물리적 또는 기계적 풍화로 인해 암석이 파손됩니다. 기계적 풍화 작용의 주요 과정은 바다 침식으로, 이로 인해 잔해와 기타 입자의 크기가 줄어듭니다. 그러나 기계적 풍화와 화학적 풍화는 밀접한 관련이 있습니다. 예를 들어 기계적 풍화로 인한 균열은 화학적 풍화에 대한 표면적을 증가시킵니다. 화학적 풍화로 인해 균열에 생성된 광물도 암석이 부서지는 데 도움이 됩니다.
열팽창
열팽창은 양파-피부 풍화, 각질 제거, 일사량 풍화 또는 열충격으로도 알려져 있으며, 일반적으로 사막과 같이 일교차가 큰 곳에서 발생합니다. 낮에는 온도가 상승하고 밤에는 급격히 떨어집니다. 암석은 낮에는 팽창하고 밤에는 시원해지고 수축됩니다. 응력은 일반적으로 외층에 가해집니다. 이 응력으로 인해 암석의 바깥층이 얇은 조각으로 벗겨집니다. 이 현상은 온도 차이로 인해 발생하지만 수증기가 존재하면 열팽창 효과가 강화됩니다. 동결융해 풍화작용은 서리분산(frostshattering)이라고도 합니다. 이러한 유형의 풍화 작용은 기온이 영하에 가까워지는 산악 지역에서 흔히 발생합니다. 서리는 백화를 일으킬 수 있으며, 균열에 물이 얼고 팽창하는 것이 원인이라고 흔히 알려져 있지만 대부분은 이 현상과 관련이 없습니다. 인간은 습한 토양이 얼면 얼지 않은 지역의 물이 성장하는 얼음 렌즈의 얇은 층을 통해 모여 팽창이나 서리 폭풍을 일으킨다는 것을 오랫동안 알고 있었습니다. 암석의 기공에서도 동일한 현상이 발생합니다. 그들은 근처의 액체 물을 흡수하면서 계속해서 성장합니다. 얼음 결정의 성장은 암석을 약화시키고 결국 부서지게 만듭니다. 광물 표면, 얼음 및 물 사이의 분자간 힘(분자간 힘)은 물을 운반하고 바닥 얼음이 축적됨에 따라 광물 표면 사이에 압력을 생성하는 얇은 비결빙층을 유지합니다.
얼음 팽창이 동결-융해 풍화 작용을 일으킨다는 사실은 부정
실험에 따르면 백악, 사암 및 석회암은 물의 공칭 어는점(약 0°C) 이하에서는 갈라지지 않는 것으로 나타났습니다. 균열 속에서 물이 얼어붙은 뒤 팽창할 것으로 생각되는 풍화환경에서도, 즉 암석을 일정 시간 동안 저온에 유지하거나 회전시키면 암석이 부서지지 않는다는 사실도 실험을 통해 밝혀졌다. 일부 다공성 암석에 대한 실험을 수행할 때 바닥 얼음으로 인해 급격한 균열이 발생하는 임계 온도대는 -3°C ~ -6°C로 어는점보다 훨씬 낮습니다.
동결로 인한 풍화 현상은 주로 고산기후대, 빙하기 주변 지역 등 어는점 위아래로 수증기와 온도가 변동하는 환경에서 발생한다. 얼기 쉬운 암석의 예로는 분필이 있는데, 분필의 다공성 특성으로 인해 얼음 결정이 자랄 수 있습니다. 이 현상은 다트무어(Dartmoor)의 토르(tor) 형태로 볼 수 있습니다.
동결은 이전에는 비다공성 암석의 풍화에 주요 요인으로 여겨졌으나 연구 결과에 따르면 그 중요성은 예상만큼 높지 않은 것으로 나타났습니다. 얼음 결정 성장, 얼음 쐐기, 얼음 쐐기 또는 동결-융해라고도 불리는 동결 파쇄는 물이 암석 균열과 경계면에서 얼고 팽창할 때 발생합니다. 섭씨 섭씨 22°C의 물은 2,100만 파스칼(제곱센티미터당 2,100kg의 힘)만큼 높은 압력을 가할 수 있습니다. 이 압력은 대부분의 암석의 저항보다 크며 암석이 부서지는 원인이 됩니다[1][2]. 암석 틈에 물이 들어가 얼면 얼음이 균열 양쪽 벽에 힘을 가해 균열이 깊어지고 넓어진다. 이는 냉동 후 물의 용량이 9% 증가하기 때문입니다. 얼음이 녹으면 균열 사이로 물이 흘러들어가서 온도가 어는점 이하로 떨어지면 다시 얼어 균열이 더욱 커집니다. 반복적인 동결-해동 작용은 암석을 약화시켜 균열을 뚫고 각진 블록을 형성합니다. 각진 돌이 언덕 기슭에 모여 거골 또는 비탈을 형성합니다. 암석이 균열을 따라 블록으로 부서지는 것을 블록붕해라고 합니다. 분할된 돌은 암석 구조에 따라 다양한 모양을 갖습니다.
압력 방출 원리: 풍화 하역이라고도 알려진 압력 방출은 물체 위의 물질(반드시 암석은 아님)이 침식 또는 기타 과정에 의해 제거된 후에 발생합니다. 제거된 물질 아래의 암석은 팽창하고 부서집니다. 표면적인 방식으로. 제거되는 물질은 무거워서 움직이는 빙하와 같이 그 아래의 암석에 많은 압력을 가하는 경우가 많습니다. 압력이 해제되면 각질 제거가 발생할 수도 있습니다.
관입성 화성암의 압력 방출 현상
화강암 등의 관입성 화성암(관입화성암)은 지구 표면 깊은 곳에서 형성됩니다. 그들은 그들 위에 있는 물질로부터 큰 압력을 받고 있습니다. 침식으로 인해 그 위의 암석 물질이 제거되면 관입성 화성암이 표면으로 올라오고 그 압력이 해제됩니다. 주변 암석은 팽창하는 경향이 있습니다. 이러한 팽창으로 인해 균열이 암석 표면 전체에 수평으로 발생하는 응력이 발생합니다. 일정 시간이 지나면 암석은 노출된 암석 위에서 시트 형태로 부서집니다. 압력 완화는 박리 또는 시트화라고도 알려져 있으며, 이로 인해 Dartmoor에서 발견되는 현상인 저분암 및 화강암 돔이 발생합니다.
수압 작용 수력 작용은 물이 거대한 파도를 통과하여 암석 표면의 균열 안으로 돌진할 때 발생합니다. 이런 식으로 균열 깊은 곳에 공기층이 갇히게 되고, 공기도 압축되어 암석을 약화시킨다. 파도가 물러나면 압축 공기가 폭발적으로 방출됩니다. 고압의 공기가 폭발적으로 방출되면 암석 표면의 파편이 부서지고 암석의 균열이 넓어집니다.
소금 결정화
원리: 염분 풍화(염화성 또는 염풍화)라고도 알려진 소금 결정화(소금 결정화)는 소금을 함유한 용액이 암석의 균열과 절리부에 침투한 후 증발할 때 발생합니다. . 소금 결정이 남아 암석이 분해됩니다. 이 소금 결정은 가열되면 팽창하여 좁은 암석에 압력을 가합니다.
암석으로 인한 소금
소금 결정화는 용액이 백악, 석회석 등의 암석을 분해하여 황산나트륨이나 탄산나트륨의 염 용액을 형성할 때 발생할 수도 있으며, 물에 용해된 후 증발하면 반대쪽 소금 결정이 형성됩니다.
특별히 강력한 소금 유형
암석을 부수는 데 가장 효과적인 소금은 황산나트륨, 황산마그네슘 및 염화칼슘인 것으로 나타났습니다. 일부 소금 결정은 세 배 이상 팽창할 수 있습니다.
발생 지역
염분 결정화는 대개 건조한 기후와 관련이 있는데, 강한 가열로 인해 강한 증발이 일어나 소금 결정화가 일어나기 때문입니다. 해안에서도 소금 결정화가 활발합니다. 염분 풍화의 예는 방파제의 벌집 모양 돌에서도 찾을 수 있습니다. 유기체는 물리적 풍화에도 참여할 수 있습니다(화학적 풍화도 있습니다). 지의류와 이끼가 맨 암석 표면에서 자라서 더 습한 화학적 미세 환경을 만듭니다. 이러한 유기체에 의한 암석의 부착은 암석 상부 표면의 미세 표면층의 물리적, 화학적 분해를 향상시킵니다. 암석의 균열에 물리적인 압력을 가하는 것 외에도 묘목의 광범위한 발아와 식물 뿌리는 물과 화학 물질의 침투 채널을 제공합니다. 바닥 암석 근처의 토양 표면에 굴을 파는 동물과 곤충이 분포하면 물과 산의 투과성과 산화 과정을 위한 표면적이 증가합니다.
일부 동물과 식물은 산성 화학물질을 방출하여 화학적 풍화를 일으킬 수 있습니다. 생물학적 풍화로 인한 가장 일반적인 형태의 화학적 풍화는 산의 일종인 킬레이트 화학물질의 방출입니다. 이 화학물질은 식물에 의해 방출되며 그 아래 토양의 알루미늄과 철 성분을 분해하는 데 사용됩니다. 토양에 남아 있는 식물은 유기산을 형성하여 물에 용해되어 화학적 풍화 작용을 일으킬 수 있습니다. 킬레이트가 과도하게 방출되면 인근 암석과 토양에 영향을 미치고 회백질이 형성될 수 있습니다. 유기체가 죽은 후에는 부패하고 분해되어 암석을 부식시키는 유기산인 부식질(콜로이드 물질)을 형성합니다.
지각 표면의 암석을 기계적 파쇄 및 화학적 풍화 작용을 거쳐 형성된 느슨한 물질로, 유기물---부식질, 미네랄, 물 및 공기가 추가됩니다. 느슨한 물질을 흙이라고 합니다.
화학적 풍화 작용은 암석 구성의 변화를 수반하며, 종종 암석 형태의 붕괴로 이어집니다. 이러한 풍화작용은 일정 기간 동안 반복적으로 발생합니다.
용해의 원리 자연강우는 대기 중의 이산화탄소가 빗물에 녹아 약한 탄산을 형성하기 때문에 약산성이다. 오염되지 않은 환경에서 빗물의 pH 값은 약 5.6입니다. 대기 중의 이산화황, 질소산화물 등의 가스가 산성비를 일으킬 수 있기 때문입니다. 이러한 산화물은 빗물과 반응하여 더 강한 산을 형성하여 pH를 4.5 또는 3.0으로 낮춥니다. 화산 폭발이나 화석 연료로 인해 생성된 이산화황(SO2)은 빗물 속에서 황산으로 변해 낙석에 용해될 수 있습니다.
탄산화
잘 알려진 용해 과정 중 하나는 대기 중의 이산화탄소에 의해 발생하는 과정인 탄산화입니다. 탄산화는 석회석이나 백악과 같이 탄산칼슘을 함유한 암석에서 발생합니다. 이 효과는 빗물이 이산화탄소나 유기산과 결합하여 약산(약산)을 형성하고, 이것이 탄산칼슘과 반응하여 중탄산칼슘을 형성할 때 발생합니다. 이 효과는 저온에서 가속화되므로 빙하 풍화의 주요 특징입니다.
반응은 다음과 같습니다: CO2+H2O->H2CO3
이산화탄소 + 물->탄산
H2CO3+CaCO3->Ca(HCO3) 2
탄산 + 탄산칼슘 -> 탄산수소칼슘
탄산은 여러 경계면을 가진 석회암에 별도의 석회암 경로를 형성합니다. 탄산화는 암석 경계면을 따라 가장 강하게 발생하여 암석 경계면이 넓어지고 깊어집니다.
수화는 H+ 및 OH- 이온과 광물 분자 사이의 강한 연결을 포함하는 화학적 풍화 작용의 한 형태입니다. 암석 광물이 물을 흡수하면 수용력이 증가하여 암석에 물리적인 스트레스가 발생합니다. 예를 들어, 산화철은 수산화철과 무수석고로 전환되어 수화 후 석고가 됩니다.
가수분해의 원리: 가수분해는 규산염 광물에 영향을 미치는 화학적 풍화 과정입니다. 순수한 물은 반응 중에 약간 이온화되어 규산염 광물과 반응합니다. 반응 예는 다음과 같습니다:
Mg2SiO4+4H++4OH-->2Mg2++4OH-+H4SiO4
감람석(포스테라이트) + 4개의 물 분자 이온 -> 용액 내 이온 + 용액 내 규산
실제 반응에서는 반응을 촉진하기에 충분한 물이 있다고 가정합니다. 위의 반응은 원래 광물의 완전한 용해로 이어집니다. 그러나 위 반응의 비현실적인 부분은 순수한 물이 일반적으로 H+ 공여체 역할을 하지 않는다는 것입니다. 그러나 이산화탄소는 쉽게 물에 용해되어 약산을 형성하고 H+를 제공합니다.
Mg2SiO4+4CO2+4H2O->2Mg2++4HCO3-+4H4SiO4
감람석(포스테라이트) + 이산화탄소 + 물 -> 용액 내 마그네슘 및 중탄산염(중탄산염) 이온 + 규산 용액 속의 산
위의 가수분해 반응이 더 일반적입니다. 탄산은 규산염에 의해 소비되고 중탄산염으로 인해 더 알칼리성 용액이 형성됩니다. 이는 대기 중 이산화탄소를 조절하는 중요한 반응이며 기후에 영향을 줄 수 있습니다.
특수 반응: 알루미노실리케이트는 단순히 양이온을 방출하는 대신 가수분해를 통해 두 번째 미네랄을 형성합니다.
2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O->Al2Si2O5(OH)4+4H4SiO4+2K++2HCO3-
정석(알루미노규산염 장석) ) + 탄산 + 물 -> 카올리나이트(점토) 미네랄) + 규산 용액 + 용액 내 칼륨(칼륨) 및 중탄산 이온
산화: 다양한 금속이 풍화됩니다. 산화는 환경에서 발생합니다. 가장 일반적인 산화는 Fe2+(철)이며 산소 및 물과 융합하여 침철석, 갈철석 및 적철석과 같은 Fe3+ 수산화물 및 산화물을 형성합니다. 이 산화물은 암석 표면에 갈색을 띤 붉은색을 띠게 하며 쉽게 분쇄되어 암석을 약화시킵니다. 이 과정을 녹이라고합니다. 돌, 벽돌 또는 콘크리트로 만들어진 건물은 다른 암석 노두와 동일한 풍화 작용제의 영향을 받습니다. 조각상, 기념물, 장식용 석조물은 자연 풍화 작용으로 인해 심하게 손상될 수 있습니다. 위의 과정은 산성비의 영향을 받는 지역에서 강화될 것입니다.