آليات الطقس: كيف تحطمت الصخور عبر الزمن

إن الطقس هو العملية الجيولوجية الأساسية التي تفكك وتفكك سطح الأرض أو بالقرب منها، وهذا التحول البطيء، وإن كان لا يطاق، يخلق مشهداً، ويخلق التربة، ويقود دورات مغذية تديم الحياة، ويعمق الطقس على مدى فترات تتراوح بين عقود وملايين السنين، وتتحول آلياته إلى ثلاث فئات واسعة هي: الضوابط المادية والكيميائية والبيولوجية.

الأنواع الرئيسية الثلاث للتنبيط

ويقسم التخثر تقليديا إلى طقس مادي (ميكانيكي) وكيميائي وبيولوجي، ورغم أن هذه الفئات متميزة من الناحية النظرية، فإنها غالبا ما تتصرف بطبيعتها بطريقة تآزرية، فعلى سبيل المثال، فإن الكسور المادي يخلق أسطحا معدنية جديدة تعجل بالهجوم الكيميائي، بينما يمكن للنشاط البيولوجي أن يعزز العمليات المادية والكيميائية على السواء.

"الطقس الفيزيائي" "كسر الصخور دون تغيير تركيبتهم"

فالطقس الفيزيائي أو الميكانيكي ينطوي على تفتيت الصخور إلى أجزاء أصغر دون تغيير في تركيبها المعدني، كما أن القوى المحركة الرئيسية هي التوتر من تقلبات الحرارة، وتوسيع المياه المتجمدة، ونمو بلورات الملح، والعمل البائس للرياح والمياه، وهذه العمليات تزيد من مساحة الصخور السطحية المعرضة لطقس المواد الكيميائية، مما يجعل الانفصال المادي خطوة أولى حاسمة في تدهور الصخور.

فروست ويدنغ (فريز - ثاو)

ومن أكثر آليات الطقس المادي فعالية في المناطق الباردة والألبية، تهتز، وتتحول بذور المياه إلى شقوق ومفاصل ومسامير في الصخور، وعندما تنخفض درجات الحرارة إلى أدنى من التجميد، يتسع نطاق المياه بنسبة 9 في المائة، حيث يتحول إلى الجليد، ويمارس ضغطاً هائلاً خارجياً - إلى عدد من الأورام المتطورة.

الإجهاد الحراري والتخزين

وفي البيئات القاحلة والصحراء، تؤدي التغيرات الشديدة في درجات الحرارة اليومية - من ارتفاعات الدوام اليومي إلى انخفاضات الليالي المبردة - إلى التوسع والتعاقد، كما أن مختلف المعادن في الصخرة تتوسع بمعدلات مختلفة، وتولد ضغوطا داخلية يمكن أن تنتج في نهاية المطاف آثارا مجهرية وتفككات جرعات، وهذه العملية، التي كثيرا ما تسمى التفكك، هي أكثر فعالية في الصخور المظلمة التي تستهلك وقتا أطول.

نمو الملح (هالوكلستي)

In coastal and arid zones, salt prolisation is a powerful physical weathering agent. Salty water enters rock pores and cracks; as the water evaporates, salt billions form and grow. The expanding billions exert pressure similar to frost wedging. Evaporation also leaves behind salt residues that can hydrate and expand again when humidity changes. Salt weathering is responsible for the honeycomb

الإغراق بواسطة الرياح والمياه

وعلى الرغم من أن الجسيمات المتحركة التي تحملها الرياح أو المياه تعمل كعازف رملي طبيعي، وترتدي سطح الصخور، فإن الاندثار الرياح هو الأكثر فعالية في المناطق الجافة غير المزروعة حيث يمكن أن تُحشح الحبوب الرملية في ضواحي الصخور، وتُنقّب المنافذ السطحية، وتُحدث المياه كسور في الأنهار الرسوبية وتُطُرُبُقُقُقُقُقُقُقُقُقُقُقُتُقُقُصُقُ.

تربية الصخور المحسنة

ويغير الطقس الكيميائي التركيبة المعدنية للصخور من خلال ردود الفعل مع المياه والغازات الجوية والأحماض، وهذه العملية أكثر حدة في المناخات الدافئة الرطبة لأن ارتفاع درجات الحرارة والرطوبة يعجلان ردود الفعل الكيميائية، وينتج الطقس الكيميائي معادن جديدة (غالباً في كثير من الأحيان) ويطلقات منابر ممزقة ذات أهمية حاسمة بالنسبة لخصوبة التربة وللدورات الجيوكيميائية العالمية.

التحلل الهيدرولي

إن التحلل الهيدرولي هو رد الفعل بين المياه والمعادن السليفة، وهي أكثر المجموعات وفرة في قشر الأرض، وعلى سبيل المثال، فإن التحلل الأولي - وهو معدن مشترك في الغرانيت - يتفاعل مع الماء الحمضي بعض الشيء لتكوين المعادن الخفية (مثل الكولينيت) وإطلاق البوتاسيوم والصوديوم وأيون السليليكا إلى حل.

الاختناق

وتنطوي عملية الاختراق على رد فعل الأكسجين بالمعادن التي تحتوي على الحديد أو المعادن الأخرى التي تمر بمرحلة انتقالية، كما أن المعادن الغنية بالزئبق مثل الليف والبيروسين والنيت الحيوي هي أيضاً قابلة للتأثر، وتجمع الأوكسجين مع الحديد المعجَّل (Fe2+) لتكوين الحديد الأسمد (Fe3+)، الذي يُفترض أنه هوسد أو غوثيت -

الكربون والحلول

The carbon dioxide from the atmosphere dissolves in rainwater to form weak carbonic acid (H2CO3). This acid readily reacts with carbonate rocks such as limestone, marble, and chalk, converting insoluble calcium carbonate into soluble calcium bicarbonate. The reaction is: CaCO3 + H2CO3 ⁇ Ca2+ 2HCO3− Over time

الهضبة وغيرها من ردود الفعل

وتشمل الهيدروجينات التي تستهلك المياه في البنية البلورية للمعادن، مما يجعلها تتوسع وتصبح أكثر رشوة، ومن ذلك مثلاً أن هيدرات الأنهيدرات (CaSO4) لتشكل مادة غبوم (CaSO4;2H2O) التي تحتل حجماً أكبر ويمكن أن تعطل الصخرة المحيطة، كما أن هدر المعادن الخفيضة يمكن أن يسبب تتورلاً وتضالاً كبيراً في عمليات التلوث.

الرش البيولوجي: دور الحياة

وتسهم الكائنات الحية في التجوّل من خلال الوسائل الميكانيكية والكيميائية على السواء، ومن البكتيريا المجهرية إلى جذور الأشجار الكبيرة، يتسارع النشاط البيولوجي إلى تفكك الصخور وتكوين التربة، وهذا النوع من الطقس مهم بصفة خاصة في النظم الإيكولوجية المتقلبة والمدارية حيث يكون التنوع البيولوجي مرتفعا.

رائحه

وتنمو جذور النباتات، ولا سيما أشجار وأشجار الأشجار، إلى شقوق ومفاصل موجودة في الصخور، حيث تسمّم الجذور، تمارس ضغوطاً جانبية - تتجاوز أحياناً عدة أجواء - تتسع تدريجياً للكسرات، فخلال عقود، يمكن أن تجمع أحماض الثيران العميقة، وهذه العملية واضحة على جدران حجرية قديمة ومنحدرات من الكربون الصخري حيث تحطمت جذور الأشجار.

الدفن والتنميط البيولوجي

فالأحياء مثل دودة الأرض والنمل والنمل والنمل والقضبان تخلط باستمرار وتغذي التربة وتعيد تدنيسها، وتجلب الحرق شظايا صخرية جديدة إلى السطح حيث تتعرض للعوامل الأخرى التي تطمر، كما أن الحاجيات توجه المياه والهواء إلى طبقات أعمق، وتروج لطقس المواد الكيميائية، مثل تربي أغلفة المعادن وتغرها في أحشاءها.

النشاطات الدقيقة والليشنية

Lichens, mosses, and bacteria colonise bare rock surfaces and produce organic acids that dissolve minerals. Lichen acids (such as oxalic and citric acid) chelate clate like calcium and magnesium, drawing them into solution and weakening the rock. This process is especially important on exposed granite and limestone outcrops. Cyanobacteria and fungi

مساهمات كيميائية من مادة عضوية

وعندما تنزع المواد النباتية والحيوانية عن الأنظار، فإنها تُطلق الأحماض العضوية وثاني أكسيد الكربون إلى التربة، مما يزيد من حموضة مياه التربة، ويعجل بتحلل الهيدرولويث والكربون، وتُنتج الأحماض الهومية من انهيار الليجين والزنزانة، وتُعد فعالة بشكل خاص في تعقّد المعادن من الطينات، وفي النظم الإيكولوجية الحرجية، تكون طبقة الترميز العضوي هي نقطة حرارة من التربة التي تؤثر تأثيراً شديداً في التربة.

أهمية الطقس لنظم الأرض

إن التهاب هو أكثر بكثير من الفضول الجيولوجي، وهو أساس عدة عمليات أساسية لنظم الأرض، بما في ذلك تكوين التربة، وتدوير المغذيات والكربون، وتطور المناظر الطبيعية، وبدون التجوّل، سيكون كوكب الأرض عالماً مُحدّداً من الصخور الخالصة.

تكوين التربة والزراعة

فالسواء هو نتاج الصخور المطلية على سطح الأرض، وهي مختلطة بالعضوية، إذ يوفر الطقس المادي هيكل المعادن، بينما ينتج الطقس الكيميائي والبيولوجي معادن الطين والمغذيات النباتية مثل البوتاسيوم والفوسفور والكالسيوم، ويحتفظ معدل الطقس بصورة مباشرة بعمق التربة، ومعدلات النسيج والخصوبة، وفي المناطق المدارية الرطبة، ينتج ظواهر سميكة شديدة الكيماوية.

التغذية في صناعة السيكلنغ وصحة النظم الإيكولوجية

ويطلق التخثر الرطب عناصر أساسية من خزانات الصخور إلى المحيط الحيوي، وعلى سبيل المثال، فإن طقوس المعادن التي تباع في كلاكسيوم والمغنيزيوم إلى الغابات والمحيطات، كما أن الفوسفور، وهو مغذي حاسم يحد من نمو النباتات، إنما ينجم تماما تقريبا عن تجويع الأمعاء وغيرها من المعادن الفوسفاتية، ويؤثر التقلب العالمي لظواهر الارتحالي، وهو أمر هام بالنسبة لاضطرابات الرعي.

تطور الغطاء الأرضي وعلم الأرض

تطفو الظواهر الجوية المختلفة يخلق الكثير من أشكال الأرض المتحركة الصخور المقاومة تشكل منحدرات و جروح و جذع بينما تتحول الصخور الأضعف إلى وديان وأراض منخفضة ويتحكم في شكل الجبهات الجبلية وتطور الأراضي السيئة وتشكيل مشهدات الكارست

Carbon Cycle and Climate Regulation

إن التجويف الكيميائي للكالسيوم والسيليكات المغنسية يستهلك ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وينتج أيوناً ثنائية الكربون تنقل في نهاية المطاف إلى المحيط وتغلق كحجر لي، وهذه العملية - رد الفعل الأوربي - تعمل على مدى ملايين السنوات الزمنية، وتساعد على استقرار حرارة الأرض.

العوامل المؤثرة في معدلات الطقس

ولا يحدث التخصيب بوتيرة موحدة في كل مكان، ويحكم معدله عدة عوامل تفاعلية تختلف عبر الفضاء والزمن.

المناخ

إن التقلبات والتهطال هما الضوابط المهيمنة، إذ إن ردود الفعل الكيميائية تضاعف أو ثلاثة أضعاف مع ارتفاع درجة الحرارة في كل 10 درجات مئوية، وتعاني المناطق المدارية الحارة من سرعة طقوس المواد الكيميائية أكثر من المناطق القطبية الباردة، كما أن الطبق الطائش هو نفس القدر من الأهمية: فالماء هو المذيب لمعظم ردود الفعل، وهو مطلوب للنشاط البيولوجي، وتشهد المناطق القاحلة تباطؤا شديدا في الطقس، ولكن قد يكون لها سرعة في الطقس الطبيعي.

نوع الصخرة والمناجم

وتختلف المعادن اختلافا كبيرا في التجويع، وتصنف سلسلة الاستقرار في الذهبيتش المعادن من أقل المعادن استقرارا )الطبيعية بسرعة( إلى أكثرها استقرارا، كما أن أولفين والبيروسين، اللذين يتبلوران في درجات حرارة عالية، ويقتربان بسرعة من السطح، كما أن حمض كوارتز، الذي يكتنفه الكبريتيد الكثومية، يقاوم بشدة ويتراكم في رمل ليم.

التضاريس والمنحدرات

ويتحكم التضاريس في حركة المياه ومعدل التآكل، إذ يُحدّ من المياه المرفأة والحطام بسرعة، ويحدّ من الوقت المتاح للرد على المواد الكيميائية، ويعرض في كثير من الأحيان الصخرة العذبة، وتسمح المنحدرات النحيلية بالمياه بالتسلل والارتطام، ويعزز الطقس الكيميائي الأعمق، ويؤثر ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة المحلية، ويخلق منحدرات مجهرية تؤثر على معدلات التهوية.

الوقت

إن جميع عمليات الطقس تتطلب وقتا طويلا لتحقيق آثار هامة، فالمناظر الطبيعية الشابة )مثل المناطق التي تلت الجليد( لها تربة رقيقة وغير ناضجة تهيمن عليها الصخور المحطمة جسديا، والمناظر الطبيعية القديمة، مثل أسطح غوندوا - راء في استراليا وأفريقيا، قد تسخن من جديد عشرات الأمتار، وبالتالي فإن عصر سطح الأرض هو متغير رئيسي في فهم حالة الطقس الباردة.

التفاعلات بين أنواع الرش

وفي معظم الظروف الطبيعية، فإن التقلبات المادية والكيميائية والبيولوجية تتضافر في كثير من الأحيان في حلقة إيجابية من ردود الفعل، ويزيد الكسور المادي من مساحة السطح المتاحة للهجوم الكيميائي، ويضعف الطقس الكيميائي الصخري على طول حدود الحبوب، ويجعله أكثر عرضة للانفصال المادي، ويكاد النشاط البيولوجي يتكاثر في الوقت نفسه: فصول الكتلة الجليدية تتسع في الوقت الذي يزيل فيه الأحماض التي تفكك المعادن.

خاتمة

إن التخصيب عملية معقدة ومتعددة الميكانيكيات تقوم باستمرار بإعادة تشكيل سطح الأرض، وتفكك الطقس الطبيعي للصخور من خلال درجات الحرارة القصوى، والجليد، والملح، والغطاء؛ وتتحول الطقس الكيميائي إلى المعادن من خلال الماء والأكسجين والأحمض؛ وتسخير المناخي لقوة الكائنات الحية لتسريع التحلل المادي والكيميائي معا، تؤدي هذه العمليات إلى تأثير أنماط من التربة، وتتغيرات في نوعية التربة.