Forvitring

Forvitring er nedbrytning av for eksempel bergarter og mineraler under påvirkning fra ytre krefter. Forvitring deles inn i kjemisk, mekanisk og nukleær forvitring.^[1]

Nedbrytning av mineraler og bergarter foregår på jordoverflata og et stykke nedover i jordoverflata. Den faste fjellgrunnen vil over lang tid smuldre og brytes opp i mindre enheter. Videre vil forvitring også virke på steiner slik at de brytes ned til mindre enheter. Nede i jorda er det kjemiske forvitringsprosesser som løser ut og frigjør mineraler (plantenæringsstoffer) til jordsmonnet. Bygninger og statuer kan også være utsatt for forvitring.

Kjemisk forvitring

Kjemisk forvitring foregår ved at det skjer kjemiske reaksjoner mellom grunnvann og mineralene i bergarten slik at mineralogien kan endres. I hovedsak sier vi det er tre typer kjemisk forvitring: Oppløsning (vannet virker på steinmaterialet og mineralene løses ut på samme måte som vi løser opp havsalt i vann); Oksidering (et stoff reagerer med luft og mister et elektron på samme måte som når jern ruster); Hydrering (et stoff reagerer med vann og en får ofte dannelse av nye mineraler – spesielt leirmineraler)

Oppløsning

Mineraler løses opp i vann – hovedsakelig salter og karbonatmineraler. Oppløsningen vil være ekstra effektiv ved sur nedbør (vann som inneholder flere $H^{+}$ ioner), karbonsyre ( $H^{+}+HCO_{3}^{-}$ ) dannes, det er denne som løser opp kalkstein. Denne typen forvitring kan blant annet føre til utviding av forkastninger og dannelse av grotter. En kjent type landform som har sin opprinnelse fra denne typen forvitring er karstlandskapet.

Hydrolyse

Hydrolyse er en kjemisk reaksjon mellom vann og mineraler. Vil være mer effektivt i en surlig vannløsning. Denne formen for forvitring gir oss suspensjonsmateriale som leire.

Eksempel på hydrolyse av kalifeltspat:

$2KAlSi_{3}O_{8}+2H^{+}+2HCO_{3}^{-}+H_{2}O\rightarrow Al_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}+2K^{+}+2HCO_{3}^{-}+4SiO_{2}$

Oksidasjon

Oksidasjon er en kjemisk reaksjon der grunnstoff mister elektroner, skjer typisk i bergarter ved at $Fe^{2+}$ går over til $Fe^{3+}$ i kontakt med oksygen og vann. Vises som en rødbrun farge på bergarten også kjent som rust.

Hydrasjon

Hydrasjon er at vann absorberes av bergarten og enkelte mineraler som biotitt utvides som en reaksjon på dette. Utvidelsen fører til fysisk stress på bergarten.

Mekanisk forvitring

Mekanisk forvitring foregår når ulike fysiske krefter virker på berget og bryter det ned. Ved mekanisk forvitring sprekker fjellet og steinmaterialet og brytes i mindre deler uten at mineralogien endres. Det er flere typer mekanisk forvitring: Frostforvitring (skjer når vann renner ned i sprekker i fjellet, fryser og utvider seg); Termal utvidelse (skjer helst i områder med store temperaturforskjeller – stein utvider seg når den blir varmet opp og trekker seg sammen når den avkjøles), Eksfoliasjon (avskaling, skjer i områder hvor store deler av det overliggende berget er forvitret bort slik at det blir spenninger i berget på grunn av avlastning); Planterøtter (rotsprenging, planter vokser ned i bergsprekker, gir også fra seg en del humussyrer som bidrar til den kjemiske forvitringsprosessen)

Solsprengning

En form for mekanisk forvitring. Berggrunnen utsettes for kraftige temperatursvinger i løpet av et døgn. Det gjelder særlig i ørkenstrøk der temperaturen på bakkenivå kan være under frysepunktet på natta og 40-50 varmegrader om dagen. Denne døgnvekslingen av mineralkornene i bergarten, kan føre til at de ytterste lagene langsomt sprenges i stykker.

Trykkavlastning

Oppsprekking i bergarter ved trykkavlastning kan gi blant annet eksfoliasjon. Noen bergarter kan ha størknet flere kilometer under jordoverflaten. Gjennom millioner av år har bergartene over tid blitt slitt bort, og når bergarten som størknet flere kilometer under jordskorpen kommer helt opp til jordoverflaten, lettes trykket på bergarten. Nå får den plass til å utvide seg, og sprekker. Denne formen for forvitring kalles trykkavlastning.

Frostsprengning

Frostsprengning skjer når vann flyter ned i berggrunnen og fryser. Da øker volumet, og det resulterer i et så stort trykk at berget kan sprekke. Sprengekraften skyldes at vann utvider seg med 9% når det fryser. Frostforvitringen blir først effektiv når temperaturen synker til 5–6 grader minus. Frostforvitring er i kaldt klima den viktigste formen for forvitring.

Saltsprengning

Oppløst salt i grunnvann kan krystallisere og åpne porer i bergarten. Ved varme utvides saltet og bergarten opplever stress innenfra.

Rotsprengning

Røtter kan ha stor styrke, en rot kan presses inn i sprekker i bergarten og føre til videre utvidelse av sprekken.

Vannsprengning

Når vann kommer ned i forkastninger/sprekker/hull kan dette utøve nok trykk til å utvide den.

Termal ekspansjon

Intens varme gjør at det ytre laget i bergarten ekspanderer, ved avkjøling vil dette laget sprekke opp. I gamle dager lagde man et stort bål inni gruven og slukket det med kaldt vann gjentatte ganger for å få tak i malm. Dette er en typisk forvitring ved skogbrann. De første gruvene brukte bålbrenning som metode til å få fjellet til å sprekke. Dette var lenge den eneste måten til å få hull på fjellet og mineraler/malm ut i passe stykker. Arbeidsmåten er fortsatt i bruk, for eksempel i smaragdgruvene ved Minnesund i nærheten av Mjøsa.

Organisk virksomhet

Dyrelivet kan påvirke forvitringen, gravende dyr kan utvide sprekker og bevege masser.

Referanser

^ Hack, H. Robert G. K. (2020). «Weathering, Erosion, and Susceptibility to Weathering». I Kanji, Milton. Soft Rock Mechanics and Engineering (på engelsk). Springer International Publishing. s. 291–333. ISBN 978-3-030-29477-9. doi:10.1007/978-3-030-29477-9_11. Besøkt 9. januar 2021. (Gratis tilgjengelig via ResearchGate)

Se også

Erosjon

[1] Hack, H. Robert G. K. (2020). «Weathering, Erosion, and Susceptibility to Weathering». I Kanji, Milton. Soft Rock Mechanics and Engineering (på engelsk). Springer International Publishing. s. 291–333. ISBN 978-3-030-29477-9. doi:10.1007/978-3-030-29477-9_11. Besøkt 9. januar 2021. (Gratis tilgjengelig via ResearchGate)

[1]