carbonat.Khoáng vật silicat khó hoà tan, + t0 cao + 1 áp lực nhất định thì lâu dài chúng sẽ bị hòa tan dần.Hang §Çu GçPhong hãa hãa häc do qóa tr×nh hßa tan cña n­ícĐộng Thiên Cung(Hạ Long)- 1 dạng địa hình cacxtơ ngầm, kết quả của quá trình hòa tan trong phong hóa hóa họcÑaây laø phaûn öùng phong hoùa gaén theâm H2O vaøo trong caáu truùc cuûa chaát raén ñeå taïo neân saûn phaåm ngaäm nöôùc. Td phaûn öùng cuûa fenspat kali vôùi nöôùc taïo ra khoaùng vaät seùt vaø silic. 2 KAlSi3O 8+H2O +2 H + 	 2K+ +Al2 Si2O5 (OH)4 + 4SiO2	(khoaùng vaät seùt ) b.Hydrat hoùa:Nước vào ô mạng tinh thể khoáng vật để hình thành khoáng vật mới:CaSO4 + H2O  CaSO4.2H2O(anhydrit) (thạch cao)(quá trình xảy ra đi kèm với sự tăng nở thể tích)Fe2O3 + nH2O  Fe2O3nH2O (hêmatit) (limonit)Nước chỉ tách ra khỏi ô mang tinh thể khi nhiệt độ tăng cao 4000 C.Oxy tham gia moät soá phaûn öùng phong hoùa. Td: trong quaù trình oxi hoùa khoaùng vaät chöùa saét.6H2O + 2 Fe2SiO4 +O2	 4Fe(OH)3 + 2SiO2 	( Hydroxyt saét )c.Oxy hoùaSự thuỷ phân xảy ra khi các ion H+ và OH- phân giải từ nước tự nhiên, tác dụng với các ion của khoáng vật, trao đổi điện tử với nhau để tạo ra chất mới. H+ thường thay thế các ion kim loại kiềm như ­ K+, Na+, Ca2+, Mg2+ Nếu có CO2: Nước + CO2  HCO3-  H+ tăng lên thúc đẩy hiện tượng thuỷ phân.d.Tác dụng thủy phân:4K [AlSi3O8] + 6H2O  4KOH + Al4 [Si4O10] + [OH]8 + 8SiO2 nếu có CO2 tham gia: 4K [AlSi3O8] + 2CO2  4H2O + 2K2CO3 + Al4[Si4O10] (Orthoclase) (dung dịch) (kaolin) 	+ [OH]8 + 8SiO2 (opal)Td: Orthoclase bị phong hóaAl4[Si4O10] + [OH]8 + 2H2O  Al2O3nH2O + SiO2nH2O(kaolin) 	(bauxit) 	(opal)Trong điều kiện ẩm nóng, kaolin tiếp tục bị phân giải3. Phong hóa sinh học	Sinh vật tác động đến khoáng vật ở cả 2 quá trình:Phong hóa vật lýPhong hóa hóa họcCây phát triển trên đá IV. Phong hoá sinh học Phong hoá sinh học - vật lý: 	Sinh vật phá hoại đá theo phương thức cơ học. Rễ cây phát triển có thể gây 1 áp lực 10 -15kg/cm3. Sinh vật lúc đào hang, khoét lỗ để cư trú đồng thời cũng phá hoại đất đá.Phong hoá sinh học - hoá học Vi khuẩn và thực vật thường tiết ra acid hữu cơ để phá hủy đá, hút lấy nhưng nguyên tố cần thiết. Một số rễ thực vật tích điện âm  H+ và các ion dương môi trường acid phá huỷ các đá.Rễ cây cũng thường thải CO2, thổ nhưỡng chứa nhiều CO2 hơn trong không khí từ 10 đến 100 lần làm cho các silicat dễ bị phân giải hơn.- Hoạt động quang hợp làm tăng O2 và CO2 vào mặt đất.V. Tốc độ phong hoá và các nhân tố ảnh hưởng đến phong hoáTốc độ phong hóa được xem như là mức độ phá hoại của phong hóa tính bình quân theo thời gian kể từ lúc đá lộ ra . Td: núi lửa Karatau phun tro vào năm 1883, sau 60 năm đã thành một lớp thổ nhưỡng dày trên 10cm. Tốc độ phong hoá ở vùng Goa của Ấn Độ là 1mm trên năm.VI. Tính giai đoạn và tính phân đới trong quá trình phong hoáKết quả của phong hóa là tạo ra 2 loại sản phẩm: - Các đất, đá, dung dịch bị mang trôi đi và - Phần giữ lại tại chỗ hình thành các tàn tích (eluvi).Nghiên cứu các tàn tích, người ta nhận thấy các sản phẩm phong hóa trải qua các giai đoạn phong hoá trải khác nhau.Neáu bieát thaønh phaàn cuûa ñaù bò phong hoùa  coù theå xaùc ñònh ñöôïc caùc saûn phaåm cuûa quaù trình phong hoùa hoùa hoïc treân ñaù naøy. Ngöôïc laïi, khi xem xeùt saûn phaåm phong hoùa  moät soá keát luaän veà loaïi ñaù ñaõ bò phong hoùa (ñaù meï).Giai đoan thứ nhất:Giai đoạn võ vụn: chủ yếu do phong hóa cơ học phá vỡ các đá mẹ tạo thành vụn đá. Nơi khí hậu ẩm và nóng, giai đoạn này rất ngắn. Giai đoạn thứ hai:Giai đoạn sialit: Thường xảy ra ở vùng khí hậu khô. Phong hóa hóa học là chính. Các silicat và alumosilicat bị phá huỷ phân giải  các cation .Các kim loại kiềm và kiềm thổ + dung dịch  môi trường kiềm. Hình thành 1 số khoáng vật sét trung gian của nhóm montmorilonit và 1 phần của nhóm hydromica. Các muối CaCO3 ít tan được tập trung  các tàn tích vôi.Giai đoạn thứ ba:Giai đoạn sialit axit: Xảy ra nhanh trong môi trường nóng ẩm, có tác động mạnh của khí quyển và rửa trôi nhanh. Tiếp tục sự phân huỷ tách các cation và phá huỷ từng phần SiO2 chuyển từ môi trường kiềm sang môi trường axit. Khoáng vật sét trung gian bị phá huỷ  kaolin. CaCO3 không còn lắng đọng nữa vì Ca bị hoà tan.Giai đoạn thứ tư:Giai đoạn alit: Xảy ra trong môi trường nóng ẩm của khí hậu nhiệt đới, á nhiệt đới. Tiếp tục phân huỷ các khoáng vật có trước để đi đến dạng bền vững trên bề mặt Trái đất: các hydroxit của Al, Fe, Si dưới dạng keo (bauxit, limonit, opal). Vùng khô 	 Vùng ẩm nóngĐới Montmorilonit 	 Đới laterit Hydrormica Kaolinit, gibxit Vỡ vụn 	 KaolinitĐá gốc granit 	Hydromica Vỡ vụn Đá gốc granitCác giai đoạn phong hóa rất phụ thuộc vào các đới khí hậu của Trái đất.Vỏ phong hoá Lớp vỏ mỏng ngoài của vò lục địa của Trái đất bao gồm các sản phẩm phong hóa tại chỗ (các tàn tích) và lớp đất trồng (lớp thổ nhưỡng). Vỏ có chỗ dày chỗ mỏng hoặc có chỗ không tồn tại. Dày nhất ở vùng nhiệt đới, á nhiệt đới. Có chỗ dày hơn 100m. Nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vỏ là khí hậu, địa hình, phương thức, cường độ, thời gian tác dụng phong hóa; thành phần đá gốc.Mặt cắt vỏ phong hóaVII. Các biện pháp phòng chống.Phụ thuộc vào các nguyên nhân gây ra trượt, biện pháp chia ra làm 2 nhóm: Biện pháp thụ động: phòng ngừa, cấm cắt, đào sườn dốc, xây dựng trên suờn dốc, nổ mìn gần đới trượt.Biện pháp chủ động:	- Các biện pháp chống các quá trình gây nên trượt( xây tường chắn, tường hướng dòng, tạo bệ phản áp)	- Các biện pháp tăng sức chống trượt của đất đá( gia cố cơ, hóa sườn dốc)	- Các biện pháp nhằm cắt bỏ 1 phần hay cả khối trượt( bạt mái dốc, giảm khối lượng trượt).