لماذا تكون التجوية الكيميائية سريعة في المناطق الاستوائية

تعريف التجوية

التجوية Weathering هي عملية تكسر أو إذابة الصخور والمعادن الموجودة على سطح الأرض، وبمجرد تكسرالصخور تقوم عملية أخرى تسمى التآكل بنقل الأجزاء التي تكسرت من الصخور والمعادن إلى أماكن بعيدة، ولا توجد صخرة على سطح الأرض مهما كانت صلابة قادرة على مقاومة عوامل التجوية والتعرية.

يمكن تعريف عملية التجوية على أنها “عمليات فيزيائية (ميكانيكية) أو كيميائية سطحية تؤدي إلى تفتت الصخور.

ويوجد نوعين من أنواع التجوية، وهما إما:

• تجوية ميكانيكية (تجوية فيزيائية).
• تجوية كيميائية.
• والتجوية الميكانيكية

تختلف التهوية الكيميائية عن التهوية الميكانيكية في أنها تؤدي إلى تغيير في التركيب، في حين لا تؤدي التهوية الميكانيكية إلى تغيير التركيب الأصلي للصخور.

عوامل التجوية

وهناك عدة عوامل مختلفة تسبب عملية التجوية، منها:

• التجمد والانصهار
• النباتات والحيوانات
• الأحماض
• الأكسجين

تختلف تلك العوامل في طريقة عملها، حسب نوع التجوية التي تحدث، سواء كانت التجوية ميكانيكية أو كيميائية، وسوف نشرح التجوية الكيميائية وأنواعها.

تعريف التجوية الكيميائية

يحدث التجوية الكيميائية بسبب تفاعل الماء الناجم عن الأمطار مع الحبيبات المعدنية في الصخور، وذلك لتكوين معادن جديدة وأملاح قابلة للذوبان، وتكون هذه التفاعلات بشكل خاص عندما يكون الماء حمضيا قليلا.

ويمكن تعريف عملية التجوية الكيميائية بأنها: تحلل الصخور وتحول بعض مكوناتها إلى معادن أخرى نتيجة العوامل البيئية المحيطة وحدوث عدة تفاعلات كيميائية بين المعادن المكونة للصخر.

تعتبر المعادن الموجودة في التربة، بما في ذلك الكوارتز، من بين المنتجات الثانوية الشائعة للعمليات الكيميائية، حيث تشكل التربة حوالي 40٪ من المواد الكيميائية الموجودة في جميع الصخور الترسيبية على الأرض.

وبالرغم من أن التهوية عملية طبيعية، إلا أن الأنشطة البشرية يمكنها تسريعها، على سبيل المثال، تزيد بعض أنواع التلوث الهوائي من معدل التهوية، كما يؤدي حرق الفحم والغاز الطبيعي والبترول إلى إطلاق مواد كيميائية مثل أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، وعندما تتفاعل تلك المواد الكيميائية مع ضوء الشمس والرطوبة، تتحول إلى أحماض، ثم تعود تلك الأحماض إلى الأرض كأمطار حمضية، وتسرع الأمطار الحمضية عملية التهوية في الحجر الجيري والرخام وأنواع أخرى من الصخور.

عوامل التجوية الكيميائية

وتشمل عوامل التجوية الكيميائية:

• الأحماض الطبيعية
• الأكسجين الموجود في الهواء.

تأثير الأحماض الطبيعية على الصخور

عند وضع أحد الأحماض على الصخور، سوف نلاحظ تأثيرها على الصخور، حيث يتفاعل الحمض مع الصخر ويسبب تغييرًا في التركيب الكيميائي للصخر، وهذا هو ما يحدث مع الأحماض الطبيعية عند لمسها الصخور.

على سبيل المثال: عندما يتفاعل معدن الفلسبار الذي يشكل الصخور مع حمض الكربونيك، يتحول إلى معدن جديد يعرف بالكاولين. تركيبة الفلسبار تتضمن نسبا مختلفة من المكونات، حيث يحتوي على البوتاسيوم بنسبة 8% والألومنيوم بنسبة 8% والسيليكا بنسبة 23% والأكسجين بنسبة 61%. أما تركيبة الكاولين، فتتكون من الهيدروجين بنسبة 23% والألومنيوم بنسبة 12% والسيليكا بنسبة 12% والأكسجين بنسبة 53%، على الرغم من أنه يحتوي أيضا على بعض المعادن الموجودة في الفلسبار.

تؤدي أحماض النباتات التي يتم إفرازها من جذور النباتات إلى تفاعلها مع الصخور، حيث تفرز بعض النباتات حمض النيتريك، ويتفاعل هذا الحمض مع الصخور ويعمل على إذابة المعادن الموجودة فيها، مما يجعل ما تبقى من الصخورهشًا وسهل الفتتان إلى قطع صغيرة.

أثر الأكسجين على الصخور

الأكسجين هو أحد العناصر الكيميائية الأساسية للتجوية، حيث يتفاعل مع المعادن التي تشكل الصخور في عملية تسمى الأكسدة، مما يحولها إلى مركبات هشة، ويؤدي ذلك بدوره إلى ضعف وتفتت الصخور.

يمكن أيضًا ملاحظة تغير لون الصخور التي تحتوي على الحديد والتي تتفاعل مع الأكسجين لتصبح بلون أحمر أو برتقالي.

لماذا تحدث التجوية الكيميائية بسرعة في المناطق الاستوائية

تتأثر سرعة التجوية الكيميائية بالمناخ، حيث تحتاج هذه العمليات الكيميائية إلى الماء، وتحدث بشكل أسرع في درجات حرارة مرتفعة، لذلك يحدث التجوية الكيميائية بسرعة في المناطق الحارة الرطبة.

تتميز المناطق الاستوائية بالرطوبة والحرارة العالية في معظم الوقت، مما يجعل التهوية الكيميائية في هذه المناطق سريعة وفعالة.

ما هي أشكال التجوية الكيميائية

تتنوع أشكال التجوية الكيميائية، وتشمل أنواعا مثل

• الحل (الكربنة)

في هذه الحالة، يتم إزالة الصخور تحت تأثير مياه الأمطار الحمضية. عندما ينزل المطر من السماء ويصل إلى الأرض، يحمل ثاني أكسيد الكربون، وهذا الأمر يؤدي إلى تكوين حمض الكربونيك. يتفاعل هذا الحمض الضعيف مع كربونات الكالسيوم الموجودة في الصخور عندما يتسرب إلى الشقوق. ويؤثر هذا التفاعل بشكل خاص على الحجر الجيري بسبب احتوائه الكبير على كربونات الكالسيوم. تؤدي تلك التفاعلات إلى تشكيل هياكل صخرية فريدة مثل الكارست، وتوجد الكارست في جميع أنحاء العالم، وتشمل الكهوف والبحيرات والأنهار وتضاريس صخرية فريدة من نوعها.

• التميؤ (الترطيب)

التميؤ هو عملية تفاعل الأسمدة الكيميائية مع الماء والتربة، وهذا يؤدي إلى تعديل تركيب المعادن الكيميائي في التربة، مما يؤدي إلى فقدان صلابتها أو زيادة حجمها وتمددها، وهذا يؤدي في النهاية إلى تكسير التربة وتشققها.

واحدة من الأمثلة على عملية الترطيب هي عندما يتم إضافة الماء إلى كبريتات الكالسيوم (CaSO4) لتشكيل ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم (CaSO4 + 2H2O)، حيث يتحول من الأنهيدريت إلى الجبس. ومثال آخر على إضافة الماء إلى الأنهيدريت كيميائيا لإنشاء مركب جديد تماما هو في الجبس. وقد حدثت هذه العملية في الكثبان الرملية في منتزه ساندر الوطني في الولايات المتحدة الأمريكية.

• التحلل المائي

يمكن إضافة الماء إلى مادة لإنتاج مادة جديدة مثل عملية الترطيب، ولكن هناك حالة أخرى يمكن أن يؤدي فيها الماء إلى تغيير خصائص الصخور وهي عملية التحلل المائي. في هذه العملية، يعمل الحمض الموجود في الماء على ذوبان المعادن داخل صخور معينة. أمثلة على التحلل المائي تشمل تحويل الفلسبار إلى طين وتحويل معادن الصوديوم إلى محاليل مالحة. وتتم إنشاء المنحدرات المتوهجة في أستراليا جزئيا عن طريق التحلل المائي.

• التحمض

ربما سمعت عن المطر الحمضي، ومع ذلك، فإن معظم الناس لا يعرفون ما هو أو كيف يساهم في التلوث الكيميائي، فالمطر الحمضي هو مياه تحتوي على حمض الكبريتيك والنتريك الذي يتكون نتيجة احتراق الفحم والوقود الأحفوري والانفجارات البركانية.

تخلق الأحماض تفاعلا عند اصطدامها بالحجر، مما يتسبب في تآكل السطح وتنعيم تركيبته، ويمكن أن يحدث التحمض أيضا بسبب كائنات حية مثل الأشنات، والتي يتم إنشاؤها من الطحالب والفطريات، وإحدى الحالات المعروفة للتحمض السريع وسواد الحجر هي التجوية على تمثال بوذا ليشان العملاق البالغ من العمر 1000 عام في الصين.

• الأكسدة

في هذه العملية، تتكسر الصخور بفعل الأكسجين والماءمما يؤدي إلى ظهور سطح صدئي ملون على الصخور الغنية بالحديد في كثير من الأحيان بسبب العوامل الجوية، وتكون المادة الحمراء الناتجة عن التأكسد هشة للغاية مما يؤدي إلى تفتت الصخور.