Den første angstrom-skala visning af forvitring

Sedimentære sten og vand er begge rigelige på jordens overflade, og over lange tidspunkter, deres interaktioner gør bjerge til sediment. Forskere har længe vidst, at vand forvitrer sedimentære sten både fysisk, ved at lette slid og migration af sten, og kemisk, gennem opløsning og omkrystallisering. Men disse interaktioner har aldrig været set før in situ i angstromskalaen.

I en ny undersøgelse, Barsotti et al. bruge miljøtransmissionselektronmikroskopi til at fange dynamiske billeder af vanddamp og dråber, der interagerer med prøver af doloston, kalksten, og sandsten. Ved hjælp af et tilpasset væskeindsprøjtningssystem, teamet udsatte prøverne for destilleret vand og overvåger vandets virkninger på porestørrelser i løbet af 3 timer. Fysisk forvitring var let observerbar i forsøgene med vanddamp, og de kemiske processer ved opløsning og omkrystallisering var mere udtalt i forsøg med vand i flydende fase.

Forskerne var i stand til at observere et lag adsorberet vand, der havde dannet sig på mikroporevægge af alle tre stentyper. De fandt ud af, at efterhånden som vanddamp blev tilsat, porestørrelsen faldt med hele 62,5%. Efter 2 timer, når vandet var fjernet, porestørrelserne steg. Samlet set, med hensyn til den oprindelige størrelse, den endelige porestørrelse af dolostonen faldt med 33,9%, der henviser til, at størrelsen steg med 3,4% og 17,3% i kalksten og sandsten, henholdsvis. Teamet foreslår, at disse ændringer i porestørrelse skyldtes adsorptionsinduceret stamme. Forsøgene i flydende fase afslørede, at opløsningshastighederne var højest i kalksten, efterfulgt af dolostone og sandsten.

Undersøgelsen understøtter tidligere arbejde, der tyder på, at opløsning og omkrystallisering kan ændre porernes størrelse og form i sedimentære sten. Det giver også det første direkte bevis fra et in situ-forsøg på, at adsorptionsinduceret stamme er en kilde til forvitring. Ultimativt, disse ændringer i pore geometri kan føre til ændringer i stenegenskaber såsom permeabilitet, der påvirker vandstrømmen, erosion, og elementær cykling på bredere skalaer.

Denne historie er genudgivet med tilladelse til Eos, vært for American Geophysical Union. Læs den originale historie her.