Bài giảng Đá và phong hóa đá

Chương 2: 2: Chương ĐĐÁÁ VVÀÀ SSỰỰ PHONG H

PHONG HÓÓA ĐA ĐÁÁ

1. Các loại đá Theo nguồn gốc thành tạo

Nhiệt độ, áp suất

-đá magma,

Đá trầm tích

Đá biến chất

-đá trầm tích,

Nóng chảy

Phong hóa, xói mòn

Đá phún xuất

-đá biến chất.

1. Các loại đá Đá magma

được hình thành từ kết quả nguội lạnh, đông cứng của dung dịch silicate. Theo nguồn gốc thành tạo:

-đá magma xâm nhập (>1,5 km) và

-đá magma phun trào (phún xuất).

Theo hàm lượng oxide silic

+ Magma acid (Si2O > 65%) + Magma trung tính (Si2O: 65 - 52%) + Magma mafic (SiO2: 52 - 45%) + Magma siêu mafic (SiO2 < 45%).

1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo

•Thạch anh,

•Tràng thạch,

•Mica,

•Hàm thạch và huy thạch,

•Lãm thạch.

1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo

•Thạch anh

1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo •Tràng thạch

•Tràng thạch kali

•Tràng thạch natri

•Tràng thạch calci

1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo

•Mica đen

•Mica trắng

•Mica

1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo

•là các metasilicate (khoáng vật màu)

•Hàm thạch và huy thạch

tương ứng với acid H2SiO3, trong đó H thay bằng các

kim loại như Mg, Fe, Ca, có ít chất Al.

1. Các loại đá Đá magma - Thành phần cấu tạo •Lãm thạch

(olivine)

1. Các loại đá Đá tr(cid:2)m tích

•Nhóm carbonate

-Đátrầm tích cơ học

•Nhóm các khoáng sét

-Đátrầm tích hóa học -Đátrầm tích hữu cơ

•Nhóm sulphate •Nhóm hữu cơ

1. Các loại đá Đá tr(cid:2)m tích •Nhóm carbonate

calcite

dolomite

magnesite

dolomite

1. Các loại đá Đá tr(cid:2)m tích •Nhóm các khoáng sét

kaolinite

1. Các loại đá Đá tr(cid:2)m tích •Nhóm các khoáng sét

montmorillonite

mica

1. Các loại đá Đá tr(cid:2)m tích •Nhóm sulphate

thạch cao

anhydrite

1. Các loại đá Đá tr(cid:2)m tích •Nhóm hữu cơ đá do các sinh vật vùi dưới đất đã hàng trăm ngàn năm nay kết thành.

•Than đá,

•Dầu hỏa và

•Khí thiên nhiên

1. Các loại đá Đá bi(cid:3)n tính

Đá gneiss

-Đá gneiss (gơnai) -Đá hoa -Đá quartzite -Diệp thạch sét

phong hóóaa

2. S2. Sựự phong h -Phong hóa c(cid:4) h(cid:5)c Băng, nước, gió -Phong hóa hóa h(cid:5)c

-Sự thủy hóa -Sự thủy phân -Sự oxy hóa -Sự khử hóa -Sự hòa tan -Sự vôi hóa

ĐẤT TỪ ĐÁ

• Đất ở khắp mọi nơi!

• Đất có nguồn gốc từ đâu?

• Đất phát triển như thế nào?

• Đá có đóng góp gì cho đất?

Đất

• Phẫu diện đất

• Và khi lấy đất để lên tay thì chúng ta cảm nhận được các hạt cát, thịt, sét và thành phần chất hữu cơ

Sự phong hóa

Đá → Đất

• Sự phong hóa là

epilithic

quá trình phá hủy đá, đất và các khoáng vật • Phong hóa gồm

endolithic

hai loại: – Phong hóa cơ học (disintegration)

– Phong hóa hóa học (decomposition)

Sự phong hóa đá

• Diễn ra ngoài trời (in-situ) • Khác với sự

xói mòn (mẫu chất tại một điểm bị lấy đi)

Phong hóa cơ học (vật lý) bẻ vỡ các đá gốc thành những mảnh vụn mà không làm

swf

thay đổi thành phần hóa học của đá

đá lớn →→→→ đá nhỏ →→→→ tinh khoáng

chasmolithic

Phong hóa cơ học (vật lý)

Các ti(cid:3)n trình 1) Đóng băng/tan băng hoặc do thay đổi nhiệt độ

1 cm3 nước →→→→ 1,09 cm3 nước đá

chasmolithic

Phong hóa cơ học (vật lý)

Các ti(cid:3)n trình (tt) 2) Rễ thực vật cũng có thể

làm nứt rạn các đá

chasmolithic

3) Gió mạnh chuyên chở các vật liệu như các hạt cát đi xa và cát lại làm mòn dần các đá nổi trên mặt đất.

Phong hóa hóa học

Các ti(cid:3)n trình • Sự thủy hóa • Sự thủy phân • Sự oxy hóa • Sự khử hóa • Sự hòa tan • Sự vôi hóa

• Phong hóa hóa học là quá trình các khoáng vật trong đá thay đổi trở thành các hạt nhỏ hơn và dễ bị rửa trôi hơn.

Phong hóa hóa học

• diễn ra nhanh ở

những đá có nhiều góc cạnh (diện tích bề mặt lớn/thể tích nhỏ)

• Dần dà các góc

nhẵn cạnh bị bào mòn (bo tròn)

Phong hóa hóa học

là sự phá hủy đá bằng các phản ứng hóa học

• Sự thủy hóa là sự kết hợp giữa nước với khoáng, oxide, silicate làm gia tăng thể tích

Fe2O3 + H2O →→→→ FeOOH Goethite Hematite Fe2O3 + nH2O →→→→ Fe2O3.nH2O Stilnopsiderite CaSO4 + 2H2O →→→→ CaSO4.2H2O

Thạch cao

Phong hóa hóa học

• Sự thủy phân là do sự phân lìa nước thành ion H+ và ion OH-. có thể có tác dụng như một acid hay một base trên các tinh khoáng

Sự phân lìa này càng mạnh nếu nhiệt độ càng lớn

K2O.Al2O3.6SiO2 + 3H2O →→→→ Al2O3.2SiO2.2H2O + 2KOH + 4SiO2

Kaolinite

Trực tràng

Phong hóa hóa học

• Sự oxy hóa oxy có thể thâm nhập thành phần

của các khoáng dễ dàng chất sắt rất dễ bị oxy hóa làm cho các khoáng này bể nhỏ ra Sự oxy hóa đi kèm với sự thủy hóa hoặc thủy phân

FeMg.2SiO4 + 9H2O + O2

→→→→ 2Si(OH)4+ 2Fe(OH)3 + 2Mg(OH)3

Olivine

Silice ròng ngậm nước

Phong hóa hóa học

• Sự khử hóa xảy ra nơi mà các vật liệu đất bị bão hòa nước (oxy không thể thâm nhập thành phần của các khoáng)

Fe2O + 4SO4

2- + 8CH2O + 1/2O2

→→→→ 2FeS2 + 8HCO3- + 4H2O

pyrite

Phong hóa hóa học

• Sự hòa tan CaCO3 + 2H+ + 2OH- → H2CO3 + Ca2+ + 2OH-

Sự phong hóa này có thể gia tăng khi nhiệt độ tăng

Phong hóa hóa học

• Sự vôi hóa tác dụng của nước chứa CO2, các loại đá vôi

sẽ thành bicarbonate dễ hòa tan

CaCO3 + CO2 + H2O (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) Ca(HCO3)2

Phong hóa hóa học

• Phong hóa hóa học tạo các hạt sét để cây trồng có thể phát triển được

• Hỗn hợp gồm xác

cây mục và các loại hạt (sét, thịt, cát) hình thành nên đất

Sự phong hóa

• Sự phong hóa vật lý và hóa học diễn ra đồng thời

Phong hóa vật lý phá vỡ đá thành nhiều mãnh làm tăng diện tích bề mặt để cho phong hóa hóa học tiếp tục phá vỡ đá nhỏ xuống kích thước nhỏ hơn

Sự phong hóa

• Nơi nào có nhiều nước thì sự phong hóa diễn ra nhanh hơn.

• Nhiệt độ cao cúng làm cho sự phong hóa diễn ra nhanh hơn.

phụ thuộc lớn vào điều kiện khí hậu

Sự phong hóa

Ngược lại • Ở vùng khí hậu khô hạn thì sự phong hóa diễn ra rất chậm. • Tuy nhiên, sự phong hóa cơ học có thể diễn ra nhanh hơn một ít do tác động của nhiệt độ

• Khi nhìn thấy các hạt cát, ta có thể xác định được loại đá mà đã phong hóa để hình thành chúng

Sự phong hóa đá sản sinh ra các hạt đất

• Italy • Hawaii • Madeline

Is. Wisconsin • St. Peter

Sandstone, St. Paul, MN

Các yếu tố hình thành đất

• Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian

Các loại đá khác nhau trên thế giới

Đất ở những vị trí khác nhau là khác nhau bởi vì tác động của những yếu tố này khác nhau ở từng vị trí.

Các yếu tố hình thành đất

(cid:1)Nhi(cid:6)t đ(cid:8) (cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2) sự phát triển của đất:

• Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian

(cid:1)M(cid:9)a - Nhiều hơn = rửa trôi nhiều

Nóng hơn = Nhanh hơn Lạnh hơn = chậm hơn

của CaCO3 trong phẫu diện

hơn (cid:1)Vùng rửa trôi - được xác định bằng vị trí

Nhiệt độ và mưa ảnh hưởng đến sét, carbonate và chất hữu cơ

Nhiệt độ và mưa ảnh hưởng đến pH đất

Chỉ số khô khan (I):

Ví dụ: - Ở Phan Rang

I =

P T + 10

= 18

IP =

690 28 + 10 pH đất: 6 – 6,5

Trong đó: P: Lượng mưa trung bình T: Nhiệt độ trung bình

- Ở Huế

= 85

IP =

3000 25 + 10

pH đất: 4,5 – 5,5

Các yếu tố hình thành đất

• Khí hậu: Vùng nhi(cid:6)t đ(cid:10)i ho(cid:11)c c(cid:12)n nhi(cid:6)t đ(cid:10)i, s(cid:13)

phong hóa th(cid:9)(cid:14)ng r(cid:15)t m(cid:16)nh.

Rửa trôi

swf

Oxide Fe, Al

Các yếu tố hình thành đất

SiO2 và các base

• Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian

• Thực vật – cung cấp chất hữu cơ

Đồng cỏ:

hệ thống rễ cỏ cung cấp chất hữu cơ trên 60 cm đất

Rừng: lá rụng trên mặt đất mỗi năm cung cấp chất hữu cơ trên 1 dm

Rừng & đồng cỏ

• Tấm lá chắn sinh học che chở cho đất • Bổ sung thành phần hữu cơ cho đất

– Nhờ vào sự thay đổi của thực vật trên 8000 năm qua, đất được

hình thành dưới những cánh rừng và đồng cỏ

Yếu tố hình thành đất – SINH VẬT • Động vật ~ trộn đất

– Động vật thân mềm (giun đất), – Chân đốt, – Thú

Yếu tố hình thành đất – SINH VẬT • Vi sinh vật

có thể hình thành cấu trúc của tầng đất.

• phân giải xác hữu cơ, • hình thành mùn, • chuyển hoá đạm trong đất, • cố định đạm từ khí trời

– Phong phú với nhiều chủng loại – Có thể có tới hàng trăm triệu con / 1 g đất. – Các quá trình có sự tham gia của VSV:

– Sinh khối vsv lớn, góp phần cung cấp chất hữu cơ và tạo độ phì đất.

Tiến trình xảy ra ở vùng có ảnh hưởng của sinh vật:

(a) sự hấp thụ năng lượng và các chất thông qua quang hợp;

(b) sự phân hủy chất dư thừa của thực vật;

(d) sự tạo thành các phức giữa khoáng và chất hữu cơ.

Các yếu tố hình thành đất

• Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian

Yếu tố địa hình

• Các tầng khác nhau

Đất phát triển tốt ở vùng thoát thủy tốt

Đất ít phát triển nhất ở vùng bị rửa trôi,

trong đất là do sự khác nhau của mực thủy cấp • Phân cấp sự thoát thủy

Đất tích tụ các thành phần từ địa hình cao

Đất ngập nước

– Thoát thủy tốt – Thoát thủy trung bình – Thoát thủy yếu – Thoát thủy kém

Các đốm màu sáng càng gần bề mặt

Tốt

Trung bình

Yếu

Kém

Phân cấp sự thoát thủy

Địa hình – xói mòn & tích tụ

Vùng trên cao bằng phẳng

Vùng triền đồi có độ dốc lớn

Vùng triền đồi thoai thoải

Vùng chân đồi

Vùng trên cao bằng phẳng (Summit) ít bị xói mòn nhất và đất có mức độ phát triển nhất (sự phân tầng rõ nhất)

Vùng triền đồi thoai thoải (Backslope) giống như vùng summit trừ khi độ dốc lớn hơn 20%.

Vùng triền đồi có độ dốc lớn (shoulder) Xói mòn nhiều nhất Sự thấm nước ít nhất ⇒ đất có mức độ phát triển kém nhất

Vùng chân đồi (footslope) • Tích tụ vật liệu từ vùng cao • Nó cũng có thể bị rửa trôi do nước

Ap A1 A2 A3

AB Btg

Water

Ví dụ ở Minnesota?

Sườn đồi phía Nam - ít cây cối - đất có mức độ phát triển ít hơn

Sườn đồi phía Đông - nhiều cây cối - đất có mức độ phát triển nhiều hơn

Các yếu tố hình thành đất

Mẫu chất Đất được hình thành chủ yếu từ các loại

• Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian

mẫu chất sau:

• Sandstone • Limestone • Basalt • Granite

Sự vận chuyển của mẫu chất

alluvium

colluvium

• Do nước (lắng tụ) = trầm tích hồ, trầm tích biển, phù sa (Alluvium) • Do gió = trầm tích do gió cuốn (loess) • Do trọng lực = sườn tích, tụ thổ (colluvium) • Do băng hà = trầm tích do băng hà (Glacial)

Trầm tích do gió cuốn Loess – các hạt thịt (0,05 - 0,002mm)

Các yếu tố hình thành đất

Đụn cát (eolian sand)

• Khí hậu • Sinh vật • Địa hình • Mẫu chất • Thời gian

Yếu tố hình thành đất - THỜI GIAN

• Sinh vật và khí hậu tác động lên mẫu chất và địa hình theo thời gian

• Tuổi của đất được xác định dựa trên mức độ phát triển của đất chứ không phải là số năm mà nó hình thành • Bao lâu để gọi là đất già thì tùy thuộc vào

Phân loại tuổi

mật độ của các tiến trình hình thành đất hay của 4 yếu tố hình thành đất bên trên

Young

Juvenile

Mature

Adult A E

A E

Old Age “Senile” A E

Bt1

Btqm

Bt2

Bqm

Tính chất của đất già

• Mất chất dinh dưỡng (các base) = pH thấp làm cho đất chua hơn • Tăng hàm lượng sắt làm cho đất

có màu nâu hoặc đỏ hơn

• lớp mẫu chất bị Phong hóa sâu hơn làm cho đất có phẫu diện sâu hơn

Soil pedon

O A Ae

Soil horizons

Soil profile

Tầng đất

• Sự hình thành tầng đất.

swf

Tầng đất

chứa nhiều CHC

Tầng mặt: (Tầng canh tác) rửa trôi sét và khoáng

ít chất hữu cơ Tầng tích tụ: (Tầng oxy hóa) tích tụ sét và khoáng

vật liệu phong hóa

Tầng mẫu chất (Tầng khử)

Tầng đất

O - chứa nhiều chất hữu cơ >35%. H - chứa ít chất hữu cơ A - được hình thành từ khoáng và chất hữu cơ có màu tối E - rửa trôi sét và hầu hết các khoáng, có màu sáng do cát và thịt B - tích tụ sét và khoáng (gồm Fe,Al oxide, CaCO3) từ tầng trên

C - tầng mẫu chất chứa vật liệu phong hóa R - tầng đá

Tầng đất

Tầng mặt: H

- Tầng tích lũy CHC - Độ dày 20 – 40 cm (có thể đến 60 cm) - Carbon hữu cơ: ≥≥≥≥ 18% nếu sét ≥≥≥≥ 60%

(OC)

≥≥≥≥ 12% nếu sét = 0%

A

Tầng tích lũy chất mùn - Ah: tích tụ CHC nhưng không đạt OC như tầng H - Ap: đầng đất chịu ảnh hưởng của cày xới - Aph: đầng đất vừa chịu tác động của cày xới vừa tích tụ CHC

Tầng đất

Tầng bên dưới: B: tích tụ sét và khoáng (gồm Fe,Al oxide, CaCO3)

- Bg: có đốm rỉ - Bj: có đốm jarosite (vàng rơm) - Bt: Tích tụ sét (giồng cát)

Tầng đất

C - tầng khử do nước ngầm. Chứa vật liệu dễ bị biến đổi hoặc vật liệu hình thành nên các tầng bên trên. - Cr: Tầng C trong điều kiện khử - Cpr: Tầng chứa vật liệu sinh phèn