Wietrzenie skał. Ruchy masowe

Cele:
Uczeń:

- rozumie znaczenie pojęć: powierzchnia zrównania, denudacja;
- wymienia czynniki, które wpływają na proces wietrzenia;
- potrafi scharakteryzować poszczególne rodzaje wietrzenia mechanicznego, chemicznego i biologicznego;
- przedstawia różnice pomiędzy poszczególnymi rodzajami wietrzenia;
- wyjaśnia powód zróżnicowania tempa wietrzenia na kuli ziemskiej w zależności od rodzaju klimatu;
- potrafi wymienić rodzaje procesów stokowych;
- potrafi opisać warunki, w jakich może dojść do określonych procesów stokowych;
- jest przekonany o niebezpieczeństwie występowania lawin śnieżnych na terenach górskich.

Treści przedstawiane na lekcji:
Wietrzenie jest procesem rozpadu i rozkładu skały, a jego wynikiem jest zwietrzelina. Jest to czynnik egzogeniczny, czyli zewnętrzny. Jest związany z ruchami powietrza, wód, lodowców, z życiem organicznym i działalnością człowieka, a także z działalnością energii słonecznej.
Jego efektem jest ciągłe niszczenie wyniosłości i wypełnianie zaklęsłości terenu. Gdyby nie działały czynniki endogeniczne, których inicjacja następuje we wnętrzu Ziemi i jest powodem różnicowania powierzchni Ziemi, to efektem ostatecznym działania czynników zewnętrznych byłaby powierzchnia zrównania, czyli prawierównia (peneplena).
W wyniku wietrzenia dochodzi do rozluźnienia materiału skalnego i w efekcie jego rozdrobnienia.
Tempo wietrzenia zależy od:
- rodzaju skał,
- ilości wody,
- wilgotności powietrza,
- typu klimatu,
- szaty roślinnej.
W zależności od rodzaju czynników oddziałujących na skały, wyróżnia się kilka rodzajów wietrzenia:
- mechaniczne,
- chemiczne,
- biologiczne.
W zależności od strefy klimatycznej różnicuje się tempo danego typu wietrzenia.
Wietrzenie mechaniczne (fizyczne) polega na rozdrabnianiu skały bez zmiany jej składu chemicznego.
Zachodzi pod wpływem:
- nierównomiernego rozszerzania się i kurczenia się minerałów podczas nagrzewania bądź oziębiania skały.
Jest to tzw. wietrzenie insolacyjne, będące efektem różnych współczynników rozszerzalności termicznej minerałów, lub wietrzenie eksfoliacyjne, w przypadku skał jednorodnych, gdzie warstwa przypowierzchniowa nagrzewa się szybciej i dochodzi do jej łuszczenia równolegle do powierzchni;
- wody, a szczególnie wilgoci, która wnika w mikroskopowe zluźnienia między kryształami, a następnie bardzo duża cieplna rozszerzalność wody powoduje rozsypywanie się skały na bloki, gruz i ziarna.
Rozdrobniony materiał skalny tworzy stożki piargowe i pokrywy gruzowe. Przykładem są granitowe piargi w Tatrach. Skałom w górach i w klimacie zimnym towarzyszy dodatkowo zjawisko zamrozu (kongelacji), czyli zamarzanie wody znajdującej się w szczelinach skał i wzrost kryształów lodu.
Gołoborza w Górach Świętokrzyskich są typowym przykładem wietrzenia mrozowego, które miało miejsce zwłaszcza w czasie zlodowacenia Polski.
- soli, zwłaszcza w klimacie suchym, gdzie parująca woda osadza w szczelinach skalnych sole i tlenki metali, które krystalizując, rozsadzają skały. Proces ten nazywany jest eskudacją.
- mechanicznej działalności roślin (rozrastające się korzenie) i zwierząt (kretów, gryzoni i zwierząt kopytnych).
Wietrzenie mechaniczne jest intensywniejsze w klimacie, gdzie zmiany termiczne często przekraczają zerowy punkt skali.
Wietrzenie chemiczne polega na zmianie składu mineralnego skały, czyli doprowadza do jej rozkładu, czyli:
- rozpuszczenia (solucji), czyli rozpuszczaniu minerałów pod wpływem wody;
- utlenienia (oksydacji), łączenia się pewnych składników mineralnych skał z wolnym tlenem (np. siarczki przechodzą w siarczany, czarny minerał magnetyt w czerwony hematyt. Utlenianie zachodzi tuż pod powierzchnią ziemi);
- uwodnienia (hydratacji), łączenia się niektórych minerałów z wodą (przykładem uwodnienia jest przemiana hematytu w limonit lub anhydrytu w gips);
- uwęglanowienia (karbonatyzacji), polegającego na rozpuszczaniu i wypieraniu przez wodę zawierającą dwutlenek węgla węglanów wapnia, magnezu i żelaza, a także rozkładaniu krzemianów i glinokrzemianów, i przechodzeniu ich w węglany. Uwęglanowienie zachodzi przede wszystkim na terenach, gdzie skały są bogate w odpowiednie węglany.
Woda wzbogacona w dwutlenek węgla i sole, rozpuszcza minerały w skale, a roztwór usuwa na zewnątrz. Proces ten nazywany jest krasowieniem. W wyniku tego wietrzenia powstają pokrywy gliniaste. Do skał rozpuszczalnych pod wpływem wody z domieszką gazów należą wapienie, dolomity, gipsy i sole kamienne.
Wietrzenie biologiczne polega na mechanicznym i chemicznym niszczeniu skał, ponieważ wzrost korzeni powoduje rozszerzanie się szczelin skalnych i pękanie skał, a substancje chemiczne i kwasy organiczne wydzielane przez rośliny, rozpuszczają i rozkładają skały.
Również podziemne zwierzęta ryjące przyczyniają się do tego typu wietrzenia. Najszybciej porastają skały glony i porosty, które jako pierwsze wzmagają proces wietrzenia biologicznego.

Następstwem wietrzenia są procesy stokowe. Należą do grupy procesów morfologicznych, w obrębie których można wyróżnić: ruchy masowe lub ruchy grawitacyjne. Polegają one na przemieszczaniu się zwietrzeliny, a także powierzchniowej warstwy litej skały w dół stoku pod wpływem siły ciężkości.
Czynnikami wpływającymi na uaktywnienie się ruchów masowych są np.:
- przesycenie zwietrzeliny wodą,
- rozmarznięcie wierzchniej warstwy zmrożonego gruntu,
- podcięcie lub zbytnie obciążenie stoku (np. na skutek postawienia jakiejś formy antropogenicznej),
- powstanie fali akustycznej.
Wietrzenie skał jest na ogół wstępnym procesem, które doprowadza do ich rozpadu. Siła grawitacyjna sprawia, że luźne skały przemieszczają się w kierunku zagłębień. Stąd procesy te nazywane są ruchem grawitacyjnym lub masowym. W ostatecznym rezultacie dochodzi do zrównywania powierzchni Ziemi, czyli denudacji. Niszczenie wyniosłości ustaje, gdy osiągnięta zostaje baza denudacyjna. Materiał skalny poddany denudacji, jest sortowany u podnóża stoku.
Efektem tej denudacji są np. stożki piargowe zbudowane grubszego ostrokrawędzistego materiału skalnego (piargu), mało posortowanego, chociaż u podstawy stożka gromadzi się najwięcej materiału grubszego. Zanim materiał skalny do nich dotrze, przemieszcza się po stoku żłobiąc rynnę, zwaną żlebem.

Tempo i natężenie ruchów masowych zależy głównie od nachylenia stoku oraz rodzaju i grubości zwietrzeliny. Do podstawowych rodzajów ruchów masowych należą:
zachodzące na ścianach i stokach skalnych o nachyleniu powyżej 450:
- odpadanie to odrywanie się od litego podłoża i spadanie w dół pojedynczych fragmentów zwietrzałej skały od ścian i stoków skalnych. Intensywność odpadania zależy głównie od odporności skały oraz rodzaju i siły wietrzenia, jakiemu podlega skała. Odpadły od ścian materiał skalny gromadzi się u ich podnóża, tworząc stożki i hałdy usypiskowe;
- obrywanie dotyczy dużych bloków skalnych odpadających od stromych powierzchni stoków. Najczęściej jest ono prowokowane przez podcinanie meandrującej rzeki, fale morskie, lodowiec, lub w wyniku działalności człowieka, również pod wpływem wstrząsów sejsmicznych. Odbywa się sporadycznie w postaci tzw. lawiny skalnej. Miejsce oderwania mas skalnych Nosi nazwę obrywu. Obrywanie zachodzi zwykle niespodziewanie, w miejscach trudnych do określenia wcześniej;
- osypywanie to odpadanie drobnych materiałów skalnych ze stoku. Odbywa się ono z dużą częstotliwością, pod wpływem siły ciężkości. Bezpośrednią przyczyną uruchamiającą osypywanie może być silny wiatr, intensywny opad deszczu lub gradu, spływająca woda, nagła zmiana temperatury, fala akustyczna, a także bezpośrednie oddziaływanie zwierząt lub człowieka. Na szczególnie podatnym na osypywanie stoku proces ten może spowodować powstanie lawiny kamiennej.
zachodzące na ścianach i stokach skalnych o nachyleniu poniżej 450:
- osuwanie to gwałtowne przemieszczanie się zwietrzeliny po stoku (od kilku do kilkudziesięciu m/s). Procesowi osuwania sprzyja:
1) odpowiednie nachylenie warstw geologicznych, tworzących powierzchnię poślizgu równoległą do powierzchni stoku.
2) stosunkowo duże opady, powodujące nasączanie i przez to wzrost ciężaru przypowierzchniowej warstwy materiału skalnego na stoku.
3) naruszanie równowagi stoku przez podcinanie jego podnóża przez rzekę, rozcinanie stoku przez potoki itp.
4) działalność człowieka, polegająca np. na podcinaniu stoku przez budowę drogi, likwidację utrwalającej stok i pochłaniającej część opadu pokrywy roślinnej (np. wylesianie), lokalizację ciężkich budowli (np. domów wczasowych) na stoku itp.
Efektem procesu osuwania jest powstawanie osuwisk. Zachodzący na większą skalę proces osuwania powoduje niekiedy katastrofalne skutki, niszcząc osiedla i drogi komunikacyjne, zagradzając doliny i tworząc okresowe jeziora, a także spiętrzając wody rzek i powodując powodzie.
- spływ błotny to przemieszczanie się warstwy zwietrzeliny obficie nasiąkniętej wodą. Zjawisko to ma miejsce przede wszystkim w gorącym i wilgotnym klimacie po intensywnych opadach zwłaszcza na terenach odkrytych nie porośniętych roślinnością;
- spełzywanie to grawitacyjny, na ogół bardzo powolny ruch, spowodowany dużym nawilgoceniem terenu i odmarzaniem jedynie przypowierzchniowej warstwy terenu. Może też być sprowokowany przez zbyt głęboką orkę prowadzoną na zboczu.
Szczególnym przypadkiem procesów denudacyjnych są lawiny. Warstwa śniegu leżąca na stromym stoku utrzymuje się na skutek występowania siły tarcia oraz sił spoistości. Wielkość sił utrzymujących śnieg w spoczynku jest ograniczona prze przyczepność gruntu i spoistość poszczególnych warstw. Jeśli ciążenie materiału gromadzonego na stokach, przekroczy określoną barierę, czyli siła grawitacji stanie się większa od siły tarcia, rozpoczyna się proces przemieszczania masy śnieżnej w kierunku doliny.
Jest kilka przyczyn przemieszczania się śniegu w dół stoku:
- zmiana temperatury i wilgotności powietrza;
- zwierzę;
- wiatr;
- spadająca skała;
- fala akustyczna (hałas);
- człowiek trawersujący stok.
Lawiny powstają zazwyczaj na stokach o nachyleniu od 25° do 50°. Ze stoków o większym nachyleniu śnieg zwykle zsuwa się samoistnie i nie gromadzi się. Natomiast na stokach o nachyleniu mniejszym niż 25° zachodzi tylko zjawisko pełzania czyli bardzo powolnego spływania mas śniegu pod wpływem własnego ciężaru (z prędkością 1 - 2 cm na dobę). Jest to zjawisko zupełnie niegroźne i dla człowieka niewyczuwalne.
Stoki gładkie, porośnięte trawą znacznie bardziej sprzyjają powstawianiu lawin niż tereny pokryte lasem, kosodrzewiną czy krzewami (o ile oczywiście nie są one zupełnie pokryte śniegiem).
Wszelkie strome żleby, rynny, depresje i kotły oraz gładkie zbocza są terenami o dużym zagrożeniu. Dlatego też, w miarę możliwości, należy wybierać wszelkie wypukłe formacje terenu, jak grzbiety górskie, a na miejsca postoju punkty osłonięte przez skały, drzewa lub krzewy.
Skutkiem przemieszczania się materiału skalnego jest osadzanie, czyli gromadzenie się materiałów niesionych przez wody płynące, lodowce, wiatr, rozpuszczonych lub zawieszonych w wodzie, na powierzchni skorupy ziemskiej, pod wpływem siły ciężkości. Proces ten nazywa się inaczej sedymentacją, która poprzedzana jest przez procesy wietrzenia i erozji obszarów (tzw. obszarów alimentacyjnych) dostarczających materiał do miejsc osadzania (tzw. basenów sedymentacyjnych). Wyróżnia się:
- sedymentację mechaniczną - gromadzenie się okruchów skalnych i ziaren mineralnych,
- sedymentację organogeniczną - gromadzenie się szczątków organizmów (roślinnych lub zwierzęcych) lub powstawanie osadu wskutek ich działalności fizjologicznej,
- sedymentację chemiczną - osadzanie się związków chemicznych wytrąconych z roztworów wodnych.

Człowiek stara się przeciwstawić procesom stokowym:
- betonując fragmenty narażonych ścian,
- zakładając siatki ochronne,
- budując zapory,
- zalesiając tereny na stokach z dużą pokrywą zwietrzeliny.

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Wymień czynniki, które wpływają na proces wietrzenia.
2. Scharakteryzuj poszczególne rodzaje wietrzenia mechanicznego, chemicznego i biologicznego.
3. Przedstaw różnice pomiędzy poszczególnymi rodzajami wietrzenia.
4. Przedstaw zróżnicowanie tempa wietrzenia na kuli ziemskiej w zależności od rodzaju klimatu.
5. Które czynniki decydują o uaktywnieniu się ruchów masowych?
6. Co to jest denudacja?
7. Które procesy stokowe zachodzą na stokach nachylonych powyżej, a które na stokach nachylonych poniżej 45°?
Na lepszą ocenę:
1. Wymień nazwy różnych rodzajów wietrzenia mechanicznego i chemicznego.
2. Wskaż na mapie Polski miejsca, gdzie można spotkać efekty poszczególnych rodzajów wietrzenia.
3. Wyjaśnij pojęcie: powierzchnia zrównania.
4. Scharakteryzuj procesy stokowe, które są zjawiskiem pospolitym w Tatrach Wysokich.
5. W jakich warunkach istnieje szczególne niebezpieczeństwo inicjacji lawin śnieżnych?

Zapis lekcji:
1. Skutki oddziaływania czynników zewnętrznych na powierzchnię Ziemi.
2. Czynniki wpływające na proces wietrzenia.
3. Cechy różnych rodzajów wietrzenia mechanicznego i chemicznego.
4. Zróżnicowanie tempa wietrzenia na kuli ziemskiej.
5. Rodzaje procesów stokowych.
6. Działalność człowieka ograniczająca występowanie ruchów wywoływanych grawitacją.