Các quá trình địa chất ngoại sinh

Các quá trình địa chất ngoại sinh là các quá trình xảy ra trên bề mặt và gần bề mặt Trái Đất (hay trên bề mặt thạch quyển).  Chức năng là: Phá huỷ, vận chuyển và bồi tụ. CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊA CHẤT NGOẠI SINH DẠNG ĐỊA HÌNH NÚI CÓ NGUỒN GỐC ? DẠNG ĐỊA HÌNH XÓI MÒN CÓ NGUỒN GỐC ? NGOẠI LỰC 1. Khái niệm Ngoại lực là lực có nguồn gốc bên ngoài, trên bề mặt Trái Đất. 2. Nguyên nhân Nguồn năng lượng sinh ra ngoại lực chủ yếu là nguồn năng lượng của bức xạ mặt trời. TÁC ĐỘNG CỦA NGOẠI LỰC ĐẾN ĐỊA HÌNH BỀ MẶT TRÁI ĐẤT Biểu hiện: Ngoại lực tác động đến địa hình bề mặt Trái Đất: CÁC YẾU TỐ ? NHIỆT ĐỘ MƯA DÒNG NƯỚC GIÓ BỀ MẶT ĐẤT CÁC DẠNG ĐỊA HÌNH KHÁC NHAU 5.1. QÚA TRÌNH PHONG HÓA  Q/trình ph/hóa - toàn bộ các h/tượng ph/hủy cơ học và ph/giải h/học k/vật + đá dưới t/dụng của sự thay đổi To, H2O, O, CO2, các loại acid, sinh vật.  Xảy ra mạnh mẽ ở gần b/mặt TĐ (chịu t/động tr/tiếp của á/sáng MT, khí quyển, thủy quyển và sinh quyển.  Q/trình ph/hóa chia 2 loại: ph/hóa vật lý và ph/hóa h/học (+ ph/hóa sinh học) Phong hóa vật lý - sự phá hủy đá và k/vật  mảnh vụn k/thước khác nhau do tác dụng cơ học (không có sự biến đổi về thành phần hóa học) 5.1.1. Quá trình phong hóa vật lý 5.1.1.1. Tác dụng phong hóa nhiệt  Kh/năng h/thụ nhiệt MT của đá giảm theo chiều sâu,  từng loại k/vật.  Tất cả k/vật: nóng giãn ra, lạnh co lại Vk/vA # Vk/vB  Sự nung nóng không đ/đều của đá  x/hiện ƯS ở tiếp xúc giữa các hạt.  Nhiều lần co, nở mối l/kết giữa các k/vật bị ph/hủy  x/hiện kh/nứt, đá tách thành từng khối ph/hủy, vỡ vụn  dăm, sạn, cát...  h/thành sa mạc...  Màu sắc: k/vật, đá màu tối h/thụ tia sáng MT mạnh hơn  phá hủy nhanh hơn.  Đá đa khoáng dễ ph/hủy hơn vì có nhiều k/vật sẽ có các hệ số giãn nở khác nhau.  Đá hạt càng lớn thì càng chóng bị ph/hủy.  Kh/nứt trong đá càng nhiều thì đá càng dễ bị ph/hủy. Khi To th/đổi, các k/vật giãn nở ra hoặc co rút lại Những y/tố ả/hưởng đến ph/hóa nhiệt:  Biên độ dao động nhiệt giữa các mùa trong năm, giữa ngày và đêm.  Sự không đồng nhất về TP của đá.  Màu sắc.  Kích thước hạt k/vật trong đá.  Đá bị nứt nẻ nhiều càng ph/hóa mạnh. Đá vỡ ra do sự thay đổi To đột ngột 5.1.1.2. Tác dụng phong hóa cơ học Ph/hóa cơ học = q/trình ph/hóa: các tác nhân v/lý gây ph/hóa. Ph/hóa cơ học phá vỡ đá gốc  mảnh vụn, không th/đổi TP h/học đá.  Ph/hóa cơ học  tăng diện t/xúc bề mặt  tăng q/trình ph/hóa h/học. Những y/tố ảnh hưởng đến ph/hóa cơ học:  Do nước (chảy, đóng băng) trong các khe nứt của đá.  Do sư kết tinh của muối trong khe nứt của đá.  Do giãn nở vì nhiệt: đá bị tẩm ướt và phơi khô theo chu kì  Do sinh vật: sự lớn lên của rễ cây trong k/n đá, h/động động vật, con người. (nâng khu vực) (vài km) (Căng giãn) (Tách bóc lớp) (Tách bóc lớp)(khớp tấm) Tách bóc lớp (exfoliation) Tách bóc lớp (exfoliation) Khối đá bị bong xước thành các lớp đồng tâm Vòm bóc lớp (exfoliated domes) Yosemite Cát kết bền vững hơn Đá sét kết kém bền vững hơn Mài mòn (abrasion) Mài mòn (abrasion) Cả gió và nước đều có thể mài mòn làm bật các mảnh vụn (các hạt) trong đá ra Mài mòn (abrasion) Mài mòn do ? Mài mòn do ? Phong hóa do nước đóng băng Khi nhiệt độ xuống thấp, nước trong các khe nứt bên trong các lớp đất đá đóng băng làm tăng thể tích và tác động lên thềm khe nứt những áp lực rất lớn phá huỷ đá Nêm băng (frost wedging): Nêm băng (frost wedging): hiện tượng đá bị nứt vỡ do sự mở rộng của các khe nứt khi nước trong đó đóng băng Đóng băng Tan băng Phong hóa bóc cầu (spheroidal weathering): Phong hóa theo thời gian từ khối hộp chữ nhật chuyển thành “khối cầu” Phong hoá cơ học do muối khoáng kết tinh Khí hậu khô khan: q/trình bốc hơi nước diễn ra rất mạnh. Khi nước bốc hơi muối khoáng sẽ đọng lại, trong q/trình muối kết tinh, thành mạch mao dẫn chịu một áp lực rất lớn, khiến cho bề mặt đá bị nứt. Tinh thể tăng trưởng (kết tinh) - Crystal Growth Wedging Hoạt động của con người Hoạt động của con người cũng góp phần làm phá huỷ đá, tuy phạm vi không rộng khắp nhưng cường độ xảy ra mạnh mẽ khi con người khai thác khoáng sản, làm đường giao thông … - Phong hóa hóa học = Q/trình phá huỷ làm b/đổi TP, tính chất h/học của đá và k/vật. - Ng/nhân: do H2O, các hợp chất h/tan trong H2O, CO2, O và axít hữu cơ của s/vật thông qua các ph/ứng h/học. 5.1.2. Quá trình phong hóa hóa học  Ph/hóa h/học - q/trình ph/hủy đá do t/dụng h/học của các tác nhân: khí quyển, thủy quyển, sinh quyển, trong đó nước (chứa các TP h/học) là tác nhân q/trọng nhất.  Làm đá bị b/đổi sâu sắc về các t/chất v/lý, c/tạo, k/trúc và TP h/học.  O2 + CO2 + H2O (khí quyển), H2O (thủy quyển) với các acid hữu cơ (sinh quyển) là những tác nhân h/học h/động nhất.  Nước trong khí quyển luôn chứa ở dạng hòa tan lượng oxy và acid # nhau.  Nước mưa: ngoài O, H2CO3, N còn hòa tan HCl, SO2, SO3, H2S, NH3, NaCl, KCl... T/dụng mạnh nhất: acid, kiềm tăng kh/năng hòa tan trong nước đối với các k/vật tạo đá.  Khi ngấm qua lớp phủ thực vật, thổ nhưỡng nước được giàu thêm H2CO3 + acid hữu cơ dễ hòa tan (acid humic)  nước = tác nhân h/học rất mạnh. X/hướng: các ng/tố từ hóa trị thấp → hóa trị cao, kém bền vững → bền vững.  Làm th/đổi TP h/học của k/vật lớp sulphur, oxyt, silicat, h/chất hữu cơ.  Q/trình oxy hóa đá giàu Fe  tích tụ Fe  mỏ sắt ng/gốc ph/hóa. (Pirit) FeS2 + nH2O → H2SO4 + FeSO4 FeSO4→ Fe2(SO4)3→ Fe2O3 nH2O (limonit) Ở đây H2SO4 gây t/dụng ph/hủy đá, ăn mòn kết cấu thép, gỗ, bê tông.  Nhiều mỏ sulphur: phần trên mặt bị oxy hóa  màu nâu (“mũ sắt”) = hematit (Fe2O3). 5.1.2.1. Quá trình oxy hóa (oxidation) Oxy kết hợp với các k/vật chứa Fe và sulfur làm thay đổi TP đá Q/trình oxy hóa đá chứa Fe → đá có màu đỏ Oxy hòa tan trong nước thúc đẩy q/trình oxy hóa các sulfur, oxit màu, k/loại tự sinh 4 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3 Iron Oxygen Hematite Hấp thụ (hút nước)  tạo k/vật mới  tăng thể tích làm vỡ đá v/quanh. Nước chỉ tách ra khỏi ô mạng tinh thể khi To ≥400oC. 5.1.2.2. Quá trình hydrat hóa (thủy hóa) (hydration) CaSO4 + 2 H2O = CaSO4.2 H2O thạch cao khan thạch cao (anhydrite) (gypsum)  Khi ngậm nước, thạch cao tăng thể tích 33%, lớp đá trên bị đẩy trồi lên và x/hiện các kh/nứt.  Kết cấu bê tông ngập nước: bị sulphat hóa + thủy hóa  tăng thể tích  những kh/nứt nhỏ  vỡ bê tông  oxy hóa cốt sắt bên trong. Fe2O3 + nH2O = Fe2O3 nH2O (limonit)  Xảy ra do t/dụng của H2O và H2CO3 trên đá. Mức độ hòa tan  To và pH.  Nước = tác nhân h/học mạnh: H2O  H+ + OH- (H+ nhiều  t/dụng hòa tan mạnh). M/độ phân giải H2O và sự t/trung của H+ tăng với To. Nước bão hòa H2CO3 thì kh/năng phân giải >300 lần.  Q/trình hòa tan  nồng độ H+ trong nước. Muối halogen có mức hòa tan cao nhất (NaCl, KCl)  muối sulfur  muối sulphat (thạch cao), khó hòa tan nhất là muối silicat.  Quá trình karst (đá vôi bị nước xói mòn): do CO2 trong kh/khí hòa tan vào nước + H+ tạo H2CO3 - thủ phạm ăn mòn đá vôi  hang động với các nhũ đá, măng đá, sông suối ngầm ... 5.1.2.3. Quá trình hòa tan (solution) Làm cho vật liệu đá và k/vật chuyển thành dung dịch Địa hình karst, hang động đá vôi 5.1.2.4. Sự thủy phân (hydrolysis) Xảy ra khi các ion H+ và OH- (phân giải từ nước tự nhiên) t/dụng với các ion của k/vật, trao đổi điện tử với nhau để tạo ra chất mới. Ví dụ: q/trình thủy phân của ortoclas  kaolinit: K[AlSi3O8] + CO2 + nH2O → Al4(OH)8 [Si4O10] + SiO2nH2O + K2CO3 ortoclas kaolinit opal Kaolinit có độ cứng nhỏ hơn ortoclas rất nhiều. Kh/hậu ấm và ẩm, kaolinit tiếp tục phân giải  opal và hydrat alumin Al2O3.nH2O (bauxit). Q/trình ph/hóa lý học và h/học diễn ra // và hỗ trợ nhau. Ở vùng khí hậu khô, lạnh thì ph/hóa lý học là ch/yếu, còn ở vùng nóng ẩm, ph/hóa h/học đóng v/trò quan trọng.  Dưới t/dụng H2CO3 (do s/vật tiết ra): silicat carbonat ... Xác chết s/vật và nhiều chất h/cơ có t/dụng phân giải k/vật và đá. Quá trình phong hóa sinh học  Phong hóa sinh học - là ph/hóa vật lý và h/học ph/huỷ đá và các k/vật dưới t/động của sinh vật (địa y, rêu, nấm, rễ th/vật = acid hữu cơ, giun, dế, kiến, mối, chuột, vi khuẩn...).  Xảy ra do t/động của sinh vật.  Tùy theo cơ chế phá hủy = ph/hóa sinh hóa học + ph/hóa sinh cơ học Rễ cây phát triển mở rộng khe nứt trong đá, tiết ra acit thực vật để hòa tan đá Các tảng đá đang bị phá vỡ bởi acit tiết ra từ rễ của địa y mọc trên đá Rễ cây mọc mở rộng các khe nứt trong đá Động vật đào hang: phá vỡ đất đá Hòa tan acid: khí trong khí quyển hòa tan các acid với nước  Khí CO2 trong khí quyển tạo thành acid carbonic  S và F từ núi lửa phun ra tạo H2SO4 và HF Một số k/vật như calcite sẽ hoàn toàn bị hòa tan  Hoạt động của con người: ô nhiễm công nghiệp - đốt than, khai mỏ có thể tạo acid trong khí quyển thành “mưa acid”