Bài giảng Đá và sự phong hóa đá

1Chương 2: ĐÁ VÀ SỰ PHONG HÓA ĐÁ 1. Các loại đá Theo nguồn gốc thành tạo -đá magma, -đá trầm tích, -đá biến chất. Đá phún xuất Đá biến chất Nhiệt độ, áp suất Đá trầm tích Phong hóa, xói mònNóng chảy 1. Các loại đá Đá magma được hình thành từ kết quả nguội lạnh, đông cứng của dung dịch silicate. Theo nguồn gốc thành tạo: -đá magma xâm nhập (>1,5 km) và -đá magma phun trào (phún xuất). Theo hàm lượng oxide silic + Magma acid (Si2O > 65%) + Magma trung tính (Si2O: 65 - 52%) + Magma mafic (SiO2: 52 - 45%) + Magma siêu mafic (SiO2 < 45%). 21. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo •Thạch anh, •Tràng thạch, •Mica, •Hàm thạch và huy thạch, •Lãm thạch. 1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo •Thạch anh 1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo •Tràng thạch •Tràng thạch kali •Tràng thạch natri •Tràng thạch calci 31. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo •Mica •Mica đen •Mica trắng 1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo •Hàm thạch và huy thạch •là các metasilicate (khoáng vật màu) tương ứng với acid H2SiO3, trong đó H thay bằng các kim loại như Mg, Fe, Ca, có ít chất Al. 1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo •Lãm thạch (olivine) 41. Các loại đá Đá trm tích -Đá trầm tích cơ học -Đá trầm tích hóa học -Đá trầm tích hữu cơ •Nhóm carbonate •Nhóm các khoáng sét •Nhóm sulphate •Nhóm hữu cơ 1. Các loại đá Đá trm tích •Nhóm carbonate calcite magnesite dolomite dolomite 1. Các loại đá Đá trm tích •Nhóm các khoáng sét kaolinite 51. Các loại đá Đá trm tích •Nhóm các khoáng sét montmorillonite mica 1. Các loại đá Đá trm tích •Nhóm sulphate thạch cao anhydrite 1. Các loại đá Đá trm tích •Nhóm hữu cơ đá do các sinh vật vùi dưới đất đã hàng trăm ngàn năm nay kết thành. •Than đá, •Dầu hỏa và •Khí thiên nhiên 61. Các loại đá Đá bin tính -Đá gneiss (gơnai) -Đá hoa -Đá quartzite -Diệp thạch sét Đá gneiss 2. Sự phong hóa -Phong hóa c hc Băng, nước, gió -Phong hóa hóa hc -Sự thủy hóa -Sự thủy phân -Sự oxy hóa -Sự khử hóa -Sự hòa tan -Sự vôi hóa ĐẤT TỪ ĐÁ • Đất ở khắp mọi nơi! • Đất có nguồn gốc từ đâu? • Đất phát triển như thế nào? • Đá có đóng góp gì cho đất? 7Đất • Phẫu diện đất • Và khi lấy đất để lên tay thì chúng ta cảm nhận được các hạt cát, thịt, sét và thành phần chất hữu cơ Đá → Đất • Sự phong hóa là quá trình phá hủy đá, đất và các khoáng vật • Phong hóa gồm hai loại: – Phong hóa cơ học (disintegration) – Phong hóa hóa học (decomposition) epilithic endolithic Sự phong hóa Sự phong hóa đá • Diễn ra ngoài trời (in-situ) • Khác với sự xói mòn (mẫu chất tại một điểm bị lấy đi) 8Phong hóa cơ học (vật lý) bẻ vỡ các đá gốc thành những mảnh vụn mà không làm thay đổi thành phần hóa học của đá chasmolithic đá lớn → đá nhỏ → tinh khoáng swf Phong hóa cơ học (vật lý) Các tin trình 1) Đóng băng/tan băng hoặc do thay đổi nhiệt độ 1 cm3 nước → 1,09 cm3 nước đá chasmolithic Phong hóa cơ học (vật lý) Các tin trình (tt) 2) Rễ thực vật cũng có thể làm nứt rạn các đá 3) Gió mạnh chuyên chở các vật liệu như các hạt cát đi xa và cát lại làm mòn dần các đá nổi trên mặt đất. chasmolithic 9Phong hóa hóa học Các tin trình • Sự thủy hóa • Sự thủy phân • Sự oxy hóa • Sự khử hóa • Sự hòa tan • Sự vôi hóa • Phong hóa hóa học là quá trình các khoáng vật trong đá thay đổi trở thành các hạt nhỏ hơn và dễ bị rửa trôi hơn. Phong hóa hóa học • diễn ra nhanh ở những đá có nhiều góc cạnh (diện tích bề mặt lớn/thể tích nhỏ) • Dần dà các góc nhẵn cạnh bị bào mòn (bo tròn) Phong hóa hóa học là sự phá hủy đá bằng các phản ứng hóa học • Sự thủy hóa là sự kết hợp giữa nước với khoáng, oxide, silicate làm gia tăng thể tích Fe2O3 + H2O → FeOOH Hematite Goethite Fe2O3 + nH2O → Fe2O3.nH2O Stilnopsiderite CaSO4 + 2H2O → CaSO4.2H2O Thạch cao 10 Phong hóa hóa học • Sự thủy phân là do sự phân lìa nước thành ion H+ và ion OH-. có thể có tác dụng như một acid hay một base trên các tinh khoáng Sự phân lìa này càng mạnh nếu nhiệt độ càng lớn K2O.Al2O3.6SiO2 + 3H2O → Al2O3.2SiO2.2H2O + 2KOH + 4SiO2 Trực tràng Kaolinite Phong hóa hóa học FeMg.2SiO4 + 9H2O + O2 → 2Si(OH)4+ 2Fe(OH)3 + 2Mg(OH)3 Olivine Silice ròng ngậm nước • Sự oxy hóa oxy có thể thâm nhập thành phần của các khoáng dễ dàng chất sắt rất dễ bị oxy hóa làm cho các khoáng này bể nhỏ ra Sự oxy hóa đi kèm với sự thủy hóa hoặc thủy phân Phong hóa hóa học Fe2O + 4SO42- + 8CH2O + 1/2O2 → 2FeS2 + 8HCO3- + 4H2O pyrite • Sự khử hóa xảy ra nơi mà các vật liệu đất bị bão hòa nước (oxy không thể thâm nhập thành phần của các khoáng) 11 Phong hóa hóa học • Sự hòa tan CaCO3 + 2H+ + 2OH- → H2CO3 + Ca2+ + 2OH- Sự phong hóa này có thể gia tăng khi nhiệt độ tăng Phong hóa hóa học CaCO3 + CO2 + H2O
Ca(HCO3)2 • Sự vôi hóa tác dụng của nước chứa CO2, các loại đá vôi sẽ thành bicarbonate dễ hòa tan Phong hóa hóa học • Phong hóa hóa học tạo các hạt sét để cây trồng có thể phát triển được • Hỗn hợp gồm xác cây mục và các loại hạt (sét, thịt, cát) hình thành nên đất 12 Sự phong hóa • Sự phong hóa vật lý và hóa học diễn ra đồng thời Phong hóa vật lý phá vỡ đá thành nhiều mãnh làm tăng diện tích bề mặt để cho phong hóa hóa học tiếp tục phá vỡ đá nhỏ xuống kích thước nhỏ hơn Sự phong hóa phụ thuộc lớn vào điều kiện khí hậu • Nơi nào có nhiều nước thì sự phong hóa diễn ra nhanh hơn. • Nhiệt độ cao cúng làm cho sự phong hóa diễn ra nhanh hơn. Sự phong hóa Ngược lại • Ở vùng khí hậu khô hạn thì sự phong hóa diễn ra rất chậm. • Tuy nhiên, sự phong hóa cơ học có thể diễn ra nhanh hơn một ít do tác động của nhiệt độ 13 Sự phong hóa đá sản sinh ra các hạt đất • Khi nhìn thấy các hạt cát, ta có thể xác định được loại đá mà đã phong hóa để hình thành chúng Các loại đá khác nhau trên thế giới • Italy • Hawaii • Madeline Is. Wisconsin • St. Peter Sandstone, St. Paul, MN Các yếu tố hình thành đất • Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian Đất ở những vị trí khác nhau là khác nhau bởi vì tác động của những yếu tố này khác nhau ở từng vị trí. 14 Các yếu tố hình thành đất • Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian
Nhit đ  sự phát triển của đất: Nóng hơn = Nhanh hơn Lạnh hơn = chậm hơn
M a - Nhiều hơn = rửa trôi nhiều hơn
Vùng rửa trôi - được xác định bằng vị trí của CaCO3 trong phẫu diện Nhiệt độ và mưa ảnh hưởng đến sét, carbonate và chất hữu cơ 15 Nhiệt độ và mưa ảnh hưởng đến pH đất Chỉ số khô khan (I): P T + 10 Trong đó: P: Lượng mưa trung bình T: Nhiệt độ trung bình I = Ví dụ: - Ở Phan Rang 690 28 + 10 pH đất: 6 – 6,5 IP = = 18 - Ở Huế 3000 25 + 10 pH đất: 4,5 – 5,5 IP = = 85 Các yếu tố hình thành đất • Khí hậu: Vùng nhit đ i hoc cn nhit đ i, s phong hóa th ng rt mnh. Oxide Fe, Al SiO2 và các base Rửa trôi swf Các yếu tố hình thành đất • Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian 16 • Thực vật – cung cấp chất hữu cơ Đồng cỏ: hệ thống rễ cỏ cung cấp chất hữu cơ trên 60 cm đất Ap A AB Bg Rừng: lá rụng trên mặt đất mỗi năm cung cấp chất hữu cơ trên 1 dm Rừng & đồng cỏ • Tấm lá chắn sinh học che chở cho đất • Bổ sung thành phần hữu cơ cho đất – Nhờ vào sự thay đổi của thực vật trên 8000 năm qua, đất được hình thành dưới những cánh rừng và đồng cỏ 17 Yếu tố hình thành đất – SINH VẬT • Động vật ~ trộn đất – Động vật thân mềm (giun đất), – Chân đốt, – Thú có thể hình thành cấu trúc của tầng đất. Yếu tố hình thành đất – SINH VẬT • Vi sinh vật – Phong phú với nhiều chủng loại – Có thể có tới hàng trăm triệu con / 1 g đất. – Các quá trình có sự tham gia của VSV: • phân giải xác hữu cơ, • hình thành mùn, • chuyển hoá đạm trong đất, • cố định đạm từ khí trời – Sinh khối vsv lớn, góp phần cung cấp chất hữu cơ và tạo độ phì đất. Tiến trình xảy ra ở vùng có ảnh hưởng của sinh vật: (a) sự hấp thụ năng lượng và các chất thông qua quang hợp; (b) sự phân hủy chất dư thừa của thực vật; (c) sự trao đổi cation và (d) sự tạo thành các phức giữa khoáng và chất hữu cơ. 18 Các yếu tố hình thành đất • Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian Yếu tố địa hình • Các tầng khác nhau trong đất là do sự khác nhau của mực thủy cấp • Phân cấp sự thoát thủy – Thoát thủy tốt – Thoát thủy trung bình – Thoát thủy yếu – Thoát thủy kém Đất phát triển tốt ở vùng thoát thủy tốt Đất ít phát triển nhất ở vùng bị rửa trôi, Đất tích tụ các thành phần từ địa hình cao Đất ngập nước 19 Các đốm màu sáng càng gần bề mặt Tốt Trung bình Yếu Kém Phân cấp sự thoát thủy Địa hình – xói mòn & tích tụ Vùng trên cao bằng phẳng Vùng triền đồi có độ dốc lớn Vùng triền đồi thoai thoải Vùng chân đồi Vùng trên cao bằng phẳng (Summit) ít bị xói mòn nhất và đất có mức độ phát triển nhất (sự phân tầng rõ nhất) Vùng triền đồi thoai thoải (Backslope) giống như vùng summit trừ khi độ dốc lớn hơn 20%. 20 Vùng triền đồi có độ dốc lớn (shoulder) Xói mòn nhiều nhất Sự thấm nước ít nhất ⇒ đất có mức độ phát triển kém nhất Ap Bw Bk BC C Vùng chân đồi (footslope) • Tích tụ vật liệu từ vùng cao • Nó cũng có thể bị rửa trôi do nước Ap A1 A2 A3 AB Btg Water Ví dụ ở Minnesota? Sườn đồi phía Nam - ít cây cối - đất có mức độ phát triển ít hơn Sườn đồi phía Đông - nhiều cây cối - đất có mức độ phát triển nhiều hơn 21 Các yếu tố hình thành đất • Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian Mẫu chất Đất được hình thành chủ yếu từ các loại mẫu chất sau: • Sandstone • Limestone • Basalt • Granite 22 Sự vận chuyển của mẫu chất • Do nước (lắng tụ) = trầm tích hồ, trầm tích biển, phù sa (Alluvium) • Do gió = trầm tích do gió cuốn (loess) • Do trọng lực = sườn tích, tụ thổ (colluvium) • Do băng hà = trầm tích do băng hà (Glacial) alluvium colluvium Trầm tích do gió cuốn Loess – các hạt thịt (0,05 - 0,002mm) Đụn cát (eolian sand) Các yếu tố hình thành đất • Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian 23 Yếu tố hình thành đất - THỜI GIAN • Sinh vật và khí hậu tác động lên mẫu chất và địa hình theo thời gian • Tuổi của đất được xác định dựa trên mức độ phát triển của đất chứ không phải là số năm mà nó hình thành • Bao lâu để gọi là đất già thì tùy thuộc vào mật độ của các tiến trình hình thành đất hay của 4 yếu tố hình thành đất bên trên Phân loại tuổi Young Juvenile A C A Bw C Mature A E Bt C Adult A E Bt1 Bt2 Old Age “Senile” A E Btqm Bqm Tính chất của đất già • Mất chất dinh dưỡng (các base) = pH thấp làm cho đất chua hơn • Tăng hàm lượng sắt làm cho đất có màu nâu hoặc đỏ hơn • lớp mẫu chất bị Phong hóa sâu hơn làm cho đất có phẫu diện sâu hơn 24 Soil profile Soil pedon O A Ae B C Soil horizons • Sự hình thành tầng đất.Tầng đất swf 25 Tầng đất Tầng mặt: chứa nhiều CHC (Tầng canh tác) rửa trôi sét và khoáng Tầng tích tụ: ít chất hữu cơ (Tầng oxy hóa) tích tụ sét và khoáng Tầng mẫu chất vật liệu phong hóa (Tầng khử) Tầng đất Tầng đất O - chứa nhiều chất hữu cơ >35%. H - chứa ít chất hữu cơ A - được hình thành từ khoáng và chất hữu cơ có màu tối E - rửa trôi sét và hầu hết các khoáng, có màu sáng do cát và thịt B - tích tụ sét và khoáng (gồm Fe,Al oxide, CaCO3) từ tầng trên C - tầng mẫu chất chứa vật liệu phong hóa R - tầng đá 26 Tầng đất Tầng mặt: H - Tầng tích lũy CHC - Độ dày 20 – 40 cm (có thể đến 60 cm) - Carbon hữu cơ: ≥ 18% nếu sét ≥ 60% (OC) ≥ 12% nếu sét = 0% A Tầng tích lũy chất mùn - Ah: tích tụ CHC nhưng không đạt OC như tầng H - Ap: đầng đất chịu ảnh hưởng của cày xới - Aph: đầng đất vừa chịu tác động của cày xới vừa tích tụ CHC Tầng đất Tầng bên dưới: B: tích tụ sét và khoáng (gồm Fe,Al oxide, CaCO3) - Bg: có đốm rỉ - Bj: có đốm jarosite (vàng rơm) - Bt: Tích tụ sét (giồng cát) C - tầng khử do nước ngầm. Chứa vật liệu dễ bị biến đổi hoặc vật liệu hình thành nên các tầng bên trên. - Cr: Tầng C trong điều kiện khử - Cpr: Tầng chứa vật liệu sinh phèn o A E B C R TOP SOIL SUBSOIL Tầng đất 27 Tầng đất Tầng đất Tầng đất 28 Tầng đất Một số phẫu diện đất của Việt Nam Một số phẫu diện đất của Việt Nam 29 Một số phẫu diện đất của Việt Nam Một số phẫu diện đất của Việt Nam