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Wie wirkt sich die Verwitterung durch Kohlensäure auf die Umwelt aus?

Verwitterung ist der Abbau und die Umwandlung von Gesteinen und Mineralien an oder in der Nähe der Erdoberfläche in Produkte, die den Bedingungen in dieser Umgebung besser entsprechen. Die meisten Gesteine ​​und Mineralien werden tief in der Erdkruste gebildet, wo sich Temperaturen und Drücke stark von der Oberfläche unterscheiden.

Weil die physikalische und chemische Natur der im Erdinneren gebildeten Materialien charakteristischerweise im Ungleichgewicht mit den an der Oberfläche auftretenden Bedingungen steht. Aufgrund dieses Ungleichgewichts werden diese Materialien durch verschiedene chemische und physikalische Oberflächenprozesse leicht angegriffen, zersetzt und erodiert.

Die Verwitterung ist der erste Schritt für eine Reihe anderer geomorpher und biogeochemischer Prozesse. Die Verwitterungsprodukte sind eine Hauptquelle für Sedimente zur Erosion und Ablagerung. Viele Arten von Sedimentgesteinen bestehen aus Partikeln, die verwittert, erodiert, transportiert und in Becken endständig abgelagert wurden.

Die Verwitterung trägt auch zur Bodenbildung bei, indem sie Mineralpartikel wie Sand, Schlick und Ton liefert. Elemente und Verbindungen, die durch Verwitterungsprozesse aus den Gesteinen und Mineralien gewonnen werden, liefern Nährstoffe für die Pflanzenaufnahme. Die Tatsache, dass die Ozeane infolge der Freisetzung von Ionensalzen aus Gesteinen und Mineralien auf den Kontinenten salzhaltig sind.

Durch Auswaschen und Abfließen werden diese Ionen vom Land in die Ozeanbecken transportiert, wo sie sich im Meerwasser ansammeln. Zusammenfassend ist die Verwitterung ein Prozess, der für viele andere Aspekte der Hydrosphäre, Lithosphäre und Biosphäre von grundlegender Bedeutung ist. Es gibt drei große Kategorien von Verwitterungsmechanismen: Der Verwitterungsprozess kann zu den folgenden drei Ergebnissen bei Gesteinen und Mineralien führen:

Die Zugabe spezifischer Atome oder Verbindungen zur verwitterten Oberfläche. Eine Aufteilung einer Masse in zwei oder mehr Massen ohne chemische Veränderung des Minerals oder Gesteins. Der Verwitterungsrückstand besteht aus chemisch veränderten und unveränderten Materialien. Der häufigste unveränderte Rückstand ist Quarz.

Viele der chemisch veränderten Verwitterungsprodukte werden zu sehr einfachen kleinen Verbindungen oder Nährstoffionen. Diese Rückstände können dann durch Wasser aufgelöst oder transportiert, als Gas in die Atmosphäre freigesetzt oder von Pflanzen zur Ernährung aufgenommen werden. Einige der Verwitterungsprodukte, weniger beständige Alumosilikatmineralien, werden zu Tonpartikeln. Andere veränderte Materialien werden durch sedimentäre oder metamorphe Prozesse zu neuen Gesteinen und Mineralien rekonstituiert.

Bei der chemischen Verwitterung ändert sich die chemische und mineralogische Zusammensetzung des verwitterten Materials. Eine Reihe verschiedener Prozesse kann zu chemischer Verwitterung führen. Die häufigsten chemischen Verwitterungsprozesse sind Hydrolyse, Oxidation, Reduktion, Hydratation, Carbonisierung und Lösung. Hydrolyse ist die Verwitterungsreaktion, die auftritt, wenn sich die beiden Oberflächen von Wasser und Verbindung treffen.

Die Hydrolyse ist aufgrund ihrer elektrisch geladenen Kristalloberflächen besonders wirksam bei der Verwitterung üblicher Silikat- und Alumosilikatmineralien. Oxidation ist die Reaktion, die zwischen Verbindungen und Sauerstoff auftritt.

Das Nettoergebnis dieser Reaktion ist die Entfernung eines oder mehrerer Elektronen aus einer Verbindung, wodurch die Struktur weniger starr und zunehmend instabil wird. Die gebräuchlichsten Oxide sind die von Eisen und Aluminium, und ihre jeweilige rote und gelbe Färbung der Böden ist in tropischen Regionen mit hohen Temperaturen und Niederschlägen recht häufig. Die Reduktion ist einfach die Umkehrung der Oxidation und wird daher durch die Zugabe eines oder mehrerer Elektronen verursacht, wodurch eine stabilere Verbindung entsteht.

In vielen Situationen werden die H- und OH-Ionen ein struktureller Bestandteil des Kristallgitters des Minerals. Die Hydratisierung ermöglicht auch die Beschleunigung anderer Zersetzungsreaktionen durch Erweiterung des Kristallgitters, das mehr Oberfläche für die Reaktion bietet.

Karbonatisierung ist die Reaktion von Carbonat- und Bicarbonationen mit Mineralien. Die Bildung von Carbonaten erfolgt üblicherweise durch andere chemische Prozesse. Die Karbonatisierung ist besonders aktiv, wenn die Reaktionsumgebung reich an Kohlendioxid ist. Die Bildung von Kohlensäure, einem Produkt aus Kohlendioxid und Wasser, ist aufgrund ihrer sauren Natur wichtig für die Lösung von Carbonaten und die Zersetzung von Mineraloberflächen. Wasser und die Ionen, die es trägt, wenn es sich durch und um Gesteine ​​und Mineralien bewegt, können den Verwitterungsprozess fördern.

Geomorphologen nennen dieses Phänomen Lösung. Die Auswirkungen von gelöstem Kohlendioxid und Wasserstoffionen in Wasser wurden bereits erwähnt, aber die Lösung bringt auch die Auswirkungen einer Reihe anderer gelöster Verbindungen auf eine Mineral- oder Gesteinsoberfläche mit sich.

Moleküle können sich in Lösung mischen, um eine Vielzahl von basischen und sauren Zersetzungsverbindungen zu bilden. Das Ausmaß des Gesteins, das einer Lösung ausgesetzt ist, wird jedoch hauptsächlich durch die klimatischen Bedingungen bestimmt. Die Lösung ist in Gebieten mit feuchtem und heißem Klima am effektivsten. Der wichtigste Faktor, der alle oben genannten chemischen Verwitterungsprozesse beeinflusst, ist das Klima.

Die klimatischen Bedingungen steuern die Verwitterungsrate, die durch Regulierung der Katalysatoren für Feuchtigkeit und Temperatur stattfindet. Experimente haben ergeben, dass tropische Verwitterungsraten, bei denen Temperatur und Feuchtigkeit maximal sind, dreieinhalb Mal höher sind als in gemäßigten Umgebungen. Physikalische Verwitterung ist der Abbau von Mineral- oder Gesteinsmaterial durch vollständig mechanische Methoden, die aus verschiedenen Gründen verursacht werden.

Einige der Kräfte stammen aus dem Gestein oder Mineral, während andere von außen aufgebracht werden. Diese beiden Spannungen führen zu Dehnung und zum Bruch des Gesteins. Die Prozesse, die einen mechanischen Bruch verursachen können, sind Abrieb, Kristallisation, Wärmeeinstrahlung, Benetzung und Trocknung sowie Druckentlastung.

Abrieb tritt auf, wenn durch eine gewisse Kraft zwei Gesteinsoberflächen zusammenkommen, was zu mechanischem Verschleiß oder Schleifen ihrer Oberflächen führt. Eine Kollision zwischen Gesteinsoberflächen tritt normalerweise durch den Erosionstransport von Material durch Wind, Wasser oder Eis auf.

Die Kristallisation kann die notwendigen Spannungen verursachen, die für das mechanische Aufbrechen von Gesteinen und Mineralien erforderlich sind. Kristallwachstum verursacht Stress infolge der Änderung des physikalischen Zustands einer Verbindung oder eines Elements mit Änderung der Temperatur. Die Umwandlung von flüssiger in feste kristalline Form erzeugt eine Volumenänderung, die wiederum die notwendige mechanische Wirkung für den Bruch verursacht. Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Kristallwachstum, die auftreten; Sie sind Eis und Salz.

Diese relativ große Volumenänderung beim Einfrieren hat möglicherweise einen großen Brucheffekt. Mehrere Forscher haben im Labor und auf dem Gebiet entdeckt, dass die Frostwirkung eine wichtige Rolle bei der Verwitterung in gemäßigten und polaren Regionen der Erde spielt. Die Kristallisation von Salz zeigt volumetrische Änderungen von 1 bis 5 Prozent in Abhängigkeit von der Temperatur des Gesteins oder der Mineraloberfläche.

Die meisten Salzverwitterungen treten in heißen und trockenen Regionen auf, können aber auch in kalten Klimazonen auftreten. Beispielsweise ist die kavernöse Salzverwitterung von Granit in den trockenen Talregionen des South Victoria Land in der Antarktis weit verbreitet. An dieser Stelle sind Aufschlüsse und große Felsbrocken mit Löchern von bis zu 2 Metern Durchmesser versehen.

Forscher haben auch herausgefunden, dass die Frostverwitterung durch das Vorhandensein von Salz stark verstärkt wird. Der physikalische Abbau von Gestein durch seine Ausdehnung und Kontraktion aufgrund von täglichen Temperaturänderungen ist eines der am heftigsten diskutierten Themen in der Forschung zur Verwitterung von Gesteinen. Bekannt als Sonneneinstrahlung, ist es das Ergebnis der physikalischen Unfähigkeit von Gesteinen, Wärme gut zu leiten.

Diese Unfähigkeit, Wärme zu leiten, führt zu unterschiedlichen Expansions- und Kontraktionsraten. Somit dehnt sich die Oberfläche des Gesteins stärker aus als sein Inneres, und diese Spannung führt schließlich dazu, dass das Gestein reißt.

Die unterschiedliche Expansion und Kontraktion kann auch auf die unterschiedlichen Farben der Mineralkörner im Gestein zurückzuführen sein. Dunkle Körner dehnen sich aufgrund ihrer Absorptionseigenschaften viel stärker aus als helle Körner. Daher kann in einem mit vielen verschiedenfarbigen Körnern gespickten Gestein an den verschiedenen Mineralgrenzen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ein Bruch auftreten.

Das abwechselnde Benetzen und Trocknen von Steinen, manchmal auch als Löschen bezeichnet, kann ein sehr wichtiger Faktor bei der Verwitterung sein. Das Löschen erfolgt durch den Mechanismus des "geordneten Wassers", bei dem sich aufeinanderfolgende Schichten von Wassermolekülen zwischen den Mineralkörnern eines Gesteins ansammeln.

Die zunehmende Dicke des Wassers zieht die Gesteinskörner unter großer Zugspannung auseinander. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass das Löschen in Kombination mit gelöstem Natriumsulfat Gesteinsproben in nur zwanzig Benetzungs- und Trocknungszyklen zersetzen kann. Die Druckentlastung des Gesteins kann aufgrund des Entladens zu physischer Verwitterung führen.

Der Großteil der magmatischen Gesteine ​​wurde tief unter der Erdoberfläche bei viel höheren Drücken und Temperaturen erzeugt. Wenn die Erosion diese Gesteinsformationen an die Oberfläche bringt, werden sie immer weniger Druck ausgesetzt. Diese Druckentlastung führt dazu, dass die Gesteine ​​mit zunehmender Anzahl von Brüchen horizontal brechen, wenn sich das Gestein der Erdoberfläche nähert.

Abplatzungen, die vertikale Entwicklung von Brüchen, treten aufgrund der Biegespannungen von unbelasteten Blechen über eine dreidimensionale Ebene auf. Die Arten von Organismen, die Verwitterung verursachen können, reichen von Bakterien über Pflanzen bis hin zu Tieren. Bei der biologischen Verwitterung handelt es sich um Prozesse, die entweder chemischen oder physikalischen Charakter haben können. Einige der wichtigeren Prozesse sind: Bewegung und Mischen von Materialien.

Viele große Bodenorganismen verursachen die Bewegung von Bodenpartikeln. Diese Bewegung kann die Materialien in verschiedene Verwitterungsprozesse einführen, die an verschiedenen Stellen im Bodenprofil zu finden sind. Einfache chemische Prozesse wie die Lösung können durch das durch Atmung erzeugte Kohlendioxid verbessert werden.

Beim Mischen von Kohlendioxid mit Wasser entsteht Kohlensäure. Die komplexen chemischen Effekte, die durch Chelatbildung entstehen. Chelatbildung ist ein biologischer Prozess, bei dem Organismen organische Substanzen, sogenannte Chelate, produzieren, die durch die Entfernung von Metallkationen Mineralien und Gesteine ​​zersetzen können. Organismen können das Feuchtigkeitsregime in Böden beeinflussen und somit die Verwitterung verbessern. Der Schatten von Blättern und Stängeln aus der Luft, das Vorhandensein von Wurzelmassen und Humus erhöhen die Verfügbarkeit von Wasser im Bodenprofil.

Wasser ist ein notwendiger Bestandteil in verschiedenen physikalischen und chemischen Verwitterungsprozessen. Organismen können den pH-Wert der Bodenlösung beeinflussen. Die Atmung aus Pflanzenwurzeln setzt Kohlendioxid frei.

Wenn sich das Kohlendioxid mit Wasser vermischt, entsteht Kohlensäure, die den pH-Wert des Bodens senkt. Kationenaustauschreaktionen, durch die Pflanzen Nährstoffe aus dem Boden aufnehmen, können ebenfalls pH-Änderungen verursachen. Bei den Absorptionsprozessen werden häufig basische Kationen gegen Wasserstoffionen ausgetauscht. Im Allgemeinen wird ein Boden umso saurer, je höher die Konzentration an Wasserstoffionen ist. Studienführer.

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