Світ фізики вивітрювання та ерозії
Камінь постійно розкладається, подрібнюється та видаляється. Вирішальну роль відіграють як фізичні, так і хімічні процеси.
Гори ніде не такі тверді та стабільні, як здається здалеку. Їх гірська порода постійно розкладається, подрібнюється та видаляється; він кришиться і кришиться. Ці процеси мають фундаментальне значення для зовнішнього вигляду планети. Без них гори, керовані тектонічними зрушеннями, продовжували б зростати у висоту. Родючі ґрунти, алювіальні рівнини або дельти річок ніколи не могли виникнути, оскільки їм бракувало матеріалу. Вчені називають розпад гірських порід на більш дрібні компоненти "вивітрюванням", а подальший транспорт "ерозією". Важливу роль у цьому відіграють фізичні механізми.
Вивітрюється піском та вітром
Наприклад, вивітрювання часто спричинене холодом. У горах дощова і тала вода проникає в щілини. Якщо вода замерзає, її об’єм розширюється, а гірська порода підривається. Справжньою причиною цього є сильне розширення води, коли вона замерзає: питомий об’єм, тобто відношення об’єму до маси, збільшується на десяту частину.
У вищих гірських районах льодовики також можуть спричинити вивітрювання: якщо крижані потоки дряпають їх основи, вони виривають малі та великі шматки. Ця форма вивітрювання особливо ефективна, коли льодовик замерзає на землю. В Альпах льодовики зазвичай ковзають по тонкому шару рідкої води з нижньої сторони, що зменшує атмосферні явища.
Коливання температур сприяють вивітрюванню не тільки у вологих районах, але і в сухих. Це трапляється, коли температура протягом дня коливається до такої міри, що міцність породи більше не витримує напружень, спричинених термічним розширенням та стиском. Цей тип вивітрювання характерний для пустель. Крім того, пісок, що міститься у вітрі, треться про тамтешні скелі, що створює химерні форми. В цілому погода у сухих районах досить слабка. Це пояснює чудовий стан збереження стародавніх руїн, наприклад в Лівії чи Йорданії.
Менш відомі процеси вивітрювання
Існує також ряд менш відомих процесів вивітрювання. Одне з них спричинене кристалами: У щілинах гірських порід нові кристали можуть утворюватися з водних розчинів, наприклад кристалів солі на березі моря. Кристали поступово ростуть і можуть - подібно до замерзаючої води - розривати скелю. Отримані порожнини утворюють характерний стільниковий малюнок. Цікаво, що скеля може навіть витримувати атмосферу без будь-якого зовнішнього впливу. Це трапляється, коли породи, що утворилися під вагою шарів, що перекриваються, поступово звільняються від тиску. Рельєф приносить напругу в скелі, що призводить до незалежного розколу.
Вивітрювання від морської солі
Грозові блискавки також непрямим чином сприяють вивітрюванню. Оскільки температура повітря в блискавичному тунелі може сягати до 30000 градусів Цельсія. Якщо блискавка потрапляє біля щілини скелі, в якій є вода, вона раптово випаровується і вибухово розширюється. Порода лопається через швидке збільшення обсягу. Недавні дослідження показують, що блискавична активність може зіграти набагато більшу роль у вивітрюванні, ніж вважалося раніше, особливо в безморозних районах. Під час вивітрювання фізичним процесам часто передують хімічні процеси: нестійкі мінерали хімічно атакуються і перетворюються на поверхню гірських порід, як правило, за участю води. Наприклад, чорні породи можуть іржавіти і червоніти.
Подальші хімічні процеси вивітрювання призводять до поступового обміну іонами між водним розчином на поверхні та речовинами в гірській породі. Кислоти розчиняють гірські породи, що містять карбонат, виділяючи вуглекислий газ. Деякі рослини і тварини виробляють кислоти, які сприяють цьому виду вивітрювання. Загалом, внесок біосфери у вивітрювання - область, яка останнім часом все частіше досліджується.
Зрештою, хімічне вивітрювання змінює фізичні властивості гірської породи на поверхні: виникають дрібні пори або тріщини. Тоді процеси фізичного вивітрювання можуть атакувати легше - отже, більш імовірно, що частини гірської породи будуть відколоті. І навпаки, фізичне вивітрювання також сприяє хімічним процесам, збільшуючи поверхню гірських порід. Отже, це взаємопідсилююча взаємодія. Загалом фізичне вивітрювання переважає в холодних і сухих районах, тоді як хімічне вивітрювання переважає у вологих і теплих районах.
Видалення
Після того, як порода була розбита на окремі частини в результаті вивітрювання, вона видаляється: ерозія. На узбережжі морів та озер хвилі прибою повільно тягнуть матеріал вниз. Потоки та річки постійно переміщують велику кількість осаду з гір по долині. Таким чином вони створюють алювіальні рівнини та дельти річок.
Льодовики мають значення не лише з точки зору вивітрювання, але і з точки зору ерозії. Після того, як вони зішкребли скелю, вони транспортують її - іноді понад сотні кілометрів. Валуни на півночі Німеччини, які походять зі Скандинавії, є вражаючим підтвердженням цього: ці брили були переміщені на південь протягом останніх льодовикових періодів.
Викопна ерозія коралів
Після того, як гірський матеріал подрібнений в піщинки, вітер також бере участь в ерозії. Дюни пустель і пляжів є свідченням хмар пилу, що розкидаються в Сахарі, а іноді навіть купають небо над Німеччиною у помаранчевому світлі. Тропічний тропічний ліс у Південній Америці отримує частину мінеральних поживних речовин із пилу Сахари, що продувається через Атлантику. Як джерело аерозолів земні пустелі також є важливим кліматичним фактором. Тому що дрібні частинки, що плавають у повітрі, затінюють сонце.
Вивітрювання та ерозія цікавлять не лише геологічні масштаби часу. Це особливо наочно видно на прикладі транспортування наносів: будуючи річкові дамби та дамби, люди за короткий проміжок часу сильно втрутилися в ерозію. Це значно змінило бюджет наносів. У кількох дельтах світу земля подекуди опустилася на кілька метрів через брак матеріалу. З іншого боку, водойми заповнюються осадом, що також створює проблеми. Тому що тоді об’єм водойми зменшується. Для поліпшення управління водними ресурсами в річках і, отже, балансу наносів, потрібні великі дані про вивітрювання та ерозію.
Вчені вивчають два процеси по-різному: в лабораторії, за допомогою польових досліджень та за допомогою методів дистанційного зондування. Особливо велику допомогу надають супутники. Крім того, будуються хіміко-фізичні моделі та обчислюються окремі процеси за допомогою комп’ютерних моделей. Таким чином, дослідники намагаються поетапно зрозуміти, як працюють вивітрювання та ерозія - і як вони змінювались протягом історії Землі.