암석의 풍화와 변질 : 물리-화학적 풍화작용(산화작용, 가수분해, 수화작용, 탄산염화 작용, 용해작용)에 대하여

암석의 풍화와 변질

풍화작용이란 지표나 지표부근에서 암석(또는 광물)이 물리적으로 또는 화학적으로 변질되어가는 과정의 산물로서 암석의 화학적조성이나 광물학적 조성의 변화없이 단지 원래의 암석이 보다 작은 크기로 파쇄되는 물리적 풍화작용과 암석과 광물의 화학적 조성이 변화되는 화학적 풍화작용으로 분류되는데 자연환경에서 양자가 동시에 일어나기 때문에 상호영향을 따로 분리하기는 어렵다

1) 물리적인 풍화작용

지표부근에서 암석의 응력의 변화로 화학적 변화없이 보다 작은 크기의 암석 또는 광물로 파쇄 변질되는 것으로서 응력조건의 변화요인으로

○ 침식으로 인한 상부암석의 제거 : 지표와 평행한 Sheeting 발달

○ 암석내의 절리나 열극(Crack)에 존재하는 물의 결빙 : 절리 및 구열면을 따라 파쇄, Angular block 파편

○ 새로이 형성된 광물의 결정작용 : 결정의 성장에 따른 체적증가 및 압력 유발

○ 기온의 변화 : 가열, 냉각이 교대로 진행됨으로 열극을 따라 얇은 조각으로 파쇄

○ 식물의 활동 :　나무뿌리 성장에　따른 열극확대

○ 화재 : 가열에 의한 표면암석의 팽창으로 sheet상의 붕괴유발.

2) 화학적인 풍화작용

빗물은 대기의 여러 가지 성분을 녹여 가지고 있으며 이 물은 암석중의 광물과 작용하여 산화.가수분해.수화.탄산염화.용해 등을 일으켜 결국은 암석을 파괴한다

○ 산화작용(Oxidation) : Fe++를 함유한 광물은 Fe3+로 산화되고 다시 수소이온(OH-)과 결합하여 Fe(OH)3라는 수산화물을 형성

 4FeO + 2H2O + O2 → 4FeO․OH(침철석), 2FeO․OH → Fe2O3(적철석) +H2O

○ 가수분해(Hydrolysis) : 물의 화학적 유동성을 H2O가 H+와 OH이온으로 解離(Dissociation)되는 정도에 따라 증가되는데 온도가 증가하거나 CO2와 산의 함유량이 높을수록 해리된 이온량은 증가되어 화학적 풍화가 조장된다.

H2O + CO2 ⟷ H2CO3(탄산)

규산염광물이 화학적으로 분리되면 여러 종류의 점토광물이 형성되는데 환경의 특성과 풍화의 정도에 따라서 점토광물의 종류가 결정된다

-. K-장석의 풍화 : 4KALSi3O8 + 4H+ + 2H2O → 4K+ + Al4Si4O10(OH)8 + 8SiO2

○ 수화작용(Hydration) : 무수화물광물에 물이 포화됨으로서 체적이 증가되는 작용을 의미한다.

-. CaSO4(경석고 Anhydrite) → CaSO4․2H2O(석고 Gypsum)

-. Fe2O3(적철석 Hematite) → Fe2O3․nH2O

○ 탄산염화 작용(Carbonation) : 탄산가스가 Ca, Na, Mg 등의 산화물과 혼합되어 탄산염광물이나 중탄산염광물이 형성되는 작용

-. Ca++ + 2HCO3--- → Ca(HCO3)2

-. Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2 ↑

○ 용해작용(Solution) : 빗물에 용해된 산소, 탄산가스 등이 지반속에 침투하여 이동하는 동안에 유기체의 활동과 유기물질의 분해로 말미암아 토양 중에 들어있는 CO2를 더욱더 흡수하여 석회암 등을 쉽게 용해시킨다

-. CaCO3(방해석)+ H2CO3 → Ca2+ + 2(HCO3)-(중탄산이온)