دانلود تحقیق تقابل سنگ و آب: تجزیه فیزیکی و شیمیایی سطح بستر خاک و جدا شدن رسوبات

تقابل سنگ و آب:
تجزیه فیزیکی و شیمیایی سطح بستر خاک و جدا شدن رسوبات:
1-2- مقدمه:

سنگهای رسوبی جدا شده معمولاً به این خاطر که شامل سنگهای اولیه می باشند از نظر کانی شناسی با سنگهای آذرین و دگرگون متفاوت هستند.

ما ممکن است برای این مطلب هیچ توضیحی نداشته باشیم اگر چه که فلدسپار معمولاً رایج ترین کانی در سطح پوسته زمین است (در حدود 60%) با این وجود کوارتز معمولاً در سنگهای رسوبی جدا شده نفوذ داشته است.

اما تجربه به ما می گوید که هه این عناصر در سطح پوسته موجود بوده و از طریق هوازدگی آزاد می شوند و باید دقیقاً همان سطح فراوانی در رسوبات نیز وجود داشته باشد.

(یک آب اقیانوس مرکب را فرض کنید) بنابراین متوسط ترکیب شیمیایی همه رسوبات از گراندودیوریت است که تقریباً تمام متوسط پوسته زمین را تشکیل می دهد.

به طور معمول سنگها در اثر هوازدگی به اجزا فیزیکی و شیمیایی تبدیل می شوند اما در واقع این اجزا به هم پیوسته حل نشدنی هستند.

هوازدگی شیمیایی و زیست شیمی معمولاً در اثر تبادل آب در سطوح کانی در مناطق اشباع نشده که نزدیک سطح زمین می باشند یعنی معمولاً در 100 متری رخ می دهد.

گیاهان زنده و مرده نقش مهمی در تنظیم این فرسایش بازی می کنند که اغلب فراگیر است.

یک مقطع خاکی نتیجه ویژگیهایی است که بستگی به آب و هوا و نوع سنگ دارد.

آب یکی از مهمترین واکنش دهندهاست و نقش مضاعفی بازی می کند.

زیرا هم باعث جابجایی مواد حل نشده و تولیدات هوازدگی خاک می شود.

شکل 1-2 نشان دهنده یک چرخه هیدروژنی خاک در نزدیک پوسته است.

واکنشهای آبی دارای اجزاء قوی زیست شیمی هستند آنها توسط جو حل نشده، گازهای تولید شده توسط خاک، اسیدهای رقیق شده واعضای مولکولی حمایت می شوند.

این واکنش بسیار پیچیده است چرا که کانیهای سیلیکاتی با سازه های زیاد آنیونی و کاتیونی خود، همچنین میزان آب و یونهای مختلف حل نشده در مکان و زمان در آن نقش دارند.

چهار مکانیسم مهم در فرسایش شیمیایی عبارتنداز: حلال، اکسیداسیون، آبکافت (هیدرولیز) و اسید های هیدرولیز.

فرسایش فیزیکی با وارد آوردن فشارهای به صخره ها در محل قدیمی و اصلی و انفصال کافی در مناطق اشباع نشده باعث خرد شدن آنها می شود.

این فشارها شامل آزاد سازی، جاذبه، جریانهای بادی برعکس، بلورهای نمکی از آبهای زیرزمینی ذوب یخ و انبساط گرمائی متفاوت می باشد.

فرسایش خاکی به نوبه خود باعث ایجاد لایه خاکی نمی شود بلکه همکاری اعضای قبلی محل برای اینکار لازم است.

آب متشکل از تأثیرات هوازدگی فیزیکی و شیمیایی باعث تولید یک مقطع هوازده می شود که شامل:
 سطح خاک با اعضای متشکل مؤثر آن.

 ساپرولیت مخدوش شیمیایی که باعث تغییرات مهم شیمیایی می شود.

 عناصر شیمیایی بدون تغییر اما اغلب باعث جدا شدن فیزیکی سنگ بستر می شوند.

سطح مشترک بین لایه هایی که حرکت آرام و روبه پایین دارند به عنوان کاهش دهنده عمل می کنند.

در حقیقت، منظره خط‌چین توسط ایزوتوپهای گیتی شناسی و دیگر وسایل آشکار کننده طراحی شده و یک حالت ثابت از توده موازی که توسط هوازدگی جابجا می شوند و با میزان مساوی از مواد ساخته شده جایگزین می گردند را نشان می دهد.

هوازدگی شامل:
 شکسته شدن اتصالاتی که در حالت فیزیکی ترک برداشته اند و در حالت شیمیایی حل می شوند.

 شکسته شدن اتصالات از طریق جدا شدن یونها.

 جابجایی الکترونها به سادگی از فلزاتی همچون Fe و Mn.

عمل هوازدگی روی :
 مجموعه های کانی (سنگها!)که به سادگی آزمایشگاههای شیمیایی از یک بطری نیست.

 بلورهای ناقص با سطوح و شبکه معیوب.

هوازدگی بستگی دارد به:
 عملکرد آب
 تفکیک آب به یونها H+ و OH-.

 تلغیظ CO2 از طریق فرآیندهای خاک و هوا.

 دما از طریق نتایج اصولی آرهینوس (Arrhenius)

2-2- آبهای طبیعی بعنوان ارتباطات پروتونها: PH، اسید هیدرولیز (آبکافت) و فرسایش سنگ آهک (کلسیت).

مولکولهای آب در گرما به H+ (پروتون در این متن؛ در واقع پروتونهای هیدرات، H3O+، یونهای اکسیژن) و یونهای OH- (هیدروکسال) تبدیل می شوند.

پروتونها مسئول اسید سیتریک محلول آبی هستند و ما را قادر می سازند تا بلافاصله متوجه دوره فرسایش دهنده های پروتون و حمایت کننده های آن شویم.

غلظت یونی H+ در محلول رقیق شده آنقدر کم و متفاوت است که اسیدیته آن در مقیاس لگاریتم محاسبه می شود.

همان طور که لگاریتم غلظت یونی H+ آزاد منفی است.

این همان PH، با واحد mol/kg (نشان می دهد که PH بالاتر به منزله غلظت یونی پایینتر است!).

در دمای اتاق تنها 7-10 mol/kg پرتون در آب خالص وجود دارد.

(که با مقدار OH-) مساوی است.

و این به منزله منبع ارزشیابی PH خنثی قرار دارد.

(7=PH).

مقادیر بالای این PH، قلیایی و مقادیر پایین تر آن اسیدی خوانده می شود.

این شرایط (قلیایی و اسیدی) امکان پذیر است.

زیرا که یونهای H+ و OH- ممکن است با دیگر محلولهای آبی نیز واکنش دهند.

هیچ آبی طبیعی خالص نیست.

در تمام محلولهای مقادیر کم و بیشی از یونها بعلاوه یونهای H+ وجود دارد.

ما معمولاً می خواهیم بدانیم که چه غلظتی از واکنش دهنده ها توسط واکنشهای خاص تولید می شوند.

اما پی تکلیف حالت اشباع محلول چیست؟

چگونه می توانیم بگوییم که یک محلول آبی مثل باران یا آب رودخانه می تواند کانیهای صخره ای را در خود حل کند؟

(مثل: وجود حالت زیر اشباع).

بطور مثال، یک سطح هوازده را مورد بررسی قرار می دهیم 1 کیلوگرم از آب رودخانه طبیعی در موقع تجزیه شامل gr3-10 2 از CaCo3 می باشد که یک کمیتی از قبیل همان چیزی که شناخته شده مثل تولید یون هالیت (IAP) یا غلظت آن.

از آنجا که رابطه توده جرمی CaCo3، 100=(16×3)+12+40 می باشد، ما همان چیزی را داریم که فعالیت (a) نامیده می شود و از راه حل 5-10×2=100/002/0 بدست می آید.

این قبیل راه حلها نشان می دهد که بر اساس تجربیات آزمایشگاهی این ماده می تواند مقدار CaCo3 بیشتری را در خود حل کند.

در حقیقت، در آب 25 می تواند، 2-10×91/2 CaCo3 را در خود حل کند.

(نگه دارد).

به همین ترتیب می بیند که حجم آن بیشتر از مثال ساده ما بود.

بنابراین همانطور که گفته و فهمیده شد آب می تواند مقدار بیشتری CaCo3 را در خود حل کند.

از آنجا که خیلی از محلولهای آبی در ارتباط متقابل با هوا قرار دارند.

ما همچنین مجبور می شویم که غلظت اجزاء گازی در محلول را هم توضیح دهیم (برای مثال CO2).

البته این کار بخصوص نیست که فشار هر گازی از یک سو در تقابل با مایع است و از سوی دیگر این فشار رابطه مستقیمی با کسر اجزاء در گاز دارد.

بنابراین ما در مورد بخشی از فشار یعنی جزء I صحبت می کنیم.

PI= xIP خیلی از هوازدگیهای طبیعی و واکنشهای تشکیل رسوب برگشت پذیرند به این ترتیب که می توانند بسته به شرایط محلی و قابل دسترس بودن یونها از طریق حل شدن H+ و غیره به عقب یا جلو باز گردانند.

بنابراین در آب خالص (یونهای OH- و یا H+ وجود ندارد).

یونهای کلسیت نیز توسط عملیات برگشت پذیر زیر جدا می شوند.

CaCo3 Co2+ + حالت موازنه برای این قبیل واکنشها که مقدار آن از چپ به راست با مقدار آن از راست به چپ یکی است وجود دارد.

در این موازنه فعالیت تولید واکنشها در هر دو طرف توازن یکی است.

بنابراین، ممکن است یکی پارامتر ثابت یعنی k را برای دما تعریف کنیم: k پارامتر ثابت موازنه برای هر واکنش در یک دمای معین می باشد.

در این موقعیت CaCo3 یک جامد خالص است و برای تمام فعالیتهای جامدات 1=a بنابراین .

اگر ما این واکنش را با افزودن کلسیم بهم بریزیم معادله در محیط خنثی عمل می کند – با فرض ثابت بودن k – در این حالت با جابجایی به سمت عکس کربنات کلسیم جامد تولید می شود.

معمولاً برای همه نمکهای که در آب در اثر این واکنش گرماگیر (یعنی به انرژی احتیاج دارد) حل می شوند، افزایش دما باعث افزایش ارزش k و در نتیجه افزایش قابلیت انحلال می شود.

البته این مسئله در مرود گازها صادق نیست زیرا که دما و یا فشار در آنها باعث کاهش قابلیت انحلال می گردد.

این مسئله باعث ایجاد سیستم هوازدگی کربنات کلسیم در آب طبیعی در طی یک واکنش پیچیده می شود، به این خاطر که حلالیت توسط اجزاء ساده واکنش بالا کنترل نمی شود.

در این حالت واکنشها درگیر حلالیت Co2 می باشند (معادله 5-2) که منبع آن هوا و یا تنفس می باشد در این قبیل موارد نقش مهمی در کنترل PH و مقدار واکنش دارد.

احتمالاً مهمترین منبع یون H+ از حل شدن CO2 موجود در جو، آب باران، باکتریها و مواد آلی است.

همچنین Co2 موجود در مواد آلی که از طریق تنفس میکروارگانیسم ها در آب جامد تولید می شود.

بنابراین ما باید این روابط به هم پیوسته را برای ترکیب آب و دی اکسید کربن و و یونیزه شدن دو مرحله ای اسید کربنیک دنبال کنیم.

این عمل تجزیه اسید کربنیک شدیداً به PH وابسته است.

تعادل (مقدار) PH در آب خالص در سیستم Co2 – H2o در دمای 25، 7/5 است.

تعادل برای واکنشهای بالا و برای تمام سیستم کربنات در دماهای مختلف ثابت است که در جدول 1-2 ارائه شده است و از آنجا می توان فهمید که: احتمالاً Co2 به طور شگفت انگیزی قابلیت انحلال کمتری در دمای بالاتر دارد.

اولین تجزیه اسید کربنیک (K1) برای واکنش اسیدی هیدروژن بیشتری تولید کرد.

این نتیجه گیری خیلی در مورد رسوبات کاربرد دارد.

حالا ما به موضوع اصلی بازخواهیم گشت.

در محیطهای آمایشگاهی و اندازه گیری مشخص شد که می تواند به ارزشهای بالائی در محیطهای آب زیرزمینی برسد.

چرا که مقدار اندکی از Co2 نسبت به سطح وجود دارد این عامل تنفس co2 در خاک باعث کاهش ph حتی کمتر از مقدار طبیعی آن در آب باران می شود افزایش این چنین ph به co2 موجود در حتی در سفره های آب زیرزمینی خیلی عمیق همانند سفره آب زیرزمینی فلوریدن (Floridan) جائیکه شرایط شیمیایی برای کنترل تغییرات واکنش وجود دارد دیده می شود.

اطلاعات بیشتر در مورد ویژگیها و نقش آب در هوازدگی سنگ: زمین نمونه بی همتایی در مقدار فراوانی آب و بخار می باشد این بسیار ساده است که ماده ای را به طور مثال در نظر بگیریم در حالی که همین مولکول به ظاهر ساده آب دارای خاصیتهای توجهی ات که نقش مهمی در هوازدگی کانیها و سنگها باز می کند.

هنگامی که آب بین ورقهای شارژ شده قرار می گیرد مولکول هیدروژن مثبت خود را به سمت قطب منفی و اکسیژن منفی خود را به سمت قطب مثبت هدایت می کند.

که تأثیر آن مشابه زمانی است که آهن ربا در محط مغناطیسی قرار می گیرد.

مولکولهای آب جایگاههای قطبین را دقیقاً مانند آهن اشغال کرده و مشابه دو قطب الکتریکی عمل می کنند.

قدرت لحظه ای قطبین توسط بار تولید شده و فاصله بین آنها محاسبه می شود.

مولکولهای قطبی آب نتیجه ارتباط کووالانسی نامتقارن در مکانی است که الکترونگاتیویته قوی اتم اکسیژن اکثریت سهم الکترونهای قابل دسترس را به خود اختصاص داده است.

این مسئله باعث می شود که اکسیژن مقداری بار منفی بگیرد در حالیکه بار مثبت آن دارای مقدار کمی اتم هیدروژن الکترونگاتیویته است.

پیوند شیمیایی بین اکسیژن و دو اتم هیدروژن باعث جلوگیری از اصطکاک ابرهای الکترونی اتم اکسیژن با ابرهای الکترونی اتم هیدروژن می شود این پیوند باید در حالت تئوری در زاویه 90 صورت بگیرد و از یکی مولکول اربیتال که از الکترونها اشغال شده تشکیل شود.

اما در عمل بخاطر گریز موجود بین اتمهای هیدروژن زاویه پیوند فقط 105 است و طول پیوند mm8-10×8/9 می گردد.

هنگامی که مولکولهای آب یکدفعه به یکدیگر می رسند، تقابلی ضعیف بین پیوندهای هیدروژنی بخاطر پیوند کووالانسی H2O- صورت می گیرد.

آنها به دلیل این فرآیند به شکل گروههای چهاروجهی در می آیند.

(شکل 1-2B).

بسیاری از این ویژگیهای مشخص و تقابلات دو طرفه آب در ساختار مولکولی آن توضیح داده شده است.

1- آب یک حلال مؤثر بالا برای پیوندهای مرکب یونی (یک نمونه آشنا: NaCl) بخاطر قطبهای طبیعی است.

در این فرآیند انتهای مثبت و منفی مولکولهای آب به یکدیگر برخورد کرده تا یونهای سطحی مثبت و منفی به طور مؤثرتری با یکدیگر ترکیب می شوند.

وجود بارهای خنثی وتلاطم مکانیکی باعث جداسازی یونهای اصلی می شود.

یکبار در محلول، یونها توسط مولکولهای آب احاطه می شوند.

این مولکولها که با پیوندهای الکترواستاتیک بهم متصل شده اند ممکن است باعث توازن انرژی موجود در یونها شوند، بنابراین آنها را توسط آن به هم متصل می کنند در اینجا تقابلی بین قطبها و یونها وجود دارد.

درجه اتصال توسط آب مشخص کننده استعداد یونی است به طور مثال، نسبت بین بار الکترواستاتیک و شعاع یونی.

2- گروه 4 وجهی آب از آن قبیل ویژگیهاست که باعث کشش سطحی زیاد و قدرت جذب می شود.

کشش سطحی زیاد باعث می شود که آب دارای خاصیت بالای نفوذپذیری در موارد متخلخل، درزها و شکافها باشد.

انقباض باعث کاهش دما به همراه افزایش چگالی می شود که کاهش به هم خوردن (تماس) مولکولها را در بردارد.

این تأثیر متضاد باعث تولید هر چه بیشتر پیوندهای هیدروژنی می شود.

حداکثر چگالی آب تازه به 4 می رسد اما این دما به خاطر افزایش فشار و شوری کاهش می یابد.

انبساط زیر 4 به تشکیل گروه چهار وجهی مولکولی منجر می شود که همچنین باعث شروع تشکیل ساختار یخی هگزانول و در نیتجه کاهش چگالی می شود.

انبساط تا دمای 22- ادامه می یابد در این زمان یخ به حداقل چگالی و حداکثر فشار انبساطی رسیده است.

بلور یخی هگزانول به حداکثر رشد طبیعی خود برای تشکیل سطح پایه رسیده است.

از آنجا که رشد بلور یخی در درزهای بسیار کوچک صخره هاست (همان طوری که در بالا اشاره شد، آب بخاطر سطح فشار بالا، قدرت نفوذ بالائی دارد) می تواند به حاشیه ها (لبه ها) فشار بالائی اعمال کند.

3-2- یونهای فلزی، انتقال الکترون و نمودار PH: افت الکترونها از یک عنصر یا یون اکسیداسیون خوانده می شود که به افزایش ظرفیت مثبت و یا کاهش ظرفیت منفی منجر می شود و عکس این عمل هم برای کاهش صادق است.

برای مثال با توجه به اکسیداسیون یونهای فلزی که ممکن است در آب رخ دهد واکنشهای کانیها از قبیل کانی سیلیکات، پیروکسن، الیوین، بیوتیت یا هورنبلند، یا دی سولفید آهن، پرمیت به این شرح است: Fe2+ Fe3+ + e- هر نوع تغییر در هوازدگی شیمیایی و دیگر فرآیند های رسوب گدازی شیمیایی از آنجا که بر روی قابلیت انحلال خرده ها فلزها، بخصوص اکسیدها، هیدروکسیدها و سولفیدها در گروه فلزات واسطه، اثر می گذارد، مهم است.

در موقعیت Fe، Fe2+ نماینده گروه کاهش دهنده آرام است و این به خاطر رابطه آزاد آن با االکترونهای اطرافش می باشد.

شکل Fe- برعکس – پایداری ساختمانی بالائی دارو و این بخاطر این است که نیمی از پوسته آن الکترون تشکیل شده است پیوند fe2+ خیلی انرژی کمتری نسبت به پیوند Fe3+ - o دارد.

به همین دلیل ترکیب Fe3+ قابلیت انحلال بیشتری دارد.

چرخه انتقال الکترون در مواقع کاهش و یا اکسید شدن Fe و پیوندهای آلی در آزمایشگاه بین مرز مناطق اکسیژن ضعیف (کمبود اکسیژن) و اکسیژن قوی (زیادی اکسیژن) اتفاق می افتد.

(پیوند مولکولی یک ترکیب چسبنده است که معمولاً برای انتقال فلز با تعداد زیادی اربیتال خالی الکترون در اطرافش بکار می رود).

این مسئله خاکهای افقی نمونه گلی و لکه های زرد و خاکستری با مخلوط قطعات آهن تولید می کند.

اکسیژن حل شده در آبهای سطحی عامل بسیار مهمی در اکسیداسیون طبیعی و مقدار زیاد الکترونگاتیویته محسوب می شود.

(واکنش دوم تنها باعث جذب الکترونهای می شود).

ممکن است که میزان کاهش اکسیداسیون (احیاء عامل بالقوه) هیچ عامل متفاوتی (E) تولید نکند بلکه بین یک الکترود غیرفعال – معمولاً پلاتین – و یک الکترود هیدروژن از عاملهای شناخته شده قرار بگیرد.

احیاء این عامل بالقوه برای پروتونهای که درگیر واکنش هستند مهم است.

معمولاً اصطلاح Eh برای شیمیدانها، نشانگر ارزش اربیتالی mv5000 هیدروژن در واکنش با شرایط 2H+ 2e- H2 در دمای 25 و فشار 11 اتمسفر و غلظت مولی mol/kg1 است.

مقدار منفی Eh نشان دهنده کاهش شرایط و مقدار مثبت آن نشان دهنده شرایط اکسیداسیون به نسبت میزان اربیتالی هیدروژن است.

اگر ما از مقدار استاندارد عامل کاهش اکسیداسیون برای یک واکنش بخصوص و میزانهای آزمایشگاهی، همچنین از زمینه های اندازه گیری Eh در یک محیط بخصوص هوازده مطلع باشیم می توانیم شکل اکسیداسیون حل شده را برای یک یون بخصوص پیش بینی کنیم.

برای مثال، عامل بالقوه استاندارد از زوج Fe2+ - Fe3+ v77/0 است.

اگر برای مثال اندازه گیری v5/0 زیر شرایط اکسیداسیون (2=PH) باشد.

می توانیم پیش بینی کنیم که Fe2+ یک حالت پایدار دارد.

اگرچه، واکنشهای که Eh را اغلب خیلی آرام نشان می دهند محیط آبی آن خیلی سریع به حالت تعادل با الکترونهای اندازه گیری شده می رسد.

بنابراین کلاً احیاء در زمینه سنجش تنها اطلاعات کمی درباره میزان واکنشها و یا دستیابی به تعادل به ما می دهد.

اطلاعات یک نمودار بخصوص ممکن است طرح Eh را در مقابل PH نشان دهد (گازرو کریس).

این محیط در شکل 2-2 نشان دهنده محدوده معمولی Eh و PH در نزدیک سطح محیط است.

کاهش محدوده PH یعنی تقریباً 4=PH از حلالیت طبیعی Co2 و اسید مواد آلی در سطح و آبهای خاکی به وجود می آید.

محدوده های بالای PH یعنی زمانیکه PH به 9 می رسد آب به تقابل با صخره های کربنی است و هنوز در تقابل با Co2 می باشد.

شرایط محلی بعضی مواقع ممکن است در خارج از محدوده های معمول خوب از کار در نیامد.، بنابراین در اثر اکسیداسیون پیرمیت شرایط اسیدی ایجاد می شود.

همان طور که شرح داده شد آلوده کننده های زیادی باعث پخش آبهای زیرزمینی از معادن زغال سنگ می شوند.

عنصر اصلی در محیطهای هوازده به جز خاکهای پر از آب یا مرز بین خاکهای غنی و فقیر، اکسیداسیون است.

در زیر جدول آب، شرایط کمبود اکسیژن و باکتری بی هوازی موجود است.

در اینجا واکنش ذخیره و انحلال ناپذیری یون آهن به یون انحلال پذیر فلوئور انجام می شود.

4-2- بررسی رفتار کانیهای سیلیکات در طی هوازدگی شیمیایی: تولید شکستگی و اشکال جدید کانی سیل که یکی از عناصر حلال و عامل تبدیل معادن از قاره به اقیانوس است توسط فرآیند هوازدگی شیمیایی کنترل می شود.

بازیابی یونهای حل شدنی به رودخانه ها از مناطق هوازده یکی از کارهای سیل است.

که اینکار را از طریق لایه های هوا، رشد گیاهان، تنفس و شبکه واکنشهای آبی درون حفره ای در مناطق اشباع نشده انجام می دهد.

بنابراین هوازدگی شیمیایی نقش مهمی در چرخه جهانی تغییرات شیمیایی آب و زمین و همچنین محیط شیمی خاک دارد.

ما اکنون اشاره کردیم که فراوانی نمونه های کانی در ورقه های صخره های رسوبی معمولاً نسبت به صخره های آذرینی و دگرگونی کمتر است.

بعضی از کانیها در مورد فرآیندهای هوازدگی نسبت به دیگر کانیها مقاوم ترند.

بعضی از آنها به تازگی توسط واکنشهای هوازدگی شکل گرفته اند و دیگران این مسئله را تجربه می کنند در حالیکه بقیه هنوز نسبت فراوانی شان افزایش می یابد.

واکنشهای هوازدگی شیمیایی در آبهای طبیعی جاری شامل حل شدن سریع پیوندهای کانیهای مثل هالیت و دیگر رسوبات تبخیری و اسیدهایی است که به معادن کربنی حمله می کنند.

هم کربناتها و هم رسوبات تبخیری معمولاً به یک نسبت حل می شوند، به این ترتیب که سهم عنصرهای که حل می شوند مشابه سهمی است که در کانیهای قدیمی وجود داشت.

تجزیه کانیهای سیلیکات از طریق نفوذ اسید آبکافت که سطح پیچیده فعال شده آن نقش مهمی بازی می کند (شکل 4-2) صورت می گیرد.

به این ترتیب که پروتونهای کوچک بلند بازیافت شده آن جای کاتیونهای فلزی را در بلور سیلیکات و اکسید لاکتیک می گیرند.

یونهای یا OH- می توانند با یکدیگر ترکیب شده و جایگزین کاتیونها در شکلهای حلال یا رسوبات محلی شوند.عملیات آبکافت در طی سطح شبکه بلور انجام می شود و توسط عواملی از قبیل شکافته شدن صخره ها و اتصالات،‌ فراوانی بلور، شکسته شدن کانیهای مسطح و معیوب شدن سطح جایگاههای بلور متوقف می شود.

یکبار یون حل شده شبکه بلور توسط آبکافت آزاد می شود.

این یون ممکن است توسط مولکولهای آب بهم پیوسته احاطه شده باشد، بنابراین بعنوان یک یون هیدرات در حلال می ماند.

یا اگر فشار جذب آب کافی نباشد رقابتی بین مولکولهای خود آب ایجاد می شود و یون توسط آب نادیده گرفته شده و ته نشین می شود.

این عملیات یکی از اصول اساسی رسوب شناسی است.

بعضی از عناصر که از جایگاههای هوازده جدا می شوند احتمالاً خیلی دور می افتند و بقیه خیلی عادی رسوب می شوند که شاید این عناصر به شکل اقتصادی در ترکیبات دیگر جمع شوند.

چه نوع رفتاری در انحلال اتفاق می افتد که مشخص کننده استعداد یونی و مقدار یونهای بازیافتی در شعاع یونی است.

(شکل 5-2) کاتیونهای (فلزاتی) که پتانسیل آنها از 3 کمتر است به راحتی هیدرات شده و جابجا می شوند، همچنین یونهایی با پتانسیل کمتر از 12 (12>) انحلال پیچیده تری دارند.

بنابراین یونهای با پتانسیل بین 3 تا 12 معمولاً همانند آبکافت (در غیاب پروتونها) رسوب شده و قابل تحرک اند.

پروتونهای که درمحلول خاکی قرار دارند باعث افزایش PH به حدود 9-5 می شوند.

این باعث می شود که سیلیکون از آلومینیم خیلی حلال پذیرتر باشد.

بنابراین هوازدگی شیمیایی طولانی به فرونشستن مقطعی خاک منجر می شود که این مسئله باید ترکیبات Al و Fe، اکسیدها و خاک رسها را افزود.

این خاکهای لاترتیک در محلهای بومی خوب زهکش شده مشترکند.

در مقابل در خاکهای با قدرت اسیدی زیاد، Fe و Al هر دو فرو می نشیند تا خاکهای پرزل با ویژگی رنگ روشن در مناطق غنی از سیلیکات تولید کنند.

با وجود اینکه اکثریت کانیهای سیلیکات خیلی کند واکنش نشان داده و بصورت ناهماهنگ حل می شوند، باعث تولید دیگر مواد جامد بعلاوه حلالیت آنها می شوند.

راههای واکنش En-PH در شرایط دمای محلی متفاوت می شوند.

مقدار هوازدگی سیلیکات را برای بعضی از اقیانوسهای جهان تا 45% محاسبه کرده اند در حالیکه هوازدگی کربنی 38% و تبخیری 17% بوده است.

کوارتز، موسکویت (muscovite) و پتاسیم – فلدسپار (k- feldspar) در میان اجزای کانی سیلیکات نفوذ دارند به این ترتیب که باعث هوازدگی شیمیایی زنده در سنگهای آذرین و ناحیه دگرگون می شوند (شکل 6-2).

اگر چه فراوانی اینها و دگرگونیهای اولیه بسیار متغیر است و بستگی به فاکتورهایی از قبیل آب و هوا، نوع هوازگی، فراوانی مکانهای اولیه، سختی و اندازه دانه اصلی و سرعت رسوب گذاری و دیگر موارد دارد بطور معمول رسوب گذاری نمی تواند به انواع فیزیکوشیمیایی محدود شود در اینجا هم چنین انواع مهم جدیدی از اشکال کانی های که توسط هوازدگی تولید می شوند می پردازیم.

اطلاعات بیشتر در مورد واکنشهای هوازدگی ترمودینامیک: هوازدگی شیمیایی اساساً باعث شکسته شدن پیوند اتمها، تغییر شکل در نحوه قرارگیری الکترونها درکانیهای که قبلاً وجود داشته می شود این مسئله باعث تشکیل سنگ بستر می گردد.

به منظور شکسته شدن یک پیوند و یا تغییر در انرژی الکترونهای پوسته بیرونی انرژی باید مبادله شود تا مقدار آن متوازن باقی بماند.

در مرحله اول احتمالاً یک واکنش اتفاق می افتد که ممکن است به وسیله منابع، تغییر در انرژی آزاد واکنش بینجامد.

تغییر در انرژی آزاد واکنش (∆G) باعث می شود که مجموع انرژی آزاد شکل گیری از تمام تولیدات واکنش کمتر از آن واکنشها باشد.

هنگامی که ∆G منفی می شود، واکنش ممکن است به طور خود به خودی پیش برود.

اگر چه باید گفت که مقدار واکنش مقدار تعیین شده ای نیسیت.

مهم این است که مقدار منحنی ∆G باعث تمایل آن به انجام واکنش شود.

به منظور ارزیابی تعادل در این راه ما یک معادله هوازدگی بخصوص می نویسیم که پارامتر اولیه آن کانیهای آذرن و دگرگون است.

برای مثال کلسیم فلدسپار (انوریت): CaAl2Si2O8 + 2H+ H2O → Al2Si2O5(OH)4 +Ca2+ به طور مثال در واکنش بالا، ∆G، kcal/mol9/23- محاسبه شده است که مشخص کننده این است که انوریت به طور خودبه خودی با یونهای هیدروژن در آب واکنش داده تا به شکل کانی کائولیت + یونهای کلسیم در بیاید.

تغییرات منفی انرژی آزاد نشان دهنده این است که واکنش ممکن است به طور خود به خودی پیش برود اما مقدار آن مشخص نیست.

ما ممکن است همچنین مستقیماً از طریق داده های حلالیت برای IAP به یک کانی با ثبات برسیم و آن را با تولید حلالی مثل k مقایسه کنیم.

هنگامی که 1=IAP/k آن زمان بنابه تعریف ∆G صفر است و مراحل مختلف کانی در تعادل با محلول خاکی است.

زمانیکه 1IAP/k> آن زمان ∆G منفی است و کانی واکنش دهنده حل خواهد شد.

(همانند کلسیم فلدسپار) و زمانیکه 1IAP/k علیرغم ظرافت ترمودینامیک واکنشهای آب – سنگ – کانی در اکسیداسیون و مناطق هوازده آلی غنی کامل شده است!

دیگر هیچ جواب ساده ای به عنوان مقدار و مکانیسم وجود ندارد بخاطر اینکه مقادیر بزرگتر متغیرهای در این مسئله درگیر شده اند.

ما در بیان این مطلب که هر قانون کل مقدار باید بطور کلی و اساسی دمای توانی آزهینوس را در نظر بگیرد، دنبال می کنیم.

اما این مسئله ممکن است شامل مقدار مخصوصی شود که به فاکتور هایی پیش یونی در فرآیند های سطح کانی (k0) منجر شود مناطق واکنش پذیر کانی شامل، آن قسمت متخلخل داخلی (Areact)، فعالیت یون هیدرونیوم (یونهای H+ و معمولاً یون هیدراته H3O+)، در بعضی آبهای برجسته تأثیر وسیع نامشخصی در قدرت یونی (f(I)) می گذارد.

بطور خلاصه ماده کاتالیزور و یا تأثیر بازدارنده دیگر یونها مثل و بالاخره نسبت انحراف واکنش هوازده از موازنه (0 ∆G ) محاسبه می شود که همه در معادله پایین خلاصه شده است.

Rate=k0 Areat e-Ea/Rt پیچیدگی این مسئله ممکن است بعنوان یک شگفتی برای خواننده ای باشد که طرح آبخیر را اساس تلاش برای مشخص کردن همه این متغیرها قرار داده است.

محاسبه در مقادیر حقیقی منجر به احترام به مهارت شیمیدانها در این زمینه می شود.

کوارتز: کوارتز 25% سطح قاره ای را تشکیل داده است.

بلور کوارتز شبکه مارپیچی از مولکولهای بهم چسبیده (پیوندهای) چهارضلعی اکسیژن – سیلیکون است.

بنابراین بلور مشبک آن تا حد زیادی نسبت به حملات شیمیایی مقاوم است.

این مسئله درست است که علیرغم محدوده PH اسیدی و خنثی اما حلالیت آن در محیطهای آبی با 9PH> بیشتر است.

این مسئله در معادله زیر بیان شده است.

SiO2 (quartz) + 2H2O → H4Sio4 (aq) شکل 1-2: اجزاء اصلی چرخه هیدروژن خاکی.

شکل 1-2B: (a) مولکولهای قطبی آب.

(b) گروههای چهاروجهی از مولکولهای قطبی آب.

شکل 2-2: تحت این طرح Eh – PH نشان دهنده محدوده پیش بینی شده در اغلب سطوح خاکی و محیطهای آبی نزدیک به سطح است.

شکل 3-2: بعضی از فرآیندهای مؤثر در حلالیت سیل در محیطهای آبخیز.

شکل 4-2: طرح جریان نشان دهنده ویژگیهایی از واکنش های کانی های سطحی.

شکل 5-2: رابطه بین بار یونی و شعاع یونی برای یونهای مختلف در واکنشهای هوازدگی شیمیایی.

(a): حل شدن رسوب پیچیده یونهای اکسیژن با عناصر قلیایی تحت شرایط خشک.

(b): انحلال ناپذیری هیدروکسیدهای بی حرکت در هوازدگی اسیدی و قلیایی (اما حرکت مانند ترکیبات پیچیده در پرزل).

حرکت سیلیکون در اسیدهای هیدروکسی.

حرکت Fe/Mn آهن و منگنز در کاهش سیستم.

(c): حرکت کاتیونهای هیدراته، رسوب تحت شرایط قلیایی.

بی حرکتی بخاطر جذب سطحی بر روی خاک.

شکل 2-2B: وسعت تجزیه، رسیدن به توازن و رسوب به وسیله واکنش محلولهای آبی بر روی کانیها تحت شرایط استاندارد خاکی PH.

مناطق هاشور زده نشان دهنده پوشش مقادیر داده است.

∆Gr میزان انرژی آزاد واکنش را نشان می دهد.

فهرست مطالب: تقابل سنگ و آب: 1 تجزیه فیزیکی و شیمیایی سطح بستر خاک و جدا شدن رسوبات: 1 1-2- مقدمه: 1 2-2- آبهای طبیعی بعنوان ارتباطات پروتونها: PH، اسید هیدرولیز (آبکافت) و فرسایش سنگ آهک (کلسیت).

4 اطلاعات بیشتر در مورد ویژگیها و نقش آب در هوازدگی سنگ: 9 3-2- یونهای فلزی، انتقال الکترون و نمودار PH: 11 4-2- بررسی رفتار کانیهای سیلیکات در طی هوازدگی شیمیایی: 14 تولید شکستگی و اشکال جدید کانی 14 اطلاعات بیشتر در مورد واکنشهای هوازدگی ترمودینامیک: 18 کوارتز: 20 موضوع تحقیق: تقابل سنگ و آب نام استاد: جناب آقای دکتر تورشیزیان محقق: محمد واحدی کبیری زمستان 84