التجوية الكيميائية وأنواعها

ما هي التجوية الكيميائية

تعد عملية تعرية المعادن والصخور وتفكيكها وتضعيفها في ظل البيئة المحيطة بها، وذلك نتيجة لتفاعلات كيميائية ناتجة عن تفاعلها مع الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء، بالإضافة إلى الأحماض. يعتبر التجوية السبب الرئيسي وراء التباين في الخصائص بين الصخور، وهي أيضا السبب الرئيسي في تشكل الكهوف المميزة، مثل كهف أبو الهول في مصر، وتسبب أيضا في تشققات الهياكل الصخرية القديمة .

أنواع التجوية الكيميائية

توجد عدة أنواع مختلفة للتجوية الكيميائية، وكل نوع يختلف عن الآخر في العديد من الخصائص، ويمكن أن يتواجد أكثر من نوع في نفس البيئة ويعملوا سويًا على التأثير على الصخور والأملاح، ويمكن أيضًا أن يتواجد نوع واحد فقط دون الآخرين، ويشمل ذلك الأنواع التالية:

التكربن Carbonation

تتفاعل الأمطار عند تواجدها في الجو مع ثاني أكسيد الكربون الذي يكون حمض الكربونيك الذي له أثر كبير في إذابة بعض المعادن ومع أنه حمض ضعيف جدًا إلا أنه يتفاعل مع كربونات الكالسيوم الموجودة في الحجارة فيؤثر على الصخور والأحجار ويذيبها ويعتبر الحجر الجيري من أكثر أنواع الحجارة تأثرًا بالتكربن ومن أمثلة الحجر الجيري الذي تم كربنته الهياكل الشهيرة الموجودة بكارست جنوب الصين ويوجد الكارسيت في العديد من دول العالم متمثلًا في الكهوف والجداول المائية والتكوينات الصخرية المميزة .

الأكسدة Oxidation

الأكسجين هو العنصر الأساسي في تفاعلات الأكسدة والاختزال، ويتفاعل مع الصخور عن طريق عملية تسمى الأكسدة. والأكسدة هنا في الصخور تشير إلى عملية تكوين الصدأ أو أكسيد الحديد، وذلك نتيجة تفاعل الأكسجين مع الحديد لتكوين أكسيد الحديد أو الصدأ. وهذا هو السبب الرئيسي وراء تغيير لون الصخور وتحويلها إلى اللون الأحمر. بالإضافة إلى ذلك، يجعل الصخور التي تتعرض للصدأ أكثر عرضة للكسر وأكثر هشاشة، وذلك بسبب وجود نسبة عالية من الحديد في المعادن مثل البيروكسين والأمفيبو، وهذه المعادن تتأثر بعملية الأكسدة .

التأدرات Hydration

وتسمى هذه العملية بالترطيب بسبب امتصاص المعادن من المياه وتفاعلها الكيميائي مع الصخور، مما يحولها إلى شكلها المائي ويغير تركيب المعدن. ويؤدي ذلك إلى زيادة حجم المعدن ونقاوته وزيادة الفراغ فيه. على سبيل المثال، عند إضافة الماء (H2O) إلى كبريتات الكالسيوم (CaSO4)، يتم تشكيل ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم، ويتحول الجبس إلى هذا المركب الجديد والمختلف. وتحدث هذه العملية في نصب الرمال البيضاء في نيو مكسيك .

التحلل المائي Hydrolysis

الماء من العناصر التي قد تؤدي إلى إذابة مادة ما وتغييرها كيميائيًا ويتم ذلك في عملية تسمى التحلل المائي وهي تعني تفاعل المياه والحمض الموجود به مع المعادن الموجودة داخل أنواع معينه من الصخور فيؤدي ذلك إلى تحللها فالطين مثلًا ينتج من الفلسبار وكذلك يتم تحويل معادن الصوديوم إلى محلول مياة ملحي ومن أشهر الأماكن الناتجة عن التحلل المائي المنحدرات المتوهجة الموجودة في إستراليا .

التحمض Acidification

التحمض هو عملية تشير إلى التفاعل بين الصخور والأحماض مثل المطر الحمضي، الذي ينتج عن احتراق الوقود الأحفوري والفحم، أو حتى البراكين. يتكون المطر الحمضي من المياه التي تحتوي على حمض الكبريتيك والنيتريك، وتحدث تفاعلات بينها وبين الصخور عند ارتطامها بها، مما يؤدي إلى تغيير تركيبتها وتآكلها. بالإضافة إلى المطر الحمضي، هناك أيضا مجموعة من الطحالب والفطريات التي تسبب التحمض، مثل الأشنات. تؤدي هذه الطحالب والفطريات إلى تجوية سريعة وتغيير لون الحجر. ومن أمثلة التجوية الناتجة عن التحمض بسبب الطحالب والفطريات، تمثال بوذا ليشان الصيني الذي يتحول لونه إلى الأسود .

الإختزال REDUCTION

هذه العملية هي العكس التام لعملية الأكسدة، حيث تتمثل في إزالة الأكسجين من الصخور والعناصر والمعادن. تؤدي هذه العملية إلى تغير لون التربة وتحويلها إلى اللون الأخضر أو الأزرق أو حتى الرمادي. كما تعمل على تحويل الحديد إلى مركبات حديدية عند وجود الماء، وفي حالة نقص الأكسجين أو عدم توفره، يحدث تفاعل الاختزال حيث يتم تحويل الحديد من حالة الأكسيد إلى حديدوز

2Fe2O3 (الهيماتيت) – O2 → 4FeO (أكسيد الحديد)

الإذابة solubility

يعد الماء عنصرا قويا عندما يحتوي على ثاني أكسيد الكربون أو أملاح أو بعض الأحماض العضوية، حتى لو كانت هذه الأحماض خفيفة مثل النيتريك والفسفوريك. تزيد قابلية الأملاح للذوبان مع زيادة درجات الحرارة، مما يجعل الماء مكانا مناسبا لتكوين روابط بين جزيئات الماء وإطلاق الأيونات. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحلل الجبس إلى كبريتات في الماء، ووجود كميات كبيرة من الكبريتات في المياه الطبيعية يمكن أن يتسبب في تآكل الأسمنت. يمكن إعادة تشكيل الجبس في المياه المشبعة بالكبريتات عن طريق استبدال الكالسيت في الحجر المسامي، مما يؤدي إلى تآكل الملح، مثل تحويل الكالسيت إلى بيكربونات الكالسيوم CaCO3 .

أين تحدث التجوية الكيميائية

يمكن أن تحدث التجوية الكيميائية في المناطق ذات المناخ الرطب والدافئ، وهذا يعتبر المناخ الأمثل لحدوثها. وتحدث هذه العملية بشكل أسرع في المناطق ذات درجات حرارة عالية مثل المناطق الاستوائية، وتكون أسرع بكثير من المناطق الباردة وتواجد الماء. وتعتبر التجوية الكيميائية مرحلة أكسدة وتحلل الماء الأولى في إنتاج التربة بشكل خاص .

عناصر التجوية

يوجد العديد من العوامل الكيميائية التي تؤثر على الصخور والمعادن، مثل

• المناخ : حيث تؤثر درجات الحرارة والأمطار على الصخور ومعدل التهوية الكيميائية .
• التربة : حيث تؤثر التربة على معدل التجوية الكيميائية وذلك لأن التربة تحتفظ بمياه الأمطار وتعرض الصخور المغطاه بها لفترة أطول من التفاعلات الكيميائية مع المياه وذلك أكثر كثيرًا من الصخور التي لا تغطيها التربة هذا بالإضافة إلى إحتواء التربة على الكائنات الحية والبكتيريا والنباتات التي تزيد من حمضية البيئة المحيضة بالصخور .
• المعادن : تلعب المعادن الموجودة في الصخور التربوية دورًا كبيرًا في التهوية، حيث تساعد على تسريع عملية التحلل بشكل أسرع من الصخور المعرضة للهواء .
• مدة التعرض : يزداد تفكك وتحلل المواد المعرضة لعوامل التلوث كلما طالت فترة التعرض لتلك العوامل .

أنواع تجوية أخرى

هناك أنواع متعددة من التغيرات الجوية التي تختلف بشكل كبير عن التغيرات الكيميائية، وجميعها تؤثر على الأرض بطرق مختلفة وتأثيرات متنوعة. فمن بينها التغيرات البيولوجية والتغيرات الفيزيائية. والاختلاف بين التغيرات الكيميائية والفيزيائية هو أن التغيرات الفيزيائية تؤدي إلى تغيير الصخور دون وجود أي مكون كيميائي، مثل تشكل الأرض الناتج عن الحركة الطبيعية للقشرة الأرضية. أما التغيرات البيولوجية فهي نتيجة لضعف الصخور وتأثيرها على الكائنات الحية مثل نمو النباتات عبر الصخور. وجميع أنواع التغيرات الجوية تعمل معا في عملية تآكل الأرض وتغيرها .

طرق تقليل التجوية

يمكن استخدام عدة طرق لتقليل عملية التجووية ومحاولة السيطرة على التغيرات التي تحدث للصخور والمعادن، ومن بين هذه الطرق:

• يتم محاولة تقليل الشقوق التي تحدث في الصخور بسبب تسرب المياه وتجمدها من خلال استخدام الملح، فعندما ينخفض مستوى الحرارة ويتواجد الملح، يمنع الملح الماء من التجمد، مما يسمح بملء الصخور بالملح وحتى استخدام الأسمنت في هذا الأمر .
• يمكن استخدام حواجز الرياح لتقليل الهواء المتداول أيضًا
• يمكن استخدام مواد خاصة لمنع التسرب والتحلل على الأسطح التي يتم منع تدفق الهواء فيها .
• إزالة الأعشاب الضارة بإستمرار .
• تتضمن إزالة وتكسير الأشناتوالطحالب وما يترتب عليها من تحلل .