5.2 Kjemisk forvitring

Når berget løses opp

Den forrige fortellingen handlet om berg som knuses. Nå skal vi se på noe mer snikende: berg som løses opp. Kjemisk forvitring bryter ned bergarter ved at mineraler reagerer med vann, syrer eller oksygen. I motsetning til fysisk forvitring endres her selve den kjemiske sammensetningen -- helt nye mineraler dannes.

Dette er en svært viktig prosess, for den omdanner harde, krystallinske mineraler til mykere materialer, ofte leirmineraler. Det er nettopp slik jordsmonn dannes. Uten kjemisk forvitring ville det ikke finnes fruktbar jord.

Flere faktorer styrer hvor raskt kjemisk forvitring går. Temperatur er sentral -- kjemiske reaksjoner går raskere i varme, så forvitringen er kraftigst i tropene. Fuktighet er nødvendig, siden de fleste reaksjonene krever vann. Bergartens sammensetning spiller inn, fordi noen mineraler forvitrer lettere enn andre. Og vegetasjon bidrar, fordi planter produserer syrer som øker forvitringen.

Tre kjemiske angrep

Kjemisk forvitring skjer på flere måter. Den enkleste er oppløsning -- mineraler løses rett opp i vann. Det klassiske eksemplet er kalkstein i surt vann. Karbondioksid i lufta løses i regnvann og danner svak karbonsyre, som reagerer med kalkstein etter reaksjonen $CaCO_3 + H_2O + CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2$. Produktet, kalsiumbikarbonat, er løselig og forsvinner med vannet. Andre lettløselige mineraler er steinsalt og gips. Oppløsning er årsaken til huledannelse i kalkstein, karstlandskap og «hardt vann».

Den viktigste typen er hydrolyse, som rammer de vanligste bergartsdannende mineralene. Her reagerer mineraler med vann og hydroniumioner: feltspat pluss vann gir leirmineraler pluss løste ioner. For kalifeltspat ser reaksjonen slik ut: kalifeltspat brytes ned, leirmineralet kaolinitt dannes, og kiselsyre og kaliumioner løses i vannet. Resultatet er at granitt forvitrer til grus (kvarts) og leire, mens de løselige ionene transporteres til havet.

Den tredje typen er oksidasjon -- mineraler reagerer med oksygen, akkurat som når jern ruster. Jernholdige mineraler oksiderer og danner rust ($FeOOH$). Dette gir karakteristiske rødbrune og oransje farger, svekker bergartens struktur, og er tydelig i forvitringsskorpen. Du ser det som rustflekker på granitt og gneis, som rødfarget forvitringsjord i tropene, og i Ayers Rock i Australia, som er rødfarget av jernoksider.

Et landskap formet av oppløsning

Når oppløsning får virke på kalkstein over lang tid, dannes et helt eget landskap kalt karst. Navnet kommer fra Karst-regionen i Slovenia. Prosessen begynner med at $CO_2$ fra lufta og jorda løses i vann og danner karbonsyre. Syren løser opp kalkstein langs sprekker, sprekkene utvides til grotter og hulrom, og store underjordiske systemer utvikles.

Karst gir karakteristiske former. På overflaten finner vi doliner (runde groper i terrenget), karrenfield (riller og furer i bar kalkstein), uvalaer (sammenslåtte doliner) og poljer (store, flate karstbasseng). Under bakken finner vi grotter og grottesystemer, stalaktitter som henger fra taket, stalagmitter som vokser fra gulvet, og underjordiske elver. Et typisk trekk er at overflatevann mangler -- vannet forsvinner ned i sprekkene. I Norge ligger de største karstområdene i Nordland, blant annet Grønligrotta og Svartisen-området rundt Mo i Rana.

La oss til slutt følge kjemisk forvitring av en hel bergart: granitt, som består av kvarts, feltspat og glimmer. Feltspaten (rundt 60 % av granitten) brytes ned ved hydrolyse til leirmineraler (kaolinitt) og løste ioner som transporteres bort. Glimmeren reagerer ulikt: biotitt oksiderer fordi den er jernholdig, mens muskovitt hydrolyseres til leirmineraler -- og biotitt forvitrer raskere enn muskovitt. Kvartsen, derimot, er nesten uforvitrelig og blir liggende igjen som sandkorn. Sluttproduktet er altså kvartssand pluss leirmineraler -- nettopp den grusen og jorda vi finner på forvitret granitt.

Oppsummering

Kjemisk forvitring bryter ned bergarter gjennom kjemiske reaksjoner som endrer mineralenes sammensetning og danner nye mineraler -- grunnlaget for jordsmonn. Hastigheten øker med temperatur, fuktighet og vegetasjon. De tre hovedtypene er oppløsning (kalkstein i karbonsyre), hydrolyse (feltspat til leirmineraler, den viktigste) og oksidasjon (jern som ruster og blir rødbrunt).

Oppløsning av kalkstein skaper karstlandskap med doliner, grotter, stalaktitter og stalagmitter, slik vi finner i Nordland. Når granitt forvitrer kjemisk, brytes feltspat og glimmer ned til leire, mens den motstandsdyktige kvartsen blir igjen som sand -- og slik dannes jorda vi finner på forvitret berg.