Hvernig lýsir frost- og efnaveðrun sér á Íslandi?

Molnun og tæring bergs á staðnum nefnist veðrun. Molnunin verður með ýmsum hætti, svo sem með frostveðrun, með svörfun jökla, með grjótburði straumvatna og af völdum úthafsöldunnar sem brotnar á ströndinni. Lesa má nánar um veðrun í svari Sigurðar Steinþórssonar við spurningunni Hvað er vatnsrof?

Frostveðrun verður með þeim hætti að vatn seytlar inn í gljúpt berg og þegar vatnið frýs sprengir það bergið vegna þess að ís er rúmmálsmeiri en vatn. Þessi eiginleiki var einmitt notaður fyrrum til þess að kljúfa berg: holur voru meitlaðar í bergið og fylltar vatni, og frostið sá svo um afganginn. Alkunnugt dæmi um frostveðrun má sjá á Alþingishúsinu við Austurvöll þar sem steypan milli grágrýtissteinanna, sem húsið er hlaðið úr, stendur sem hryggir út úr veggnum, en hið gljúpa grágrýti hefur eyðst af völdum frostveðrunar með tímanum. Af hæð hryggjanna má sjá hve mikil þessi veðrun hefur verið síðan húsið var byggt á árunum 1880-81.

Tæring bergs kallast öðru nafni efnaveðrun og stafar af áverka jarðvegssýra á bergið. Hér á landi er efnaveðrun áköfust á jarðhitasvæðum þar sem brennisteinsvetni oxast og vatnast í brennisteinssýru sem tærir bergið — af því verður til „hveraleir“ sem er samheiti margs konar steinda sem myndast við hvörf sýrunnar við bergið.

Almennt er „kolsýra“ samt mikilvægasta sýran við efnaveðrun bergs. Kolsýra, H₂CO₃ myndast þegar kolefnis-tvíildi úr andrúmslofti eða jarðvegi leysist upp í vatni:

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

og hvarfast síðan við bergið. Hvarfagjörnust allra bergtegunda er kalksteinn, CaCO₃, og afbrigði hans marmari sem listaverk og margar byggingar erlendis eru gerð úr. Kolsýran hvarfast greitt við marmarann:

CaCO₃ + H₂CO₃ → 2HCO₃^- + Ca²⁺

og kalsín-jónirnar (Ca²⁺) og bíkarbónatið (HCO₃^-) berast burt með vatni. Í sjónum taka skeldýr þessi efni snarlega upp í skeljar sínar og hvörfin ganga þá til baka:

Ca²⁺ + 2HCO₃^- → CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Af þessu sést að efnaveðrun bindur gróðurhúsalofttegundina CO₂ og ber til sjávar með straumvatni. Í sjónum binst helmingur hennar „endanlega“ í skeljum en hinn helmingurinn losnar aftur til andrúmsloftsins. Útblástur frá bílum, skellinöðrum, kola- og gasbruna veldur staðbundinni hækkun í styrk CO₂ í andrúmslofti stórborga, sem aftur örvar kolsýrumyndun og þar af leiðandi meiri efnaveðrun marmara í borgum.

Hér á landi er kalksteinn óalgengur. Hins vegar er gosgler, meginbergtegund móbergsfjalla, mjög hvarfagjarnt. Áður var talið að efnaveðrun væri hæg hér á landi vegna hins svala loftslags og lítillar hvarfagirni bergsins, en í ljós hefur komið að efnaveðrun er í raun mjög hröð af tveimur ástæðum: úrkoma er mikil og glerjað basalt hvarfagjarnt.

Einfölduð efnahvörf sem lýsa þessu eru, til dæmis:

Mg₂SiO₄ (gler) + 4H₂CO₃ → 2Mg²⁺ + 4HCO^3- + H₄SiO₄ (uppleyst kísilsýra)

Hér berst magnesín, bíkarbónat og kísill til sjávar, magnesínið binst í steindir á hafsbotninum, bíkarbónatið í kalkskeljum og kísillinn í kísilþörungum. Mælingar á magni uppleystra efna sem berast til sjávar með íslenskum straumvötnum sýna að gróið land, og einkum skógi vaxið, margfalda hraða efnaveðrunar, m.a. þannig að rætur trjánna „dæla“ CO2 niður í jarðveginn. Í grein um áhrif gróðurs á efnaveðrun í Skorradal (Moulton, West & Berner (2000). American Journal of Science 300, bls. 539-570) kemur fram að Ca og Mg losnar fjórum sínum hraðar úr berginu á skógi vöxnu svæði en á berangri. Upplausn steindarinnar plagíóklass (CaAl₂Si₂O₈) tvöfaldaðist og pýroxens (CaMgSi₂O₆) tífaldaðist.

Sjá einnig svör sama höfundar við spurningunum: