Bài giảng Chương 4: Phong hóa

CHƯƠNG 4 – PHONG HÓAPhong hóa là hiện tượng địa chất ngoại sinh, làm phá hủy thành phần và cấu 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 hóaSản 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 đọngVật liệu phong hóa tích tụ nằm trực tiếptrên bề mặt đá chưa bị phong hóaTheo tác nhân và cơ chế gây phong hóa, người ta chia làm ba loại phong hóa: 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.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.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 họcPHONG HÓA CƠ HỌCBản 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 tủy đó được diễn ra do các nguyên nhân sau: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, khi 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.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 hơnNứt nẻ do giải phóng áp suấtKhe nứt bị mở rộng khi nước đóng băngCột đá bị bào mòn do gió và cátPhá hủy, bào mòn do ma sát: các mảnh vụn trong quá trình vận chuyển bị cọ xát và bào mòn lẫn nhau.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.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 trưởnglàm cho đá bị nứt táchPHONG HÓA HÓA HỌCBản 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:Phương thức hòa tan: các khoáng vật bị hòa tan trong nước tạo thành các ion tự do. CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2Kết 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 nàyMăng/cột & nhũ đá phát triển trong hang karstPhương thức oxi hóa (có sự tham gia của oxi): FeS2 + nH2O → FeSO4 + Fe2(SO4)3 → Fe2O3 + nH2OPhương thức hydrat hóa (có sự tham gia của nước): CaSO4 (anhydrit) + H2O +CaSO4.2H2O (thạch cao)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 gốcLiên quan đến vỏ phong hóa có nhiều mỏ khoáng sản có giá trị cao do hàm lượng quặng được làm giàu thứ sinhVỏ phong hóa lateriteCác yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phong hóa và chiều dày vỏ phong hóa:Thành phần thạch họcChế độ phá hủy kiến tạo: đá dập vỡ mạnh dễ phong hóa hơn đá nguyên khốiĐiều 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 lạnhYếu 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 hơnTai biến địa chất liên quan đến vỏ phong hóa và hiện tượng phong hóa phổ biến nhất là:làm suy yếu nền móng công trìnhGây lên hiện tượng lở đất ở những vùng địa hình dốcGián tiếp gây lên hiện tượng lũ bùn, lũ quét,