quá trình phong hóa

Phong hóa là quá trình phá hủy cơ học và phân giải hóa học các đá xảy ra trên bể mặt Trái Đât dưới tác dụng của nước, nhiệt độ, khí oxy, khí carbonic và sinh vật. Quá trình phong hóa không thế xảy ra, hoặc xảy ra không hoàn hào và triệt đê nếu như không có nước. N ếu không có nước thì diện mạo bề mặt Trái Đâ''''''''t củng giống như bể mặt Mặt Trăng và Sao Hỏa hiện nay. Nước có tác dụng rừa lũa và hòa tan các khoáng vật, đổng thời là môi trường đê cho các phàn ứng hỏa học xảy ra làm biến đối khoáng vật từ dạng này sang dạng khác.

PHONG HÓA

Đ ặ n g M ai K h o a Đ ịa c h ấ t,

T rư ờ n g Đ ại h ọ c K h o a h ọ c T ự n h iê n (Đ H Ọ G H N ).

N g ô Ọ u a n g T o àn

T ồ n g H ộ i Đ ịa c h ấ t V iệ t N a m

G iới th iệu

P hong hóa là quá trình phá hủy cơ học và phân

giải hóa học các đá xảy ra trên b ể mặt Trái Đât dưới

tác d ụ n g của nước, nhiệt độ, khí oxy, khí carbonic và

sinh vật Q uá trình p h o n g hóa không th ế xảy ra,

hoặc xảy ra không hoàn hào và triệt đ ê nếu như

không có nước N ếu k hông có nư ớ c thì d iện m ạo bề

mặt Trái Đâ't củng g iố n g n h ư b ể m ặt Mặt Trăng và

Sao H ỏa hiện nay N ư ớ c có tác d ụ n g rừa lũa và hòa

tan các khoáng vật, đ ổ n g thời là m ôi trường đ ê cho

các phàn ứ n g hỏa học xảy ra làm biến đối khoáng

vật từ d ạn g này san g d ạ n g khác N h iệt đ ộ tăng làm

tăng tốc đ ộ phản ứng Vì lè đó, trong điều kiện khí

hậu nhiệt đ ớ i ấm, đá bị phân hủy rât m ạnh và sâu

sắc, các n g u y ên tố silic, kiểm , kiềm thổ bị rửa trôi chi

còn lại sắt, nhôm và silic trong thạch anh Khi oxy

trong khí q u yển tiếp xúc với các khoáng vật có thê

gây ra phản ứng oxy hóa, làm biến đối các khoáng

vật sulfur và silicat chứa sắt Khí carbonic (CO2) là

yếu tố làm tăng tính acid cho m ôi trường nước, thúc

đẩy quá trình hòa tan k h oán g vật N goài ra, CO2 còn

là tác nhân gây ra phản ứ n g carbonat hóa Vai trò

của sinh vật th ể hiện ở tác d ụ n g g iữ nước của lớp

phủ thực vật, ở áp lực của rễ cây và khá năng tiết ra

acid ở m ột s ố loại thực vật M ột s ố vi sinh vật sốn g

trong đâ't, đá cũng có th ế tham gia vào các quá trình

o x y hóa và quá trình khừ N g u ồ n năng lư ợ n g đ ế

thực hiện quá trình p h o n g hóa chủ yếu là năng

lư ợ n g Mặt Trời mà Trái Đ át nhận được N g u ổ n năng

lư ợ ng này n h ư là v ô tận, liên tục và dễ d àn g ch u yến

hóa từ d ạn g nhiệt năng san g cơ năng, hóa năng,

năng lư ợ ng sinh học và các d ạn g khác, vì vậy quá

trình p h on g hóa cùng liên tục xảy ra ờ khắp nơi và

rất đa dạng v ề cơ c h ế hình thành Tùy thuộc vào các

yếu tố tác d ụ n g lên đá và sản phấm tạo thành, p h on g

hóa đư ợ c chia thành p h on g hóa vật lý và p h o n g hóa

hóa học T uy nhiên, trong thực tế, hai quá trinh này

thường liên quan chặt chê và đi liền với nhau.

Sán phấm cua các quá trình phong hóa là vò

p hong hóa - m ột thê địa chât nằm ờ phần trên cùng

của vỏ Trái Đât, gổm các sản phẩm được hình thành

tại chỗ Các sản phấm đ ó phân bô m ột cách có quy

luật từ trên xu ốn g dưới tạo thành từng lớp khác

nhau v ề câu tạo, thành phần vật chât và đư ợ c gọi là

các đới p h o n g hóa.

V o p h o n g hóa đư ợ c phân loại theo nhiều tiêu

chuân khác nhau, như ng p h ô biến nhất là theo thành

phẩn hóa học tiêu biêu của đới sản phấm p h on g hóa

triệt đ ế nhất Trong mặt cắt vỏ phong hóa, đới này thường nằm trên cùng, bên dưới lớp đất Theo tiêu chuẩn đó, vò phong hóa gốm ba kiêu chính: ĩ) Siallit (SiAl), nếu Si và AI chiếm hàm lượng ưu thế; 2) Ferosiallit (FeSiAl), nếu Si, Al và Fe chiếm hàm lượng ưu thế; và 3) Feralit (FeAl) là sản phấm phong hóa trong đ ó Fe và AI có hàm lượng cao.

P h o n g h óa vật lý

Phong hóa vật lý là quá trình phá huy đá dưới tác

dụ n g của nhiệt độ và áp suất làm cho đá bị nứt nẻ và

vở vụn, nhưng không thay đổi v ề thành phẩn khoáng vật và hóa học so với thành phẩn ban đẩu của đá mẹ Quá trình phá hùy đá do yếu tố nhiệt độ gọi là phong hóa nhiệt hay là ứng sua't (stress) nhiệt Quá trình phá hủy đá do yếu tố áp suât gọi là phong hóa cơ học.

Hình 1 Phong hóa bóc vỏ http://mirolabis.ru/091-01.htm l.

Phong hóa nhiệt thê hiện rõ rệt nhât trong nhừng

vù n g hoang mạc khô nóng với sự chênh lệch lớn vể nhiệt độ giữa ngày và đêm Tại những vùng này, lượng mưa rất thấp, nhiệt độ ban ngàv có thê lên tới

70 - 80°c nhưng ban đêm có thể xuống tới -40°c Do quá trình truyền nhiệt được thực hiện tử ngoài vào bên trong khối đá, nên vào ban ngày các lớp ngoài cua khối đá được nung n óng và giãn n a ra, còn phăn bên trong vẫn còn nguội lạnh Vào ban đêm , nhiệt độ giảm xuống, lớp ngoài của đá bị co lại Trải qua một thời gian dài, lớp ngoài của khối đá bị bong ra tạo nên hiện tượng phong hóa bóc vò [H l] Sụ dao động nhiệt củng làm cho các khoáng vật tạo đá bị co giàn liên tục Do hệ sô giãn nơ nhiệt cua các khoáng vặt khác nhau, nên dẩn dẩn liên kết cơ học giữa chủng bị phá vờ, khe nứt xuât hiện, càng ngày càng rộng và

ăn sâu vào bên trong khối đá Kết qua là khối đá bị

U p * '

nứt vờ ra, ban đâu là những tang lớn, tiếp đến là

những dăm cục nhò hơn và cuối cùng là cát, bột

Theo Clarke, hệ sô giãn nơ cua các khoáng vật tạo đá

rât khác nhau, ví dụ hệ s ố giãn n à của thạch anh là

3 1 0 1 0 orthoclas - 170.10'6, hornblend - 284.ÌO*6 và

calcit - 200.10 '’ Do vậy, các đá có thành phẩn đa

khoáng d ễ bị phá huy hơn các đá thành phần đơn

khoáng N gay trong cùng một khoáng vật, hệ s ố giãn

nơ cùng không đổng nhất theo các phương khác

nhau Ví dụ, trong các khoáng vật thạch anh và

calcit, hệ sô giàn nà theo phương vuông góc vái trục

bậc ba thường cao hơn khoang 2 lần theo phương

song son g với trục đó Do đỏ, các đá đơn khoáng

nhu quartzit, đá hoa, v.v dề bị nứt vỡ, dập nát do

tác dụng p h on g hóa do nhiệt Màu sắc khoáng vật

cũng là m ột yếu tố quan trọng đối với phong hỏa

nhiệt Khoáng vật sâm màu như olivin, pyroxen,

am phibol, biotit có khá năng hâp phụ nhiệt lớn và dê

bị phá huy hơn những khoáng vặt sáng màu hấp

phụ nhiệt kém nhu thạch anh, m uscovit.

Tác đ ộ n g của nước đ ỏ n g băng, cua rê cây tăng

trướng, m u ối kết tinh trong các khe nứt của đá và

sự giám tải trên bể mặt khối đá đểu gây p hong hóa

CC7 học Khi đ ó n g băng, thể tích của nước tăng lên

khoang 10 - 11%, tạo thành m ột cái nêm [H.2] chèn

sâu vào khe nứt, gây ra m ột áp lực lớn làm cho

khối đá bị vở toác thành nhữ ng m ảnh riêng biệt Đ ó

là p hong hóa băng sinh, thường xảy ra ở vù n g khí

hậu lạnh và trên các núi cao, nơi mà nhiệt độ không

khí thương dao đ ọn g xung quanh diêm băng của

nước Trong quá trình tăng trường, bộ rễ của cây

cối cùng ngày càng lớn, xuyên sâu vào các khe nứt

của đá, tư ơ ng tự đ ó n g m ột cái nêm làm cho đá bị

nứt ra [H.3] Sự kết tinh m uối trong các khe nứt

nhỏ cùng làm cho đá bị dập vờ H iện tượng này

thường xảy ra trong khí hậu khô, nơi mà vào ban

ngày bị Mặt Trời nu n g n ón g làm cho nước bốc hai

và m uối trong khe nứt kết tinh lại Sự tăng trưởng

của các tinh thê m uối qua thời gian sẽ gây ra một

áp lực làm cho các khe nứt được m ở rộng dẩn và

đến m ột lúc nào đó, đá n g u y ên khối sê bị phá vỡ.

H ình 2 Đá bị nứt nẻ do nước đống băng

(Nguồn: http://www.geo-lsoc.org.uk/gsl/pid/3561).

H ình 3 Phá hùy đá do rễ cây Nguồn: http://w w w ehow

com /info_ 8082336_types-physical weathering.htm l

C o c h ế giảm tải xảy ra như sau Các khối m agm a xâm nhập khi mới thành tạo luôn bị phu bài m ột láp đât đá khác nằm trên Khi lớp phủ này bị bóc đi d o

m ột n g u y ên nhân nào đó, áp suất thủy tinh trên khối xâm nhập giảm xu ốn g làm cho lớp bể mặt của n ó có

xu h ư ớ n g nờ ra, tách rời khòi phẩn bên trong thành

d ạn g tấm m òng Q ua thòi gian, các tấm đ ó bị nứt ra

và g ã y gập xu ốn g [H.4].

H ình 4 Vòm granit bị nửt vở do giảm tải

(Nguồn: http://w ww.geolsoc org.uk/gsl/pid/3561)

P h o n g h ó a h ó a h ọ c

P h on g hóa hóa học là quá trình phá hủy, biến đổi

đá v ề thành phần khoáng vật và n g u y ên tố xảy ra d o các phản ứ ng hóa học giữ a khoáng vật của đá m ẹ ban đẩu với các tác nhân p h on g hóa Các phản ứ n g

p h o n g hóa gồm thuy phân, oxy hóa, hydrat hóa, carbonat hóa và trao đổi - hâp phụ, v.v , trong đ ó thủy phân và oxy hóa là hai quá trình phô biến và quan trọng nhât.

Thủy phân là cơ c h ế phân hủy chu yếu đối với các

k h oán g vật silicat và alum osilicat D o phan ứ n g thủy phân, các n gu yên tố kiểm , kiềm thô đư ợ c giải p h ó n g

d ư ớ i d ạn g cation hòa tan trong nước, còn silic m ột phẩn tạo ra acid silicic, m ột phần đư ợ c g iữ lại trong

k h oán g vật sét cùng với nhôm Ví dụ:

2 KAISi 3 0 8 + 11 H20 ^ 2 K+ + 2 OH + 4 AI 2 SÌ 2 0 5 ( 0 H )4 + 4 H 4 SÌO 4

3KAISi 3 0 8 + 2H+ + 12H20 — KAI 3 SÌ 3 O 10 (OH )2 + 2K+ + 6 H 4 SÌO 4

Mg 2 S i0 4+ 4H20 -> 2Mg2* + 4 0 H ‘ + H 4 S i0 4

forsterit

Acid silicic sinh ra từ các phàn ú n g này, một

phần tham gia phản ứng tạo thành các khoáng sét,

một phẩn ngư ng kê't dưới dạng keo silic (opal), dẩn

dần bị khừ nước, tái kết tinh thành chalcedon, thạch

anh và m ột phẩn một phẩn hòa tan trong nước Dựa

vào hằng SỐ phân ly của acid silicic có thể chửng

minh rằng, trong nước tự nhiên acid này tổn tại chủ

yêu dưới dạng không phân ly H2S1O3 và H4S1O4

Dạng thứ nhất gọi là acid m etasilicic, dạng thứ hai là

acid orthosilicic Các khoáng vật sét, trong điểu kiện

thuận lợi có thể bị thủy phân tiếp tục tạo thành

gibbsit:

AI 2 SÌ 2 0 5 ( 0 H )4 + 5 H20 -> 2 AI(OH)3+2 H 4 SÌO 4

K A I 3 S Ì 3 O 10( O H ) 2 + H + + 9 H 2 0 — 3 A I ( O H ) 3 + K + + 3 H 4 S Ì O 4

sericit

Gibbsit được thành tạo từ các phản ứng trên dẩn

dẩn bị mất nước tạo thành boehm it, hoặc sâu hơn

thành corindon.

CO2 là m ột chất khí có mặt thường xuyên trong

nước tự nhiên và khi tham gia vào phản ứng thúy

phân, quá trình hòa tan khoáng vật xảy ra với tốc độ

nhanh hơn và triệt đ ể hơn:

Mg 2 S i0 4 + 4 H20 + 4 C 0 2 -> 2 Mg2+ + 4 H C 0 3‘ + H 4 S ÌO 4

forsterit

AI 2 Si 20 5 ( 0 H )4 + 5 H20 + 5 C 0 2 -> 2 AI(OH ) 3 + 2 H 4 SÌO 4 + 5 C 0 2

kaolinit

Ca(Mg,Fe)Si 2 0 6 + 2H20 + 2C 0 2 -> 2 H 2 SÌO 3 + C aC 0 3 + (Mg,Fe)C0 3

diopsid

Oxy hóa là phản ứng giữa oxy và khoáng vật chứa

các nguyên tố có thê thay đổi sô' oxy hóa như sắt, lưu

huỳnh, m angan Trong phán ứng này, sắt từ s ố oxy

hóa +2 chuyến thành +3, lưu huỳnh từ -2 chuyên

thành +6, m angan từ +2 chuyên thành +3 hoặc +4

Phan ứng oxy hóa đóng vai trò lớn trong việc phân

hủy các khoáng vật chứa Fe2+, ví dụ:

2 Fe2S i0 4 + 0 2 + 4 H20 -> 2 Fe20 3 + 2 H 4 S ÌO 4 (1)

hoặc

4 F e C 0 3 + 0 2 + 4 H20 - > 2 Fe20 3 + 4 H 2 C O 3 (2)

Phan ứng (1) là dạng rút gọn, trong thực tế khi có

sự tham gia cua acid carbonic, quá trình phân huy

fayalit có thế diên ra theo hai bước:

Fe S i0 + 4 H 2 C O 3 -> 2 Fe2+ + 4 HCO ' + H 4 S ÌO 4 (3)

4Fe2* + 8 HCO 3 + 0 2 + 4H20 -> 2Fe 2 0 3 + 4 HCO 3 + H2C 0 3 (4)

Trong môi trường khư, quá trình sẽ dử ng lại ờ phản ứng (3), còn trong môi trường oxy hóa thì Fe2+ nhanh chóng chuyến thành Fe3+ và phan ứng (4) sẽ xảy ra tiếp theo Các phàn ứng (1) và (2) là k h ôn g thuận nghịch, vì hợp chât Fe3+ rât bển vừng.

Các khoáng vật chứa S2* cúng rất dê bị oxy hóa,

ví dụ:

CuS + 2 0 2 -> C u S 0 4 covellin

Hydrat hóa là quá trình thâm nhập của phân tư nước vào m ạng tinh thê của khoáng vật làm suy yếu câu trúc vừng bền cua nó, ví dụ:

CaS04 + 2 H20 -> CaS04.2H20

FeO O H + n H 20 —►FeOH.nh^O

Phán ứng hydrat hoá thường kèm theo tăng thê tích, chăng hạn khi tạo thành thạch cao từ anhydrit, thê tích tăng tới 30%.

Carbonat hóa là phản ứng có sự tham gia của ion carbonat [CO3]2' hoặc bicarbonat [HCO3] Ví dụ, phàn úng biến đối anglesit thành serussit:

P b S 0 4 + H 2 C O 3 -> P b C 0 3 + H 2 S O 4

Trong phản ứng carbonat, các kim loại hóa trị 2 thường bị chuyên thành dạng bicarbonat như Ca(HC03)2’ M g(HC03)2/ FeịHCCh)Z M n (H C 0 3) ví dụ:

CaAI 2 Si 2 0 8 + 3H20 + 2C 0 2 — AI 2 Si 20 5 ( 0 H )4 + Ca(HC 0 3 ) 2 + H 4 S 1 O 4

Trao đối - hấp phụ ỉon là một phản ứng phô biến trong quá trình phong hóa và tạo đât ở khu vực nhiệt đới ẩm nhờ tác đ ộn g cùa chất keo sinh ra từ các phản ứng thùv phân và oxy hóa D o có lực b ể mặt lớn và m ang điện nên chât keo có khả năng hâp phụ nhiều ngu yên tố hóa học Quá trình hấp phụ thường

đi kèm với quá trình trao đổi Thường gặp keo dương và keo âm, nhưng trong đới ngoại sinh keo

âm chiếm phẩn ưu thế D o vậy, quá trình trao đ ối - hâp phụ cation xảy ra m ãnh liệt han quá trình trao đổi - hâp phụ anion Phàn ứng trao đối - hâp phụ cation của chât keo (K) là m ột quá trình thuận nghịch, tuân theo quan hệ đương lượng:

[K]Ca2+ + (NH4)2SƠ4 ^ [K]2NH4+ + CaSƠ4 Tổng lượng nhữ ng cation có kha năng trao đổi

đư ợ c gọi là du n g tích trao đổi cation, ký h iệu là CEC (Cation exchange capacity) Trong các keo âm thì keo sét phô biến nhât, có khả năng hấp phụ nhiều cation như K, NH4, Rb, Cs, Pt, Au, Ag, V, Hg, v.v làm cho ch ú n g được g iữ lại m ột phẩn trong đất và vò ph on g hóa Keo sét hâp phụ chọn lọc, ví

dụ hâp phụ K như ng không hâp phụ Na Các cation

K, NH-ị được keo sét hấp phụ làm cho đất tốt, cây

trống phát triển Các cation trao đổi quan trọng

nhất là C a2*, M g2-, AP , K-, H*, NH-r và Na*.

Keo dương phố biến trong đói ngoại sinh gổm

Fe(OH)3 và Al(OH)^; chủng có kha năng trao đối hâp

phụ anion Keo sắt, trong môi trường acid có kha năng

hấp phụ As, V, p ơ dạng anion (AsO-í), (VO-ỉ), (PO4).

N hu vậy, củ n g với các phan ứ ng thủy phân,

oxy hóa, hydrat hóa và carbonat hỏa, phan ứng

trao đổi - hấp phụ cùng đ ó n g vai trò quan trọng

chi phôi hành vi các n gu yên tố trong quá trình

p hong hóa.

S ự biến đồi cù a k h oá n g vật trong quá trình

p h o n g h óa

Sự phân huy và biến đổi các khoáng vật nội sinh

thành khoáng vật ngoại sinh là một quá trình phức

tạp, phụ thuộc vào điều kiện của môi trường Theo

nguyên lý cân bang nhiệt động - độ bển vừ ng cua

các khoáng vật không giốn g nhau, khoáng vật thành

tạo trong điểu kiện nhiệt đ ộ và áp suất cao (ví dụ,

olivin) kém bển vừng han khoáng vật thành tạo

trong điểu kiện nhiệt đ ộ và áp suât thấp (ví dụ,

thạch anh) [H.5].

Muscovit Felspat kali Biotit Mbit

Plagioclas trung tinh

Augit

H ìn h 5 Đ ộ b ề n v ữ ng c ủ a khoáng vật trong phong hóa.

Dưới đây trình bày quá trình biến đối của một số

khoáng vật.

nhất Trong m ôi trường acid carbonic, đẩu tiên olivin

bị thuy phân thành serpentin và siderit.

(Mg,Fe)2[S i0 4] + H20 + C 0 2 -> Mg6[Si4O 10][OH]8 + F e C 0 3

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm, serpentin

tiếp tục bị thủy phân và ngưng keo tạo thành

m agnesit và opal, chalcedon, thạch anh, còn siderit

có th ể bị oxy hóa tạo thành limonit, goethit Nếu

trong thành phẩn, sắt chiếm phần chu yếu (fayalit)

và môi trường cao Eh thì olivin bị oxy hóa tạo thành

hem atit và keo silic SÌO2.1 1H2C) N goài ra trong môi

trường kiểm, olivin có thể bị thủy phân thành

nontronit.

Pyroxen và am phibol Đâv là hai nhóm khoáng vặt có thành phẩn phức tạp Sản phàm phong hóa cua chúng gốm các khoáng vật chu yếu nhu

m ontm orillonit, nontronit, hyđromica, hydroxid sắt, hydroxid nhôm , v.v M ontm orillonit thành tạo môi trường kiểm (pH: 7-8,5) khi trong dung dịch có mặt ion Ca2+, M g2" và không có K \ Nếu dung dịch chứa nhiều Mg, có thê thành tạo saponit (do thay th ế AI bơi Mg) N ếu môi trường ấm, kiểm yêu và giàu sắt

sè thành tạo nontronit Trong môi trường kiềm và hàm lượng K+ cao, hydrom ica được thành tạo.

Felspat Felspat là nhóm khoáng vật phô biến nhất trong vò Trái Đât (50% khối lượng vò), gổm plagioclas và felspat kali C húng bị biên đối theo quá trình: hydrat hóa —» bán thuý phân —> thuy phân hoàn toàn San phâm phong hoá chủ yếu gồm hydrom ica, kaolinit, halloysit, hydroxid nhôm và các khoáng vật sét khác, tùy theo điều kiện hóa lý cùa môi trường Trong mọi trường hợp, kaolinit là điên hình nhất, được thành tạo theo phương trình tống quát:

Felspat + H2O -> ROH + AhfSizOs] (OH)4 + SÌO2.IÌH2O

Trong đó, R là các nguyên tố Ca, Na, K ROH và một phẩn SiCh.nHíO được m ang đi, còn lại kaolinit Trong khí hậu nhiệt đới ấm điên hình, kaolinit tiếp tục bị thủy phân, thành tạo gibbsit:

AI4[S i4Oio] (OH)a -> A I(O H )3i + S i0 2.nH 20

Kaolinit được thành tạo trong m ôi trường acid yếu (pH: 5-6), khi trong môi trường vắng mặt (hoặc

có s ố lượng ít) các cation như K, Na, Ca, Mg Hàm lượng CO2 tăng cao trong nước cùng là điều kiện thuận lợi đ ế thành tạo kaolinit v ề điều kiện khí hậu,

c h ế đ ộ nhiệt ẩm là thích hợp nhất đ ế thành tạo kaolinit N goài phương thức phân hủy (trực tiếp từ felspat), kaolinit cũng có thê thành tạo theo phương thức kết hợp giừa keo nhôm và keo silic Hydromica được thành tạo trong các điều kiện khác nhau nhưng thuận lợi nhất là môi trường kiểm yếu theo hai phương thức là thủy phân tù’ alumosilicat và phản ứng trao đổi giừa dung dịch chứa kali với kaolinit hoặc montmorillonit N ếu môi trường kiềm mạnh thì hydromica bị phân hủy tiếp, silic bị mang đi và tích lủy nhôm tạo thành gibbsit, boehmit Halloysit thường đi kèm với kaolinit trong điểu kiện độ ấm cao Mica N hóm này gốm hai khoáng vật là m uscovit

và biotit, trong đó m uscovit bển vừ ng hơn biotit Khi

bị phong hóa, cả hai khoáng vật này đểu bị mất kali

và tuần tự biến thành hydrom ica là hydrom uscovit

và verm iculit Trong khí hậu nhiệt ấm, hydrom ica bị thủv phân, tạo thành kaolinit và tiếp theo là gibbsit

D o có chứa m agnesi và sắt trong thành phần nên verm iculit có thế biến đổi thành m ontm orillonit và nontronit cùng với hydroxid sắt.

Calcit Khi tương tác với nước chứa carbonic tự

do, calcit bị hòa tan theo phương trình: CaCOs + H2O

+ CO2 —> Ca2+ + 2 HCO3- Phản ứng này là thuận

nghịch, khi nhiệt độ tăng và kéo theo là giảm hàm

lượng CO: trong nước, sè chuyên dịch v ề bên trái

Đ ây là cơ c h ế hòa tan đá vôi và tạo thành hang động

karst với các dạng thạch nhũ (m ăng đá, nhũ đá, vú

đá, v.v ).

Khoáng vật quặng Chủ yếu gồm các nhóm

sulfur, hydroxid và oxid N hưng hydroxid và oxid là

các khoáng vật bển vừ ng còn hẩu hết khoáng vật

sulfur đểu dễ bị oxy hóa và chuyên thành sulfat:

PbS + 2 O2 -> PbS04

galenit

Z nS + 2 O 2 —> Z n S 0 4

sphalerit

CuFeS2 + 4 O2—>CUSO 4+FeS04

chalcopyrit

Sulfat chì là hợp châ't khá bển vửng và được kết

tua, tạo thành anglesit; đa s ố các sulfat có độ hòa tan

rât lớn, lớn hơn từ hàng chục đến hàng trăm ngàn

lần độ hòa tan của sulfur [Bang 1] D o vậy nước

ngẩm rừa lũa qua quặng sulfur thường giàu các ion

kim loại Các hợp chất sulfat được nước vận chuyên

đi và tiếp tục bị biến đối đê tạo thành các hợp chất

bền vừng hơn như hỵdroxid, oxid, carbonat,

phosphat Tất cả các khoáng vật này tập trung trong

đới oxy hóa, nằm trên gư ơ ng nước ngầm N ếu dung

dịch sulfat di chuyển xuống phía dưới gư ơ n g nước

ngầm, gặp sulfur nguyên sinh có thế bị khử trở lại

tạo thành sulfur thứ sinh, ví dụ:

7 C u S 0 4 + 4 FeS 2 + 4 H20 -> 4 H 2 SO 4 + 4 F e S 0 4 + 7 CuS

Ag2SƠ4 + C1J2 s —> CU2SO4 + Ag2S

Z n S 0 4 + F eS 2 —> FeSƠ4 + ZnS

B ảng 1 Độ hòa tan của sulfur và sulfat (Saukov A.A., 1975).

Sulfur Độ hòa tan (mol/l,

18°C)

Sulfat

Độ hòa tan ( mol/l, 20°C)

PbS 3,6.10 "6 P bS 0 4 1 , 3 1 0"4

Pyrit và chalcopyrit là những khoáng vật phô

biến nhất trong quặng sulfur và rât dễ bị oxy hóa

Trước tiên, lưu huỳnh bị oxy hóa và sulfur chuyên

thành sulfat sắt hai (Fe2+) Sulfat sắt hai không bển

vừng, tiếp tục bị oxy hóa thành sulfat sắt ba (Fe3+) và

cuôì cùng bị thuy phân tạo thành hydoxid sắt Quá

trinh đ ó diên ra theo sơ đổ:

2 FeS2 + 7 0 2 + 2 H20 -> 2 F e S 0 4 + 2 H 2 S O 4 ( 1 )

4 F e S 04 + 2 H2SO4 + 02 -> 2 Fe2(S 04 )3 + 2 H20 (2) Fe2(S 0 4)3 + 6 H20 -> 2 Fe(OH)3 + 3 H 2 S O 4 (3) Hydroxid sắt trong phương trình (3) là một hợp chât khó hòa tan, kết đọng lại dưới dạng ngưng giao

bị khu nước biến thành goethit, hematit và được giũ lại trong phẩn trên cùng của đới oxy hóa sắt trong các khoáng vật sulfur khác nhu chalcopyrit, pyrrhotin, arsenopyrit cũng biến đôi tương tự Hấu hết quặng sulfur đểu chứa sulfur sắt, nên phần trên đới oxy hóa cua chúng thường được làm giàu do hydroxid sắt, tạo thành dạng "mủ sắt" Từ nhùng điểu trình bày trên đây, có thê đưa ra một sa đổ câu tạo mặt cắt đới phong hóa trên quặng sulfur như ờ hình 6.

Trong các phương trình (1) và (3), ngoài các hợp chất cua sắt, còn xuât hiện acid sulfuric Do vậy, nước ngẩm rửa lũa qua quặng sulfur có tính acid với

độ pH thâp Đó là nhùng chỉ thị thủy địa hóa quan trọng trong công tác điều tra, tìm kiếm quặng sulfur nói riêng, và nhiệt dịch nói chung.

Hình 6 Sơ đồ đới oxy hóa trên quặng sulfur

(theo Zolataev, 1993 - có sửa đổi).

Hành vi c á c n g u y ê n tố tron g q u á trình p h o n g

h óa

Khi đá bị phong hóa, xảy ra quá trình phân tách các nguyên tố hóa học - những nguyên tố trơ được giừ lại, còn những n gu yên tố linh đ ộng di chuyến ra khỏi vò phong hóa Các nguyên tố tạo đá linh đ ộng gồm Si, Ca, Mg, Na và K Các nguyên tố trơ gồm Al,

Fe và Ti, nhưng Ti không phải là nguyên tố tạo đá chính, chi gặp trong các đá mafic dưới dạng khoáng vật phụ ilmenit Dưới đây trình bày hành vi các nguyên tố đó.

Silic là nguyên tố phô biến thứ hai (sau oxv) trong vo Trái Đất, tổn tại dưới dạng khoáng vật thạch anh và silicat Trong điểu kiện tự nhiên, thạch anh là khoáng vật rất bền vừng, d o vậy dưới dạng này, silic hầu như không di chuyến Khi phong hóa, các khoáng vật silicat (và alum osilicat), silic một phẩn được giũ lại trong các khoáng vật sét, một phẩn bị nước hòa tan dưới dạng acid silicic và được

m ang ra khỏi vỏ phong hóa Trong điểu kiện khí hậu

nhiệt đới ấm, các khoáng vật sét tiếp tục bị biến đổi;

một lẩn nửa silic được giải phóng và hòa tan vào môi

trường nước N hu vậy, trong quá trình phong hóa,

silic trong các khoáng vật silicat cua đá mẹ ban đẩu

dẩn dẩn được m ang đi cho đến cạn kiệt, chi còn lại

trong khoáng vật thạch anh.

Cùng với silic, các nguyên tố kiểm và kiểm thô

trong quá trình phong hóa cũng bị hòa tan do phản

ứng thùv phân và được nước m ang đi ra khỏi vị trí

ban đẩu với mức độ khác nhau Trong hai nguyên tố

kiểm thì natri hầu như được m ang đi triệt đê; trong

khi đó kali một phẩn bị m ang đi và một phần được

giữ lại trong vỏ phong hóa bời vì: 1) Khi các

alum osilicat bị phong hóa có thê tạo thành sericit

hoặc hydrom uscovit, là nhừng khoáng vật giàu kali

và khá bển vữ ng trong vỏ phong hóa; 2) Kali là

nguyên tố dê bị hâ'p phụ bời các chât keo trong đất;

3) D ung dịch chứa kali khi gặp kaolinit có thể kết

hợp với nhau tái tạo m uscovit theo phàn ứng:

3 A I2SÌ205(0H )4 +2 K + —> 2 KAI3SÌ3O10(OH)2 + 2 H + + 3 H20

Do vậy, mặc dẩu Na và K là hai nguyên tố đổng

hành trong quá trình m agma và có hàm lượng tương

đương trong thạch quyến, nhưng trong quá trình

ngoại sinh lại tách ròi nhau Hành vi đó là nguyên

nhân đ ể trong nước tự nhiên, hàm lượng natri thường

cao hơn kali nhiều lần Hàm lượng trung bình của

natri trong nước đại dương đạt tới 10.800mg/l, trong

khi hàm lượng kali là 380mg/l Trong nước ngầm

đồng bằng Bắc Bộ, hàm lượng trung vị của natri là

49,66 mg/1, của kali là 0,27mg/l (trung vị hay m edian -

là một giá trị nằm ờ vị trí chính giữa một dãy s ố tăng

dần Với những dãy s ố liệu phân b ố lệch, hàm lượng

trung vị là một đặc trưng thống kê rất tốt thay th ế cho

giá trị trung bình).

Calci trong đá m agm a chủ yếu nằm trong các

khoáng vật plagioclas, pyroxen và am phibol Khi các

khoáng vật đó bị thủy phân, calci được giải phóng

và hòa tan trong nước dưới dạng Ca2+ di chuyển

mạnh và bị m ang ra khỏi vỏ Trong điểu kiện ngoại

sinh, calci ít có khả năng tạo khoáng vật độc lập với

silic và khó bị sét hâp phụ, nên ngay từ các giai đoạn

phong hóa đầu, calci đã bị m ang đi với khối lượng

lớn Càng v ề sau, khối lượng bị m ang đi của calci

càng giảm Trong các vỏ phong hoá trên đá basalt ò

Việt Nam, khối lư ợ ng calci m ang đi đạt tới 80 - 90%

Trong trầm tích carbonat, khoáng vật chứa calci chủ

yếu là calcit và dolom it Trong môi trường nước

chứa khí carbonic, các hợp chất đó bị phân hủy và

giải thoát calci dưới dạng ion hòa tan.

Calcit C a C 0 3 + H20 + C 0 2 -> Ca2+ + 2 H C 0 3

Dolomit [Ca,Mg](C0 3 )2 + 2 H 2 C O 3 — Ca2* + Mg2* + 4 HCO 3

Silicat chứa calci, calcit và dolom it là những

khoáng vật râ't phô biến trong vỏ Trái Đât và dễ bị

hòa tan Calci là kim loại thủy phân yếu, không kết

tủa hydroxid trong nước tự nhiên, chi khi pH nước

rất cao chúng mới có thê kết tua thành các khoáng carbonat, phosphat, v.v Vì các lý do trên, Ca2+, thường có hàm lượng lớn nhât trong các cation của nước mặt Theo s ố liệu cua Trần Thanh Xuân (2007), trong nước sông ờ Việt Nam, hàm lượng trung vị cua Ca2% M g2* và tông Na* + K+ lần lượt là 23, 11, và 6m g/l.

M agnesi là thành phẩn chính trong một s ố khoáng vật silicat (olivin, pyroxen, am phibol, biotit)

và dolom it Khi các khoáng vật này bị thuy phân, phần lớn m agnesi được giải phóng và chuyên vào dung dịch dưới dạng ion M g2+, nhưng khi M g2+ đạt được m ột hàm lượng nhất định, nó thê kết hợp với acid silicic hòa tan và/hoặc các thành phần khác tạo thành các khoáng thứ sinh như serpentin, sepiolit,

m ontm orillonit, vermiculit, m agnesit N goài ra, M g2+ còn bị keo sét hâ'p phụ Phản ứng tạo thành sepiolit

có dạng: 4 M g2+ + H4S1O4 —> Mg4SÌ60i5(0H)2.6 H2O +

8 H + + H2O và phản ứng tạo thành magnesit: Mg2+ +

2 HCƠ3 —»MgCCh + H2CO3

D o nhừng quá trình đó, trong vỏ phong hóa của

đá siêu mafic, mafic thường gặp các khoáng vật thứ sinh chứa m agnesi như magnesit và montmorillonit Đôi khi chúng tạo thành nhừng đới rất dày Mặt khác,

đó cũng là nguyên nhân đ ể hàm lượng magnesi trong nước lục địa thường thâp hơn hàm lượng của kim loại kiềm thô calci cùng nhóm Trong nước ngầm khu vực đổng bằng Bắc Bộ, hàm lượng trung vị của Ca2+ là 70,7mg/l, còn của M g2+ là 26,13mg/l.

N hôm là kim loại phổ biến nhất trong thạch quyến (sau ngu yên tố phi kim oxy và nguyên tố á kim silic), chủ yếu dưới dạng alum osilicat và một phẩn ả dạng silicat alum in trong đá kết tinh Khi bị thủy phân, ban đẩu các khoáng vật này bị biến đối thành kaolinit hoặc khoáng vật sét khác, tiếp theo thành gibbsit kết đọng tại chỗ Gibbsit là một khoáng vật rất bển vữ ng trong điều kiện ngoại sinh, chi bị hòa tan trong m ôi trường pH thấp hoặc rất cao, do

đó khối lượng tuyệt đối của nhôm trong sản phẩm phong hóa hẩu như không thay đổi so với đá mẹ ban đầu trong khi silic, kiểm và kiểm thô bị rửa trôi dần dẩn N h ư vậy, nhôm là m ột hợp phần trơ nhẩt trong quá trình phong hóa các đá và thường được lấy làm chuẩn đ ế xác định khối lượng bị m ang đi của các nguyên tố khác Quá trình phong hóa càng diên ra lâu dài thì hàm lượng nhôm trong sản phẩm phong hóa càng tăng; hàm lượng silic (và kiềm, kiềm - thổ) càng giảm Dựa trên hiện tượng đó, Harrassowitz H

và m ột s ố tác giả khác đã sử dụng tỷ s ố phân từ gram S1O2/AI2O3 trong phẩn sét (không chứa thạch anh) cùa sàn phẩm phong hóa đê đánh giá mức độ phong hóa silicat Theo đó, khi tỳ s ố S1O2/AI2O3 giảm xuống dưới 1,2 thì quá trình phong hóa đã ở m ức độ chín m uồi và đà chuyển sang giai đoạn laterit hóa Khác với các nguyên tố đã nêu trên, sắt là nguyên

tố dễ bị thay đối hóa trị nên các khoáng vật chứa sắt

hai có thê bị phong hóa bởi hai quá trình là thủy

phân và oxy hóa Sản phẩm oxy hóa của chúng là các

hợp chất sắt ba bển vữ ng trong đới ngoại sinh Sản

phẩm thủy phân là các hợp chất sắt hai dê tan trong

nước Tuy nhiên, khi di chuyển trong đới thoáng khí,

sắt hai lập tức bị oxy hóa biến thành sắt ba và kết

đ ọng lại trong các khoáng vật hydroxid và oxid bển

vững N h ư vậy, trong quá trình phong hóa, hàm

lượng tương đối của sắt dẩn dần tăng lên Trong các

khu vực nhiệt đới ẩm quá trình tích lũy sắt cùng với

nhôm trong sản phẩm phong hóa xảy ra mãnh liệt

N gười ta gọi đó là quá trình feralit hóa và loại đất

hình thành trên đá m agm a và biến chất ở nhừng khu

vực này là đất feralit ơ Việt Nam , đâ't feralit rất phổ

biến ở vù n g đổi núi với diện tích 14.789.505ha, chiếm

44,63% diện tích cả nước.

Hành vi các nguyên tố vi lượng tạo quặng trong

quá trình phong hóa còn ít được quan tâm, trừ một

SỐ nguyên tố ưa đổng như Cu, Pb, Zn, As, Sb và Mo

Sự di chuyên của các ngu yên tố này trong quá trình

phong hóa quặng sulfur tuân theo m ột quy luật

chung Đẩu tiên, các khoáng vật sulfur bị oxy hóa

chuyển thành sulfat D ung dịch sulfat, trên đường

lưu chuyển sẽ kết đ ọng thành những dạng khoáng

vật khác nhau khi môi trường thay đổi Với sulfat

đổng, sè thành tạo chalcantit (C1 1SO4.5H2O) nếu

dung dịch bốc hơi, malachit (Cu(0H)2C03) nêu gặp

carbonat, covellin (CuS) nê'u gặp sulfur ngu yên sinh,

v.v Với sulfat kẽm, sẽ tạo thành sm ithsonit

(ZnCCh) hoặc calamin (Zru(0H)2[SÌ207].H20) nếu

gặp carbonat hoặc acid silicic tương ứng Sulfat chì là

hợp chất khá bền vững, kết tủa tạo ra anglesit

(PbSO-i) hoặc pyrom orphit (PbCl[P04]3) nếu gặp acid

phosphoric Các khoáng vật phong hóa của arsen

chủ yếu gồm scorodit (FeAs04.2H20), annabergit

(NÌ3(As04).8H20) và erythrin (Co3(As04)2.8H20)

Sulfur m olybden là khoáng vật khá bền vữ ng trong

quá trình p hong hóa, nhưng trong m ôi trường có th ế

Eh cao cũng bị oxy hóa thành (MoCh^SO^ sau đó bị

thực vật hâp phụ hoặc chuyển thành các dạng bền

vững như m olybdit (MoCb), povvellit (CaMoOỉ),

w ulfenit (PbM oO Ạ Hiện nay người ta cho rằng,

trong vỏ phong hóa Mo di chuyển chủ yếu dưới

dạng phức [M0O4]2* Đ iểu kiện đ ể Mo lắng đọng là

pH trung bình và có mặt các cation kích thước lớn,

phân cực m ạnh như Pb, Bi, Fe và Ca Trong quá trinh

phong hóa, khoáng vặt antim on dễ bị phá hùy, tạo

thành các khoáng vật thứ sinh vừng bển như

cervantit (Sb2Ơ4) và stibiconit (Sb30ó(0H)) Một phẩn

Sb đi vào du n g dịch và di chuyến dưới dạng hợp

chât kiềm hoặc trong dung dịch acid.

Vỏ p h o n g hóa

Vỏ phong hỏa là một thế địa chât nằm ò phân

trên cùng của vò Trái Đât, gổm các sản phẩm được

hình thành tại chỗ trong quá trinh phong hóa

N hững sản phấm này phân b ố có quy luật từ trên

xuống dưới tạo thành từng lớp khác nhau v ể câu tạo, thành phẩn vật chât, gọi là các đới (zone) hoặc tẩng (horizon) Lớp m ỏng trên cùng gọi là lớp đất - khi hình thành có liên quan chặt chè với hoạt đ ộn g sống của sinh vật và di tích hữu cơ Tuy nhiên, thuật ngừ ''đất" và "vỏ phong hóa" hiện nay được hiểu theo hai cách khác nhau và ranh giới giừa "đất" và "vỏ phong hóa" không phải bao g iò cũng rạch ròi N hiêu nhà địa chất quan niệm rằng đất là một đới của vò phong hóa, nhưng các nhà thô nhường học lại gọi tất

cả các thê trong vỏ phong hóa là đât ơ Mỹ, thuật ngữ "vỏ phong hóa" hầu như không được sử dụng

và thay vào đó là "đất" (soil) Mặt cắt thăng đ ứ n g từ mặt đâ't đến đá gốc được gợi là mặt cắt vò p h on g hóa hoặc là phẫu diện đất (khi nghiên cứu v ề thô nhường) Trong trường hợp phong hóa triệt đế, mặt cắt đẩy đu từ trên xuống của vò phong hóa trên đá silicat có dạng tổng quát gồm các đới: đất, laterit, sét, saprolit và đá mẹ tạo vỏ [H.7] Trong thực tế, m ặt cắt này có thể thiếu vắng một hay vài đới tùy thuộc vào điểu kiện phong hóa Trong những khu vự c ôn đới

ẩm, không thuận lợi cho sự tích lũy sắt và nhôm thì đới laterit ít khi được hình thành Trên các sườn dốc, thảm thực vật nghèo, đá gốc thường lộ ra thành những khôi, tảng trơ trọi nứt né và do đó, vỏ phong hóa chi có đới saprolit.

H ình 7 Mặt cắt vỏ phong hóa.

Saprolit là sản phẩm phong hóa ờ dạng dập vở hay nứt nẻ, chu yếu do tương tác của các yêu tố vật

lý như nhiệt độ và áp suât với đá mẹ I.I Ginzburg

và m ột s ố tác giả khác gọi đới này là đới d ập vỡ Trong đới saprolit, biểu hiện của phong hóa hóa hoc còn rât yếu ớt, thành phẩn hóa học, khoáng vật củr.g như kiến trúc và câu tạo thay đối chưa đ áng kê so với đá mẹ; chi có hiện tượng sét hóa ờ bể mặt các khe nứt và hiện tượng hydrat hóa, đưa phân tư nưcc xâm nhập vào m ạng tinh thê khoáng vật làm giảm

Latent

Saprolit

Đ ả mẹ

độ bển vữ n g cua chúng Tuy nhiên, trong vài trường

hợp có thê bắt gặp một s ố khoáng vật ngoại sinh nhu

hydrom ica, chlorit và hydrochlorit.

Sét là san phấm phong hóa hóa học ờ giai đoạn

đẩu tiên, khi silic bắt đẩu bị rửa trôi cùng với các

kim loại kiểm, kiểm - thố Trên các đá acid, đới sét

thuờng có hai phần, phần dưới là sét sáng màu,

phẩn trên là sét litoma sẫm màu hoặc loang lô Trên

đá m afic chi phát triến đới litoma Theo thành phẩn

hóa học đặc trưng, đới sét sáng màu được gọi là đói

siallit (hàm lượng Si và AI cao), đới litoma là

ferosiallit (hàm lượng Si, AI và Fe cao) Thành phần

khoáng vật đặc trưng cua sét sáng màu là kaolinit và

hydrom ica Trong sét litoma, ngoài hai khoáng vật

đó còn có goethit, gibbsit và có thế xuât hiện

m ontm orillonit, nontronit (với đá mẹ mafic).

Về laterit, hiện nay thuật ngữ laterit đang được

hiếu theo hai nghĩa khác nhau.

Thứ nhất đó là những sản phẩm phong hóa cuối

cùng ờ m iền nhiệt đới ấm khi các kim loại kiềm, kiểm

thô và silic trong các khoáng vật silicat đã bị rửa trôi

chi còn lại nhôm và sắt (đôi khi có titan) N hư trên đã

nói, đ ó là quá trình feralit hóa Vì vậy, có thê gọi loại

sán phẩm này là laterit feralit, hoặc đơn giản là

feralit Các thể bauxit trên đá basalt ờ Tây N guyên,

các lớp phủ laterit ờ Tây Phi, Bắc Australia là nhừng

ví dụ điển hình v ề kiểu laterit này.

Thứ hai, theo định nghĩa của Buchanan - laterit là

những tầng phong hóa chứa nhiều sắt khi lộ ra khỏi

mặt đâ't sẽ cứng lại Theo cách hiếu này thì laterit

đ ổng nghĩa với đá ong Loại laterit này phổ biến ở

trung du Bắc Bộ Khác với laterit feralit, laterit đá

ong đư ợ c thành tạo chủ yếu theo cơ c h ế thấm đọng,

d o nước ngầm m ang sắt vào các tầng phong hóa dở

dang, thậm chí vào các trầm tích cuội, sạn kết chưa

phong hóa và kết tủa lại trong m ôi trường oxy hóa

D o cơ c h ế đó, thành phần laterit đá ong cũng khác

với thành phần laterit feralit N ếu như laterit feralit

chứa gibbsit với hàm lượng rất cao và rất ít kaolinit

thì trong laterit đá ong, gibbsit rất hiếm gặp còn

kaolinit lại chiêm hàm lượng ưu thế N goài ra, trong

laterit đá ong, các kim loại kiềm, kiểm thổ và silic

hãy còn nhiều chứ chưa bị m ang đi cạn kiệt như

trong laterit feralit Theo thành phần hóa học tiêu

biểu, đới laterit được gọi là đới feralit (nếu đổng thời

giàu AI và Fe), allit (nếu hàm lượng AI chiếm ưu thê)

hoặc ferit (nếu hàm lượng Fe ưu thê).

Thành phần và tính châ't của đất râ't đa dạng tủy

thuộc vào khí hậu, thành phần đá mẹ và các điểu

kiện tự nhiên khác Theo phân loại của FAO (tô chức

N ôn g Lương Liên hợp quốc), trên th ế giới hiện có

28 nhóm đâ't chính, còn trên lãnh thô Việt Nam có

19 nhóm đất chính với nhiều đơn vị đâ't khác nhau.

Vò p hong hóa được phân loại theo nhiều tiêu

chuẩn khác nhau, nhưng phô biến nhât là theo thành

phẩn hóa học của đới sản phấm phong hóa triệt đê

nhất Trong mặt cắt vo phong hóa, đới này thường nằm trên cùng, sát dưới lớp đất Theo tiêu chuẩn đó,

vo phong hóa gổm ba kiêu chính: 7) Siallit (SiAl), nếu Si và AI chiếm hàm lượng ưu thế; 2) Ferosiallit (FeSiAl), nếu Si, AI và Fe chiếm hàm lượng ưu thế;

và 3) Feralit (FeAl) là san phẩm phong hóa trong đó

Fe và AI có hàm lượng cao N goài ra, tùy thuộc vào quan hệ định lượng cua các thành phần silic, sắt và nhôm , các kiểu đó có thê được phân chia chi tiết hơn

Ví dụ, nêu trong feralit, hàm lượng nhôm ưu trội hơn hần so với hàm lượng sắt thì sản phâm đó được gọi là allit N gược lại, nếu hàm lượng sắt ưu trội hơn

so với nhôm thì sản phấm đó là ferit Tương tự, ta có các kiểu vỏ như silicit, sialferit, alferit.

Vỏ p h o n g h óa Việt Nam

Lãnh thô Việt Nam nằm trong khu vực nội chí tuyến có nển nhiệt cao và độ ẩm lớn, thuận lợi cho quá trinh phong hóa hóa học Mặt khác, sự phân hóa khí hậu theo v ĩ độ và độ cao cùng với một nền địa chất với nhiều loại đá khác nhau đã tạo nên một lớp

vỏ phong hóa dày và đa dạng gốm các kiểu như siallit, sialferit, ferosiallit, feralit và ferit.

V ỏ p h on g hóa siallit hình thành trên các đá

m agm a acid (granit, ryolit, pegm atit, felsit, v.v ) thuộc các v ù n g núi thấp, trung bình và cao, đặc biệt

là các di tích b ể mặt san bằng, sườn lõm và thoải trên núi Các đá này có ở nhiều nơi, vì vậy vỏ

p h on g hoá siallit phân b ố rải rác trên khắp lãnh thô Việt N am , dưới dạng đởm da báo N goài lớp đàt

và đá gốc, mặt cắt vò ph on g hoá siallit còn có hai đới chính là sét sáng màu và saprolit Đ ới sét thường có màu trắng đục, trắng xanh, trắng xám, đôi khi phớt vàng Trên đá granit, đới sét thường

g iữ đư ợ c kiến trúc và cấu tạo đá gốc, còn trên các

đá ryolit, felsit và pegm atit nó có dạng m ịn dẻo,

k hông thê hiện rõ cấu tạo ban đầu của đá gốc Trong m ột s ố mặt cắt d ạng thứ nhât nằm dưới, dạng thứ hai nằm trên D o hiện tượng này, nhiều tác giả đã chia đới siallit thành phụ đới, và d ù n g thuật n gừ "sét cấu tạo" đ ể chi phụ đới dưới, còn phụ đới trên vẫn được gọi là phụ đới "sét" Ranh giới của hai phụ đới này không rõ rệt và ch u yển tiếp từ từ Bề dày của đới sét dao đ ộ n g từ vài m ét

đ ến 30 - 40m Thành phẩn hóa học của đới siallit được đặc trưng bởi hàm lượng cao cùa hai hợp phần S1O2 và AI2O3 Trong hầu hết các vỏ siallit trên lãnh thô Việt Nam , hàm lượng S1O2 dao đ ộ n g từ 40 đến 70%; AI2O3 từ 12 đến 40%, hàm lượng Fe2Ơ3 từ

1 đ ến 3% Trong các oxid kiềm thì K2O chiếm tý lệ lớn với hàm lượng trung bình 2,7%, đôi khi tới

4 - 5% Các hợp phẩn còn lại như T1O2, MnO, CaO,

M gO, N a2Ơ chiêm tý lệ thấp, thường dưới 1% Bàng

2 dẫn ra thành phẩn hóa học của đới siallit trong vỏ

p h on g hóa cùng tên ờ m ột s ố v ù n g khác nhau của Việt Nam

B ảng 2 Thành phần định lượng (%) của vỏ phong hóa

siallit ở Việt Nam.

AI 2 O 3 19,75 20,90 18,50 1 7 ,5 -2 1 ,4 4

Fe 2 0 3 1 , 0 2 1,34 3,61 2,9 - 6,67

MnO 0 , 0 1 0 , 0 1 vết vết

MgO 0,40 0,70 0 , 1 0 0,43 - 1,11

T 1 O 2 0 , 2 0 0 , 0 1 0,56 0 ,6 9 -1 ,2 6

G hi chú: v ỏ phong hỏa trên: A- ryolit ở Điện Biên, B-

granit ở Sin Chảy (Lai Châu), C- ryolit Tam Đảo, D- các

đá acid ở miền Nam Việt Nam.

Vò phong hoá sialferit phát triến trên các đá

granit, ryolit, đá phiến, đá lục nguyên xen p hun trào

acid, đá phiến kết tinh thạch anh - felspat Kiểu vỏ

này gặp ở Tú Lệ, Sa Pa, Phan Si Pan, Pu Si Lung,

Điện Biên, Tam Lang, Tam Lung, phía tây các tỉnh từ

Thanh Hóa đến Bình Thuận Mặt cắt vỏ sialferit từ

trên xuống dưới gồm các đới - đất, sét loan g lổ, sét

sáng màu, saprolit Lớp đất dày từ 0,2 đến 0,8m Bể

dày đới sét loang lô phụ thuộc nhiều vào đ ộ cao địa

hình, ở n h ũ n g phần thấp, đới này dày 3 - 4m, lên cao

giảm xuống còn 1 - l,5m Đới sét sáng m àu d ày từ

1 - 2m đến 30 - 40m, có thê phát triển sâu xu ốn g quá

mực nưóc ngầm và trong nhiều trường hợp là các

thân quặng kaolin có giá trị N ếu vò phong hóa phát

triển trên các bậc địa hình cao trung bình, đới này có

thể vắng mặt Phẩn dưới đới sét trắng là sét câu tạo,

trong đ ó có thê thấy rõ cấu tạo đá gốc tạo vỏ Đ ới

saprolit dày 0,5 - l,5m v ỏ phong hoá sialferit là m ột

kiểu vỏ trung gian giữa siallit và ferosiallit N ếu như

trong vỏ siallit, hàm lượng sắt chưa đủ đê thành tạo

các hydroxid sắt tự d o thì trong sialferit, hàm lư ợ n g

Fe2Ơ3 có th ế đạt hàm lượng 5 - 6% và được tích lũy

dưới dạng goethit Do vậy, tô hợp khoáng vật đặc

trưng của v ỏ sialferit bao gồm các khoáng vật sét

như kaolinit, halloysit, hydrom ica và goethit,

hydrogoethit Thành phần hóa học của đới định

danh kiêu v ỏ sialferit được nêu ra trong báng 3.

B ảng 3 Thành phần hóa học định lượng (%) của vỏ

phong hóa sialferrit.

Hợp

Hợp

T i0 2 0 , 2 1 , 1 MgO 0,4 1,5

Vò phong hoá ferosiallit rât phô biến trên lành thô Việt Nam , phát triến trên hẩu hết các loại đ á và các dạng địa hình khác nhau, tù vùng gò đ ổi thấp thoải đến vù n g núi cao, từ miển Đ ông Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ, dọc theo dãy Trường Sơn, Tây N g u y ê n cho đến vùng cực Nam Trung Bộ Trong mặt cắt vo phong hóa, trên cùng là lớp đất, tiếp đến đới sét litom a dày từ vài m ét đến hàng chục mét [H.8] Và dưới cùng là đới đá m ẹ bị phong hóa d ờ dang (saprolit) Trên các đá magm a acid nghèo biotit, vỏ phong hóa thường có thêm một đới sét sáng màu nằm giừa đới saprolit và đới sét litoma Bể dày tông cộng của vỏ ferosiallit dao động từ 3 - 4m đến 50 - 60m Thành phần khoáng vật đặc trưng của vò ferosiallit trên đá magma acid gốm kaolinit, hydromica, goethit đôi khi có gibbsit, vermiculit; trên đá magma m afic - kaolinit, montmorillonit, hydromica, goethit, gibbsit; trên đá trầm tích lục nguyên - kaolinit, goethit và hydromica Thành phần hóa học tiêu biếu gổm S1O2,

AI2O3 và Fe2Ơ3 [Bảng 4].

H ình 8 Vỏ phong hóa ferrosiallit trên đá phiến kết tinh ở

Việt Trì (Phú Thọ).

Vò phong hóa feralit hình thành chủ yếu trên các

đá basalt và trầm tích biến châ't ở Tây N g u y ê n và

N am Trung Bộ N goài ra, còn thây vò feralit trên các

đá basalt ờ Điện Biên, Dốc Miếu (Quang Trị) và trên

đá phiến kết tinh ờ vùng trung du Bắc Bộ Mặt cắt vỏ phong hóa, tử trên xuống dưới gổm bốn đới - đất, laterit, sét litoma và saprolit Trên đá basalt tuổi N2-Q1

ở khu vực Tây N guyên, đới laterit gổm hai phẩn: phẩn trên giàu sắt (kirac sắt), phần dưới giàu nhôm (bauxit) Bể dày của lớp laterit tù vài mét đến 9 - 10m

Bề dày tổng cộng của vỏ tù' 3 - 4m đến 60m.

B à n g 4 T hành p h ần h ó a h ọ c định lư ợ n g % c ủ a vỏ p h o n g h ó a ferosiallit ở Việt Nam.

S i 0 2 57,18 62,42 68 ,3 6 47 ,3 0 4 7 ,1 4 62,43 5 2 ,5 9 74,78 62,74 31,43 24,52 4 7 ,3 0 29,11

AI 2 O 3 2 0 ,0 6 18,14 14,33 14,65 15,69 2 0 , 1 0 3 8 ,5 2 15,84 24,30 25,58 28,31 24 ,3 4 24,50

G h i c h ú Đới s é t litoma trên: A, B- granit Núi P h á o (Đại Từ, T hái N g u y ên ); C- ryolit (Binh Gia, Lạng S ơ n ); D- b a sa lt (Nậm

Rày, Lai C h âu ); E- d ia b a s (Trà Lĩnh, C a o B ằng); F- đ á p hiến k ết tinh (T am Đ ảo , Vĩnh Phúc); G- granit (H ư ơ n g S ơ n , Hà Tĩnh); H- trầm tích lục nguyên (Hương Sơn, Hà Tĩnh); I- trầm tích lục nguyên (Hương Khê, Hà Tĩnh) Hàm lượng trung bình trong đới sét litoma trên đá basalt Tây Nguyên: K- phần dưới, L- phần trên Hàm lượng trung bình trong đới sét litoma trên: M- đá chứa thạch anh ở Miền Nam Việt Nam, N- đá basalt ở Miền Nam Việt Nam kpt- không phân tích.

Thành phẩn khoáng vật đặc trưng của vò feralit

gồm gibbsit, goethit, ngoài ra có kaolinit, montmo-

rillonit và hydrom ica Thành phần hóa học của vỏ

feralit (trong đới laterit) gổm chủ yếu là AI2O3 và

Fe2Ơ3 tiếp đến là S1O2 và T1O2, các oxid kiểm và kiềm

thố hầu như không đáng kế Hàm lượng AI2O3 có thê

đạt từ 23 đến 46%, FezCh từ 15 đến 45% Trên đá

basalt, hàm lượng S1O2 trong laterit chi còn vài phần

trăm, còn trên đá chứa thạch anh có thể tới hơn 30%

Hàm lượng T1O2 từ 2 đến 4% Hàm lượng các oxid

kiềm, kiềm thổ dưới 0,1%.

Vỏ p h o n g hóa ferit thường có diện phân b ố hẹp,

gặp tại m ột s ố nơi ở Bắc G iang, Vĩnh Phúc và phía

tây các tinh m iền Trung, v ỏ ferit có th ể thành tạo

trên các đá nhu basalt, đá phiến kết tinh, trầm tích

lục n g u y ên và phát triến gắn liền với các bậc địa

hình thấp hoặc các phần thấp của các bậc địa hình

Câu tạo chung của mặt cắt vỏ ferit từ trên xuống

dưới bao gồm các đới laterit sắt, litom a và saprolit

Bể dày của vò từ vài ba mét đến 40m Tổ hợp

khoáng vật đặc trưng của đới laterit gồm goethit,

hydrogoethit, hem atit ít kaolinit và hydrom ica Các

ferit trên các đá basalt và trên đá phiến kết kết tinh

có m ức đ ộ tích lũ y sắt cao hơn trên đá trầm tích lục

n guyên (Fe2Ơ3 từ 50 đến 75% so với 35-45% tương

ứng) Thành tạo phong hóa giàu sắt trên quặng

sulfur củ n g được xếp vào kiếu ferit.

K hoán g s ả n p h o n g h óa

Sự rừa lũa và m ang đi m ột s ố nguyên tố trong

quá trình phong hóa đã tạo điểu kiện cho các nguyên

tố khác tích tụ lại trong vó phong hóa dưới dạng các

khoáng vật mới hoặc khoáng vặt nguyên sinh và dần

dẩn được làm giàu lên đến hàm lượng công nghiệp

Đó chính là cơ c h ế hình thành nên khoáng sản phong

hóa Khoáng sàn phong hóa được chia thành hai

nhóm là khoáng sản vụn và khoáng sản tàn dư

Khoáng sàn vụn là sản phẩm phong hóa gổm các

khoáng vật bển vừ ng trong đới ngoại sinh được làm giàu tại chô khi nhùng khoáng vật kém bển vững khác đã bị rửa trôi Các khoáng sản vụn quan trọng gổm cát thạch anh, ilmenit, bạch kim, vàng, v.v

K hoáng sản tàn dư gồm các khoáng vật mới được thành tạo trong quá trình phong hóa hóa học như sét, kaolin, bauxit, sat, nickel, v.v

K h o á n g s ả n p h o n g h óa ờ Việt Nam

Cát n guồn gốc phong hóa ở nước ta có quy m ô nhò, ph ân b ố hẹp được sử d ụ n g trong xây dự ng và

cô n g n g h iệp thủy tinh Cát xây dự ng được thành tạo trong v ỏ p hong hóa của các đá cát kết, sạn cuội kết tuổi M esozoi, phân b ố trên n hùng địa hình đổi núi thấp thoải ở vùng Chí Linh (Hải Dương), Q u ế Võ (Bắc N inh), Việt Yên (Bắc Giang), Tam Đảo (Vĩnh Phúc) Cát thủy tinh là sản phẩm biến đổi từ các đá trầm tích lục nguyên hạt thô tuối Trias m uộn nhu ở Thôn B ùng (Bắc N inh) và Phao Sơn (Hải Dương) Các m ỏ này hiện đang được khai thác cung cấp cho các nhà m áy kính ờ Đ áp Cẩu và Hải D ương.

Q uặng ilmenit phong hóa được làm giàu tương đối trong vỏ ferosiallit của các đá gabro, gabrodiabas, granit biotit có chứa ilmenit, trên

n h ừ n g địa hình thuận lợi ở Thái N guyên, Tuyên

Q uang, Hà Tĩnh và Bình Thuận Quá trình phong hóa rửa trôi m ột s ố hợp phần tạo đá cùa các đá xâm nhập có xâm tán ilm enit hàm lượng nghèo và ilm enit

đ ư ợ c làm giàu lên Trong vỏ phong hoá, ilm enit

th ư ờ n g tích tụ nhiều ở đới sét hóa Trên đới này là đât và dưới là đới saprolit Đới sét chứa ilmenit

th ư ờ n g có b ể dày từ 0,5 đến 16m, với hàm lượng ilm en it từ 3 đến 85kg/m 3, cao nhât là 150kg/m 3 Hàm

lư ợ n g ilm enit rất không đổng đều ngay trên phạm vi

m ột m ò.

Đauxit hình thành trong vỏ phong hóa của các đá basalt ở Tây N guyên, Nam Trung Bộ và một s ố nơi ờ Tuy H òa, Q uảng Ngãi, Q uang Trị và Đ iện Biên.