Chuong 10 phong hoa

• Phong hóa là hiện tượng địa chất ngoại sinh, làm phá hủy thành phần vàcấu trúc của các đá và khoáng vật trên bề mặt trái đất dưới tác động của điều kiện khí hậu và hoạt động của sinh v

CHƯƠNG 10 – PHONG HÓA

• Phong hóa là hiện tượng địa chất

ngoại sinh, làm phá hủy thành phần

vàcấu trúc của các đá và khoáng vật

trên bề mặt trái đất dưới tác động

của điều kiện khí hậu và hoạt động

của sinh vật trên bề mặt trái đất

(nhiệt độ, độ ẩm, băng hà, sinh

vật, )

• Phong hóa bản thân nó không làm

dịch chuyển hoặc dịch chuyển rất ít

các đá bị phá hủy Kết quả là tạo ra

lớp sản phẩm phong hóa nằm ngay

tại nơi thành tạo và nằm trực tiếp

trên bề mặt đá gốc chưa bị phong

hóa

• Sản phẩm phong hóa sau khi được

tạo ra có thể được di chuyển đi một

khoảng cách rất xa hàng ngàn km do

tác động của dòng nước chảy, gió,

băng hà, trọng lực và tích tụ ở

những nơi địa hình thấp Quá trình

đó gọi là quá trình bóc mòn, vận

chuyển và lắng đọng trầm tích Vật liệu phong hóa được bóc mòn, vận chuyển và lắng đọng

Vật liệu phong hóa tích tụ nằm trực tiếp trên bề mặt đá chưa bị phong hóa

Theo tác nhân và cơ chế gây phong hóa, người ta chia làm ba loại phong

hóa:

1 Phong hóa vật lý (cơ học): Gây phá hủy các đá cứng chắc ban đầu

thành các mảnh vụn nhưng không làm biến đổi thành phần của đá

và khoáng vật.

2 Phong hóa hóa học: Xảy ra khi nước và không khí tham gia phản

ứng hóa học với đá, kết quả là làm biến đổi thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của đá gốc tạo lên các sản phẩm phong hóa

có đặc điểm hóa lý khác hẳn so với đá ban đầu.

3 Phong hóa sinh học: xảy ra do tác động của sinh vật Tùy theo cơ

chế phá hủy của sinh vật mà nó được chia nhỏ thành phong hóa sinh hóa học và phong hóa sinh cơ học

PHONG HÓA CƠ HỌC

Bản chất của quá trình phong hóa cơ học là làm

nứt nẻ và phá hủy các khối đá nguyên

sinh kích thước lớn ban đầu thành các

bảnh vụn nhỏ hơn nhưng vẫn giữ nguyên

thành phần của đá Quá trình phá hủy đó

được diễn ra do các nguyên nhân sau:

1 Nứt nẻ do giải phóng áp suất: Một số tầng

đá bị chôn vùi ở dưới sâu, chịu áp lực lớp

của các tầng đá nằm trên Do tác động

của lực kiến tạo, khu vực đó được nâng

cao, các lớp đá phủ ở trên bị bóc mòn

làm cho áp lực đè lên tầng đá ở sâu bị

giảm đi, thể tích tầng đá dưới sâu đươc

giãn nở ở trạng thái cứng dòn Kết quả là

đá bị nứt tách

2 Nứt nẻ do nước đóng băng: nước tồn tại

trong các khe nứt, lỗ rỗng khi đóng băng

sẽ tăng thể tích và làm cho đá bị nứt nẻ

mạnh hơn

Nứt nẻ do giải phóng áp suất

Khe nứt bị mở rộng khi nước đóng băng

Cột đá bị bào mòn do gió và cát

3 Phá hủy, bào mòn do ma sát: các mảnh vụn trong quá trình vận chuyển bị cọ xát và bào mòn lẫn

nhau

4 Phá hủy do sinh vật: Rễ cây mọc trong các khe nứt của đá khi lớn lên cũng làm cho đá bị nứt toác ra

5 Phá hủy do tăng-giảm nhiệt độ: Các đá trên bề mặt trái đất trải qua các chu kỳ nóng/lạnh theo ngày và

theo năm Sự thay đổi nhiệt độ làm cho thể tích của đã bị giãn nở hoặc co lại Do nhiệt độ trên bề mặt thay đổi nhanh hơn so với dưới sâu nên quá trình co giãn thể tích của đá cũng xảy ra nhanh hơn – gây lên hiên tượng co giãn bất đồng nhất và làm cho đá bị nứt nẻ

Rễ cây khi tăng trưởng làm cho đá bị nứt tách

PHONG HÓA HÓA HỌC

• Bản chất của phong hóa hóa học là các phản ứng hóa học xảy ra giữa các thành phần của đá với

nước và không khí Quá trình phong hóa hóa học xảy ra theo các phương thức sau:

1 Phương thức hòa tan: các khoáng vật bị hòa tan trong nước tạo thành các ion tự do

CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2

• Kết quả của phản ứng hòa tan thuận nghịch xảy ra trong các đá cacbonat là trạo thành các hang

động karst hoặc các măng/nhũ, cột đá trong các hang động này

Măng/cột & nhũ đá phát triển trong hang karst

2 Phương thức oxi hóa (có sự tham gia của oxi):

FeS2 + nH2O → FeSO4 + Fe2(SO4)3 → Fe2O3 +

nH2O

3 Phương thức hydrat hóa (có sự tham gia của

nước):

CaSO4 (anhydrit) + H2O +CaSO4.2H2O (thạch

cao)

4 Phương thức thủy phân: có sự trao đổi các ion H+,

OH- với các ion của các nguyên tố trong thành phần

khoáng vật thuộc nhóm silicat

2KAlSi3O8 (feldspar) + 2H+ + 2HCO3 +H2O →

Al2Si2O5(OH)4 (kv sét) + 2K+ + 2HCO3- + 4SiO2

(silic)

• Kết quả của quá trình phong hóa là tạo lên lớp vỏ

phong hóa trên bề mặt đá gốc Theo thứ tự từ trên

xuống dưới mức độ phong hóa giảm dần Trên

cùng là tầng đất trồng (thổ nhưỡng) sau đó đến

tầng phong hóa – tầng bán phong hóa và tầng đá

gốc

• Liên quan đến vỏ phong hóa có nhiều mỏ khoáng

sản có giá trị cao do hàm lượng quặng được làm

giàu thứ sinh

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phong hóa và chiều dày vỏ phong hóa:

1 Thành phần thạch học không đồng nhất dẫn đến hệ số giãn nở khác nhau, cấu tạo

và kiến trúc đá, màu sắc (đá sẫm màu dễ phong hóa hơn đá sáng màu), độ hạt (đá hạt thô phong hóa mạnh hơn đá hạt mịn), chế độ phá hủy kiến tạo: đá dập vỡ mạnh

dễ phong hóa hơn đá nguyên khối

2 Điều kiện khí hậu: quá trình phong hóa ở vùng khí hậu nóng ẩm xảy ra mạnh mẽ

hơn, đặc biệt là phong hóa hóa học) so với vùng khí hậu khô lạnh

3 Yếu tố địa hình: địa hình cao và dốc thường bị bóc mòn nhanh hơn địa hình bằng

phẳng và thấp nhưng lại có lớp vỏ phong hóa mỏng hơn

Mức độ ổn định của các khoáng vật trong quá trình phong hóa

• Tương đối ổn định: Muscovit, orthocalas, microclin, plagiocalas axit

• Rất không ổn định: Plagioclas bazơ, biotit, các khoáng vật nhóm carbonat và

sulphur

Các giai đoạn phong hóa

• Kết quả của quá trình phong hoá là tạo ra hai loại sản phẩm: một là các đất đá, dung dịch bị trôi

đi, hai là các tàn tích (eluvi ) giữ lại tại chỗ Nghiên cứu các tàn tích, người ta thấy quá trình phong hoá trải qua các giai đoạn sau:

đá, chưa có phong hoá hoá học Giai đoạn này dài hay ngắn phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và địa hình.

tiếp tục bị phá hủy Đặc biệt trong giai đoạn này có sự tham gia tích cực của phong hoá hoá học Do vậy

bị phá huỷ, phân giải ra các cation Các kim loại kiềm và kiềm thổ hoà vào dung dịch tạo ra môi trường kiềm Giai đoạn này hình thành một số khoáng vật sét của nhóm montmorilonit và một phần của nhóm hyđro mica Các muối CaCO3 ít tan được tập trung tạo ra các tàn tích vôi tích tụ trên bề mặt địa hình.

đoạn này tiếp tục sự phá huỷ của giai đoạn trước, các cation bắt đầu bị phân huỷ Do đó môi trường kiềm chuyển sang môi trường axit Khoáng vật sét trung gian bị phá huỷ hình thành khoáng vật mới của nhóm

sản phẩm từ giai đoạn trước để đi đến dạng bền vững trên bề mặt Trái Đất, hình thành các oxit nhôm (như

là alit.

Vỏ phong hóa

• Lớp vỏ mỏng ngoài của lớp vỏ

Trái đất bao gồm các sản phẩm

phong hoá tại chỗ (tàn tích) và

lớp đất trồng gọi là vỏ phong

hoá

• Vỏ phong hoá trên Trái đất phân

bố không đều, có chỗ mỏng,

chỗ dày, có chỗ không có Các

nhân tố ảnh hưởng tới vỏ phong

hoá là: địa hình, khí hậu, thành

phần đá gốc, thời gian, sự phát

triển của thực vật và con người.

Quá trình phong hoá diễn ra

một cách phức tạp, có thể diễn

biến theo mức độ tăng dần từ

dưới lên trên hoặc từ trên xuống

dưới Cấu tạo vỏ phong hoá cơ

bản gồm 3 phần

Lớp đất trồng Lớp tàn tích

Lớp bán phong hóa

Lớp đá gốc

(Chủ yếu là khoáng vật sét, hydroxyt Al, Fe)

(Chủ yếu là khoáng vật sét,

mảnh vụn)

Vỏ phong hóa laterit

Các loại vỏ phong hóa

Căn cứ vào thành phần vật chất chia ra các loại vỏ phong hoá sau:

– Vỏ phong hoá feralit: có thành phần oxit sắt và oxit nhôm tương đương nhau Khoáng vật sét chủ yếu là caolinit.

– Vỏ phong hoá alit là loại vỏ phong hoá có lượng oxit nhôm nhiều hơn oxit sắt.

– Vỏ phong hoá macgalit: có khoáng vật sét chính là montmorilonit

(thường phân bố ở vùng núi cao, giàu cacbonat, có thảm mùn hữu cơ dày)

– Vỏ phong hoá macgalit-feralit trong thành phần vừa có montmorilonit, vừa có caolinit.

Tai biến địa chất liên quan đến vỏ phong hóa và hiện tượng

phong hóa phổ biến nhất là:

• Làm suy yếu nền móng công trình

• Gây lên hiện tượng lở đất ở những vùng địa hình dốc

• Gián tiếp gây lên hiện tượng lũ bùn, lũ quét ,…