3.
ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ
3.2. Φυσική αποσάθρωση
Η
φυσική αποσάθρωση προκαλείται στο επιφανειακό τμήμα ενός πετρώματος,
από τις διεργασίες και τις δυνάμεις εκείνες που είναι δυνατές να προκαλέσουν
τη θραύση της μάζας του.
Οι κύριες κατηγορίες των διεργασιών αποσάθρωσης
είναι τέσσερις και παρουσιάζονται στον πίνακα 3.1.. Κυρίαρχες διεργασίες
είναι αυτές της κρυστάλλωσης και της μεταβολής της θερμοκρασίας και
πίεσης, ενώ οι οργανικές διεργασίες και η μεταβολή της υγρασίας έχουν
δευτερεύοντα ρόλο. Εκτός από τις ίδιες τις διεργασίες αποσάθρωσης
σημαντικό ρόλο διαδραματίζει και η φύση της μάζας του πετρώματος,
η οποία προσδιορίζει την συνολικής έκταση του φαινομένου της αποσάθρωσης.
Πίνακας 3.1.: Κατηγορίες διεργασιών φυσικής αποσάθρωσης.
I. Διεργασίες κρυστάλλωσης
Πάγος
Κρυστάλλωση αλάτων
II. Διεργασίες μεταβολής θερμοκρασίας / πίεσης
Έκθεση στον ήλιο
Απολέπιση
III. Μεταβολή υγρασίας
Μεταβαλλόμενη ύγρανση – ξήρανση
Διόγκωση
IV. Οργανικές διεργασίες
Ανάπτυξη ριζικού συστήματος φυτών
Κολλοειδή διαλύματα
Ανάπτυξη λειχήνων
Εξετάζοντας αναλυτικότερα
τα αίτια που προκαλούν την αποσάθρωση έχουμε:
1. Πάγος. Μια από σημαντικότερες αιτίες
φυσικής αποσάθρωσης σε ψυχρά κλίματα αποτελεί η δράση του πάγου. Είναι
γνωστό ότι όταν το νερό παγώσει τότε ο όγκος του αυξάνει κατά 9%.
Έχει υπολογιστεί επίσης ότι η τάση που αναπτύσσεται λόγω της αύξησης
του όγκου στους –22ο C είναι 2.100 kg/cm2.
Έτσι το νερό εισέρχεται στις σχισμές, τους πόρους
και τις διακλάσεις του πετρώματος και με την πτώση της θερμοκρασίας
μετατρέπεται σε πάγο. Η διαστολή του όγκου του έχει ως αποτέλεσμα
την διάνοιξη των σχισμών και τη θραύση των πετρωμάτων εξαιτίας της
μεγάλης τάσης που δημιουργείται. Όταν η θερμοκρασία αυξηθεί πάλι τότε
νέες μεγαλύτερες ποσότητες νερού πληρώνουν τις σχισμές και έχουμε
εντονότερα φαινόμενα κατακερματισμού του πετρώματος με μια νέα κρυστάλλωσή
του.
Με την τήξη του πάγου ορισμένα κομμάτια του πετρώματος
που δημιουργήθηκαν μένουν μετέωρα με αποτέλεσμα την πτώση τους εξαιτίας
της δράσης της βαρύτητας. Αν αυτό συμβαίνει σε μεγάλα υψόμετρα όπου
έχουμε απότομο ανάγλυφο τότε στη βάση των κλιτύων σχηματίζονται κώνοι
πλευρικών κορημάτων, οι γνωστές σάρες (Σχήμα 3.2.).
Αν τα υλικά που υπόκεινται στη δράση του πάγου
είναι χαλαρές αποθέσεις τότε το νερό των πόρων παγώνει με αποτέλεσμα
τη διαστολή του όγκου του και την ανύψωση των χαλαρών υλικών. Όταν
στην συνέχεια αυξηθεί η θερμοκρασία και αρχίσει η τήξη του πάγου,
εμφανίζονται δακτύλιοι ταξινομημένου υλικού (Σχήμα 3.3.)
Σχήμα 3.2.: Κώνοι πλευρικών κορημάτων (σάρες)
που δημιουργήθηκαν από τη δράση του πάγου.
Στην Ελλάδα φαινόμενα αποσάθρωσης εξαιτίας της
δράσης του πάγου συναντούμε σε περιοχές μεγάλου υψομέτρου. Ειδικότερα
στα πρανή ορεινών δρόμων την άνοιξη με το λιώσιμο των χιονιών παρουσιάζονται
καταπτώσεις βράχων που οφείλονται αποκλειστικά στη δράση του πάγου.
Σχήμα 3.3.: Δακτύλιοι χαλαρών υλικών μετά
το λιώσιμο του επιφανειακού πάγου.
2. Κρυστάλλωση αλάτων. Σχετική με τη διόγκωση
των παγοκρυστάλλων διεργασία αποσάθρωσης είναι η καταστροφή της συνοχής
των πετρωμάτων από την τάση κρυσταλλοποίησης των αλάτων. Αυτή η διεργασία
συμβαίνει σε ξηρά κλίματα και είναι υπεύθυνη για τις εσοχές, μικρές
σπηλιές, αψίδες κλπ που δημιουργούνται σε ψαμμιτικούς σχηματισμούς.
Κατά τη διάρκεια μακρών περιόδων ξηρασίας το νερό
των πόρων οδηγείται με τη δράση τριχωειδών φαινομένων προς την επιφάνεια.
Στην πορώδη εξωτερική ζώνη ενός ψαμμίτη εξατμίζεται δημιουργώντας
κρυστάλλους αλάτων κυρίως χλωριούχου νατρίου, ανθρακικού ασβεστίου
και γύψου. Η δύναμη αυτών των κρυστάλλων προκαλεί απόσπαση κόκκων
από τον ψαμμίτη οι οποίοι απομακρύνονται με την δράση του ανέμου ή
της βροχής.
Ζώνες έντονης αποσάθρωσης από τη τάση κρυσταλλοποίησης
των αλάτων είναι περιοχές κοντά σε απότομα πρανή (Σχήμα 3.4.).
Σχήμα 3.4.: Αποσάθρωση από κρυστάλλωση των
αλάτων σε ξηρά κλίματα.
Η κρυστάλλωση των αλάτων μπορεί να προκαλέσει
επίσης αποσάθρωση τόσο των δομικών υλικών των κατοικιών όσο και του
σκυροδέματος γενικότερα.
3. Μεταβολή της θερμοκρασίας εξαιτίας της
έκθεσης στην ηλιακή ακτινοβολία. Οι μεταβολές της θερμοκρασίας είναι
δυνατό να προκαλέσουν θραύση των πετρωμάτων. Οι μεταβολές της θερμοκρασίας
είναι ετήσιες, εποχιακές και ημερήσιες. Τη μεγαλύτερη επίδραση στη
μηχανική αποσάθρωση των πετρωμάτων έχουν οι απότομες μεταβολές της
θερμοκρασίας, κυρίως δηλαδή οι ημερήσιες. Η μεταβολή αυτή της θερμοκρασίας
οφείλεται στη θέρμανση της γης από την ημερήσια ηλιακή ακτινοβολία
και την ψύξη τους κατά τη διάρκεια της νύχτας. Το φαινόμενο αυτό είναι
περισσότερο έντονο και παρατηρείται κυρίως στις ερήμους, όπου το ημερήσιο
θερμοκρασιακό εύρος ανέρχεται σε 50ο – 60ο C. Κατά τη διάρκεια της
ημέρας η θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 50ο C ενώ της άμμου του
70ο C. Κατά τη διάρκεια της νύχτας η θερμοκρασία κατεβαίνει πολλές
φορές κοντά στο μηδέν.
Όλα τα πετρώματα δεν έχουν την ίδια συμπεριφορά
στις μεταβολές της θερμοκρασίας τους (πίνακας 3.2.). Σε πετρώματα
με διαφορετικά ορυκτά, ο θρυμματισμός είναι εντονότερος, γιατί σε
κάθε μεταβολή της θερμοκρασίας διαστέλλονται ή συστέλλονται άνισα
τα διάφορα ορυκτά έτσι ώστε να αναπτύσσονται διαφορετικές εσωτερικές
τάσεις, που συντελούν στο σχηματισμό του πετρώματος.
Με την αύξηση της θερμοκρασίας το πέτρωμα διαστέλλεται.
Η μικρή όμως θερμική αγωγιμότητά του εμποδίζει την αύξηση της θερμοκρασίας
προς το εσωτερικό. Κατά τη διάρκεια της νύχτας το εξωτερικό τμήμα
ψύχεται ταχύτερα του εσωτερικού. Το αποτέλεσμα από τη μεταβολή της
θερμοκρασίας στο επιφανειακό στρώμα είναι η δημιουργία ρωγμών παράλληλων
προς την επιφάνεια του πετρώματος. Έτσι πραγματοποιείται μια αργή
αποφλοίωση του μετρικού πετρώματος και δημιουργείται ένα επιφανειακό
κάλυμμα που προστατεύει από την παραπέρα εξέλιξη της αποσάθρωσης.
4. Η απολέπιση προκαλείται όταν
πετρώματα τα οποία για μεγάλο γεωλογικό διάστημα βρισκόντουσαν σε
φόρτιση εξαιτίας υπερκείμενων πετρωμάτων, βρεθούν στην επιφάνεια εξαιτίας
της διάβρωσης των υπερκείμενων.
Πετρώματα τα οποία βρισκόντουσαν κάτω από την
επιφάνεια της γης (κυρίως μεταμορφωμένα και πυριγενή) βρίσκονται σε
ελαφρώς συμπιεσμένη κατάσταση εξαιτίας του υπερκείμενου βάρους. Όσο
το υπερκείμενο βάρος μειώνεται τόσο τα πετρώματα ελαφρώς διαστέλλονται
με αποτέλεσμα μικρά επιφανειακά λεπιοειδή τμήματα να αποσπώνται από
τη μάζα του πετρώματος.
5. Η μεταβαλλόμενη υγρασία σε πορώδη
πετρώματα με φίλυδρα ορυκτά έχει ως αποτέλεσμα την πρόσληψη νερού
στο κρυσταλλικού πλέγματος και την διόγκωσή τους με αποτέλεσμα
τη μεταβολή των εσωτερικών τάσεων του πετρώματος και τον θρυμματισμό
τους.
6. Το ριζικό σύστημα των φυτών που αναπτύσσεται
στο επιφανειακό τμήμα των πετρωμάτων, μέσα σε σχισμές τους ασκεί μεγάλη
πίεση που προκαλεί την αποσάθρωση των πετρωμάτων.
Πίνακας 3.2.: Η αντοχή των πετρωμάτων στην φυσική
ή μηχανική και τη χημική αποσάθρωση.
|
Ιδιότητες Πετρωμάτων
|
Φυσική αποσάθρωση
|
|
Χημική αποσάθρωση
|
|
| |
Ανθεκτικά
|
Μη Ανθεκτικά
|
Ανθεκτικά
|
Μη Ανθεκτικά
|
|
Ορυκτολογική Σύσταση
|
Υψηλή περιεκτικότητα αστρίων
Ασβεστούχα Πλαγιόκλαστα
Χαμηλή περιεκτικότητα
CaCO3
Ομογενής σύσταση
|
Υψηλή περιεκτικότητα χαλαζία
Νατριούχα πλαγιόκλαστα
Ετερογενής σύσταση
|
Ομοιογενής ορυκτολογική σύσταση
Υψηλή περιεκτικότητα χαλαζία
Χαμηλή περιεκτικότητα ιόντων σιδήρου – μαγνησίου (Fe-Mg), χαμηλός
βιοτίτης, Υψηλό ορθόκλαστο, Na και άστριοι
Υψηλή περιεκτικότητα ιόντων αργιλίου
|
Ετερογενής ορυκτολογική σύσταση
Υψηλή περιεκτικότητα CaCO3
Χαμηλή περιεκτικότητα χαλαζία
Υψηλά ανθρακικά πλαγιόκλαστα
Υψηλός Ολιβίνης
Ασταθή πρωτογενή πυριγενή ορυκτά
|
|
Υφή
|
Λεπτοκρυσταλλικά (γενικά)
Ομογενής Υφή
Κρυσταλλικά υψηλής πίεσης ιζήματα
Γνευσιακά
Λεπτοκρυσταλλικοί χαλαζίες
|
Αδροκρυσταλλικά (γενικά)
Ετερογενής Υφή
Κρυσταλλικά υψηλής πίεσης ιζήματα
Σχιστότητα
Αδροκρυσταλλικοί χαλαζίες
|
Λεπτοκρυσταλλικά βασικά πετρώματα
Ομογενής Υφή
Κρυσταλλικά
Κλαστικά
Γνευσιακά
|
Αδροκρυσταλλικά πυριγενή πετρώματα
Ετερογενής Υφή
Πορφυρητικά
Σχιστότητα
|
|
Πορώδες
|
Χαμηλό πορώδες, χωρίς νερό
Μικρή εσωτερική επιφάνεια
Υψηλή διάμετρος πόρων που επιτρέπει τη γρήγορη αποστράγγιση
|
Υψηλό πορώδες με μικρή αποστράγγιση
Μεγάλη εσωτερική επιφάνεια
Μικρή διάμετρος πόρων που εμποδίζει τη γρήγορη και ολική αποστράγγιση
|
Μεγάλο μέγεθος πόρων, μικρή διαπερατότητα
Χωρίς νερό
Μικρή εσωτερική επιφάνεια
|
Μικρό μέγεθος πόρων, μεγάλη διαπερατότητα
Μικρή αποστράγγιση
Μεγάλη εσωτερική επιφάνεια
|
|
Ιδιότητες της μάζας του πετρώματος
|
Μικρή απορροφητικότητα
Υψηλή αντοχή με καλή ελαστικότητα
Υγιές πέτρωμα
Σκληρό
|
Μεγάλη απορροφητικότητα
Χαμηλή αντοχή
Μερικά αποσαθρωμένο πέτρωμα
Μαλακό
|
Μικρή απορροφητικότητα
Υψηλή αντοχή σε συμπίεση και εφελκυσμό
Υγιές πέτρωμα
Σκληρό
|
Μεγάλη απορροφητικότητα
Χαμηλή αντοχή
Μερικά αποσαθρωμένο πέτρωμα
Μαλακό
|
|
Δομή
|
Ελάχιστη Σχιστοποίηση
Κλαστικά
Συμπαγείς σχηματισμοί
Παχυστρωματώδη ιζήματα
|
Σχιστοποιημένα πετρώματα
Διαρρειγμένα, θραυσμένα, με διαφορετική διαλυτότητα και αδιάλυτα
ορυκτολογικά συστατικά
Λεπτοστρωματώδη ορυκτά
|
Ισχυρά συμπαγοποιημένα,
με χαλαζιακό υλικό συμπαγοποίησης,
Μαζώδη
|
Ασθενώς συμπαγοποιημένα, με ασβεστιτικό υλικό
Λεπτές στρώσεις
Διαρρειγμένα, θραυσμένα, με διαφορετική διαλυτότητα και αδιάλυτα
ορυκτολογικά συστατικά
|
|
Αντιπροσωπευτικά πετρώματα
|
Λεπτοκρυσταλλικοί γρανίτες
Μερικοί ασβεστόλιθοι
Διαβάσες, γάββροι, μερικοί αδρόκοκκοι γρανίτες
Ρυόλιθοι
Χαλαζίτες
Ισχυρά συμπαγοποιημένοι ψαμμίτες
Φυλλίτες
|
Αδροκρυσταλλικοί γρανίτες
Ελαφρά συμπαγοποιημένοι ψαμμίτες
Πολλοί Βασάλτες
Δολομίτες, μάρμαρα
Μαλακά ιζηματογενή πετρώματα,
Σχιστόλιθοι
|
Πυριγενή πετρώματα
Μεταμορφωμένα πετρώματα
Κρυσταλλικά πετρώματα
Ρυόλιθοι, γρανίτες, χαλαζίτες
Γνεύσιοι
Γρανιτικοί Γνεύσιοι
|
Ανθρακικά ιζηματογενή πετρώματα
Ελαφρά συμπαγοποιημένοι ψαμμίτες
Ασβεστόλιθοι
Φυλλίτες
Μάρμαρα, Δολομίτες
Σχιστόλιθοι
|
|
Πηγές: Lindsey et al., 1982. – Chorley et al., 1984. από Cooke
& Durnkamp, 1990.
|
