คำจำกัดความของการผุกร่อนของหิน

หินจำนวนมากในการเผชิญหน้าทุกวันอาจดูเหมือนไม่แตกหักและไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตามหินได้รับการเปลี่ยนแปลง หนึ่งในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เรียกว่า สภาพดินฟ้าอากาศ และในช่วงเวลาสั้นและยาวนาน มันสามารถเปลี่ยนแปลงหินได้อย่างมากในหลายวิธี

การผุกร่อนของหินอธิบายกระบวนการทำให้หินและแร่ธาตุอ่อนตัวและแตกตัว สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งจากปัจจัยที่ไม่มีชีวิตและสิ่งมีชีวิต เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ พืชและสัตว์ กรด เกลือ และน้ำ ไม่ว่าจะเป็นของแข็งหรือของเหลว การผุกร่อนของหินเกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง หินบนพื้นผิวโลกมีแนวโน้มที่จะผุกร่อนเร็วกว่าที่อยู่ใต้ดิน การผุกร่อนเป็นหนึ่งในกระบวนการที่นำไปสู่การผลิตดิน

สภาพดินฟ้าอากาศประเภทต่างๆ ส่งผลกระทบต่อหิน ซึ่งรวมถึงสภาพดินฟ้าอากาศทางกายภาพ/ทางกล การผุกร่อนทางเคมี และสภาพดินฟ้าอากาศทางชีวภาพ

สภาพดินฟ้าอากาศทางกายภาพหรือทางกลทำให้หินแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย วิธีการหนึ่งของการผุกร่อนทางกายภาพเกี่ยวข้องกับการแช่แข็งและการละลายของน้ำ ในรูปของเหลว น้ำสามารถลื่นระหว่างรูพรุนหรือรอยแตกในหินได้ ถ้าน้ำนี้กลายเป็นน้ำแข็ง มันจะขยายตัวภายในหินเหล่านั้น ปริมาตรสามารถเพิ่มขึ้นได้มากถึง 10 เปอร์เซ็นต์ ทำให้เกิดแรงกดดันอย่างมากต่อหิน สิ่งนี้เรียกว่า ice wedging หรือ cryofracturing เพราะน้ำแข็งจะแยกตัวออกจากกันเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อน้ำแข็งละลายและก่อตัวเป็นน้ำของเหลวอีกครั้ง บางส่วนของหินจะถูกกวาดออกไปเป็นชิ้นเล็กๆ ผ่านการกัดเซาะ น้ำมีบทบาทสำคัญในสภาพดินฟ้าอากาศ มันสามารถเข้าไปในรูพรุนของหินและดินเหนียว ทำให้พวกมันบวมและผุกร่อนจากหินที่อยู่รอบๆ พวกมันได้ยากขึ้น น้ำดึงหินขึ้นจากพื้นผิวใต้น้ำ และเมื่อมันตกลงมาหรือกระแทกกับหินก้อนอื่น พวกมันก็สามารถแตกได้

เกลือสามารถนำไปสู่การผุกร่อนชนิดหนึ่งที่เรียกว่าสภาพดินฟ้าอากาศแบบรังผึ้ง น้ำบาดาลซึมเข้าไปในรอยแตกของหินโดยการกระทำของเส้นเลือดฝอยและระเหยในที่สุด ทำให้เกิดผลึกเกลือซึ่งเพิ่มความดันในหิน ในที่สุดก้อนหินก็จะพังทลายลง สิ่งนี้สามารถทิ้งหลุมของผลึกเกลือที่คล้ายกับรวงผึ้ง การผุกร่อนจากการตกผลึกของเกลือมักพบในสภาพอากาศที่แห้ง

อุณหภูมิสุดขั้วสามารถส่งผลต่อสภาพดินฟ้าอากาศของหินได้เช่นกัน การผุกร่อนทางกายภาพประเภทหนึ่งเรียกว่าความเครียดจากความร้อน นี่เป็นปัจจัยทั่วไปในสภาพอากาศแบบทะเลทราย ซึ่งอุณหภูมิในตอนกลางวันจะร้อนมาก ในขณะที่อุณหภูมิในตอนกลางคืนจะค่อนข้างเย็น เมื่ออุณหภูมิที่แกว่งไปมาอย่างบ้าคลั่งนี้เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าในระยะเวลานาน ในที่สุดก้อนหินก็จะพังทลายและแตกเป็นเสี่ยง การกระทำนี้เรียกว่าการขัดผิว การเสียดสีเป็นสภาพดินฟ้าอากาศอีกประเภทหนึ่ง ซึ่งการเสียดสีอย่างต่อเนื่องจากลม น้ำ หรือน้ำแข็งจะค่อยๆ เปิดเผยหินและทำลายมันลง

การผุกร่อนที่สำคัญอีกประเภทหนึ่งคือการผุกร่อนทางเคมี การผุกร่อนของสารเคมีมักเป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำและอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมกับแร่ธาตุในหิน ในการผุกร่อนของสารเคมี การเปลี่ยนแปลงโมเลกุลที่เกิดขึ้นจริงของหิน ตัวอย่างหนึ่งคือเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์รวมกับน้ำ ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งทำให้เกิดกรดคาร์บอนิก กรดคาร์บอนิกจะละลายหินปูนซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปจะทำให้ถ้ำหินปูนอยู่ใต้ดิน

การเกิดออกซิเดชันคือการผุกร่อนของสารเคมีชนิดหนึ่ง ซึ่งหินที่มีปริมาณเหล็กจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและน้ำ ทำให้เกิดสนิม สนิมนำเสนอเป็นสีแดงส้มคลาสสิกในเหล็ก สนิมนี้จะสึกกร่อน ในการให้ความชุ่มชื้น พันธะเคมีที่แท้จริงของหินจะเปลี่ยนจากการดูดซับน้ำ น้ำจะเปลี่ยนแอนไฮไดรต์เป็นยิปซั่มด้วยวิธีนี้ ความชุ่มชื้นยังนำไปสู่การเสียรูปของหิน ในการคายน้ำ น้ำจะถูกลบออกจากหิน เช่น เมื่อน้ำออกจากลิโมไนต์ไปเกิดเป็นเฮมาไทต์ ในการไฮโดรไลซิส แร่ธาตุจะเปลี่ยนเมื่อสัมผัสกับน้ำที่เป็นกรดเพื่อสร้างสารละลาย เช่น สารละลายน้ำเค็ม การผุกร่อนทางเคมีโดยการไฮโดรไลซิสของเฟลด์สปาร์ ยังทำให้แร่ดินเหนียวและควอตซ์ที่พบได้ทั่วไป ไฮโดรไลซิสของอัลคาไลเฟลด์สปาร์หรือออร์โธคเลสยังสามารถส่งผลให้เกิดการก่อตัวของไคโอลิไนต์และสารอื่นๆ กระบวนการทางเคมีทั้งหมดเหล่านี้นำไปสู่การผุกร่อนของหินที่เพิ่มขึ้น สภาพดินฟ้าอากาศของสารเคมีพบได้บ่อยกว่าและเกิดขึ้นเร็วกว่าในเขตร้อน อันเนื่องมาจากความร้อนและน้ำจากฝนปริมาณมาก

สภาพดินฟ้าอากาศทางชีวภาพเป็นรูปแบบหนึ่งของสภาพดินฟ้าอากาศที่เกิดจากอิทธิพลของพืช สัตว์ และแม้แต่จุลินทรีย์ ตัวอย่างเช่น เมื่อเวลาผ่านไป เมล็ดต้นไม้จะแยกหินออกจากกันเมื่อเติบโตเป็นต้นไม้ที่โตเต็มที่ รากของต้นไม้จะแผ่ขยายอย่างต่อเนื่องและทำให้เกิดรอยร้าวในหิน การขุดสัตว์เช่นตัวตุ่นสามารถทำลายหินได้เช่นกัน แม้แต่สัตว์ที่อยู่เหนือพื้นดินก็สามารถทำลายก้อนหินได้ขณะเดินทางบนบก ทั้งพืชที่มีชีวิตและเน่าเปื่อยและเชื้อราส่งผลกระทบต่อหินโดยการผลิตกรดคาร์บอนิก เชื้อราในตะไคร่ทำงานเพื่อทำลายหินเพื่อปล่อยแร่ธาตุ และสาหร่ายที่อาศัยอยู่ร่วมกันก็รับส่วนแร่ธาตุเหล่านั้น กระบวนการนี้นำไปสู่รูในโขดหิน แม้แต่แบคทีเรียขนาดเล็กก็สามารถผุกร่อนและเปลี่ยนแปลงปริมาณแร่ธาตุของหินได้! เมื่อเวลาผ่านไป กิจกรรมทั้งหมดจากสิ่งมีชีวิตทางชีวภาพนำไปสู่การผุกร่อนของหิน

เมื่อหินสึกกร่อนตามสภาพดินฟ้าอากาศเมื่อเวลาผ่านไป พวกมันสามารถถูกลมพัดหรือพัดไปตามแหล่งน้ำ กระบวนการนี้เรียกว่าการกัดเซาะ การกัดเซาะมักเกิดขึ้นในหินที่ผุกร่อนบนพื้นผิวโลก ทั้งสภาพดินฟ้าอากาศและการกัดเซาะมีอยู่ทุกที่บนโลก และการรวมกันของสิ่งเหล่านี้จะเปลี่ยนพื้นผิวอย่างมากในช่วงเวลาที่ยาวนาน

มีตัวอย่างมากมายของการผุกร่อนของหินทั่วโลก รวมถึงสถานที่สำคัญบางแห่ง

คุณรู้หรือไม่ว่าหุบเขาที่ใหญ่ที่สุดในโลกถูกสร้างขึ้นด้วยน้ำ? แกรนด์แคนยอนในสหรัฐอเมริกาถูกแกะสลักให้อยู่ในรูปแบบปัจจุบันเป็นเวลาหลายล้านปี เนื่องจากการผุกร่อนของหินโดยน้ำ โดยเฉพาะแม่น้ำโคโลราโด อีกตัวอย่างหนึ่งของสภาพดินฟ้าอากาศคือการผลัดเซลล์ผิวที่นำไปสู่ภูมิประเทศที่เรียกว่าบอร์นฮาร์ด โครงสร้างโดมเหล่านี้มักเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมเขตร้อน ตัวอย่างหนึ่งคือภูเขาชูการ์โลฟในบราซิล

ถ้ำหินปูนเป็นตัวอย่างของการผุกร่อน การผุกร่อนของสารเคมีก่อให้เกิดระบบถ้ำขนาดมหึมาของอุทยานแห่งชาติ Carlsbad Caverns National Park ในสหรัฐอเมริกา

เทือกเขาแอปปาเลเชียนในอเมริกาเหนือเคยสูงกว่ายอดเขาเอเวอเรสต์ การผุกร่อนและการกัดเซาะเป็นเวลาหลายล้านปี ได้สวมภูเขาเหล่านี้ลงไปในห่วงโซ่ล่างที่นุ่มนวลกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน

เป็นเรื่องน่าทึ่งที่คิดว่าสภาพดินฟ้าอากาศจากสารเคมี พืชและสัตว์ และจุลินทรีย์ทุกขนาด ฝนและลมสามารถเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ได้อย่างมหาศาล!

การผุกร่อนของหินมีบทบาทสำคัญในการรักษาสมดุลของสิ่งแวดล้อม เมื่อหินผุกร่อนจากของมีคมไปจนถึงหินที่เรียบกว่า พวกมันก็พร้อมจะช่วยสร้างดิน พืชและสัตว์ที่เน่าเปื่อย แบคทีเรียและแร่ธาตุที่ผุกร่อนทำให้ดินอุดมสมบูรณ์ ยิ่งมีวัสดุหลายชนิดในดิน รวมทั้งหินที่ผุกร่อน ดินก็จะยิ่งอุดมสมบูรณ์ นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปลูกพืช และด้วยเหตุนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเกษตรกรที่ปลูกอาหารให้คนและสัตว์กิน หากดินไม่มีส่วนผสมทางชีววิทยาและแร่ธาตุในวงกว้าง ดินจะไม่อุดมสมบูรณ์เท่าที่ควร และในบางกรณีอาจขาดความอุดมสมบูรณ์แต่อย่างใด

การกระทำของมนุษย์สามารถเพิ่มอัตราการผุกร่อน มลพิษทางอากาศจากเชื้อเพลิงฟอสซิลทำให้เกิดฝนกรด ซึ่งกัดกร่อนหินต่างๆ เช่น หินอ่อนและหินปูน และอาคารหรืออนุสาวรีย์ใดๆ ที่สร้างขึ้นจากสิ่งเหล่านี้ การลดมลภาวะในอากาศจากการผลิตเชื้อเพลิงฟอสซิลสามารถช่วยป้องกันความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมจากฝนกรด