રાસાયણિક ખવાણ (ભૂસ્તર)

રાસાયણિક ખવાણ (ભૂસ્તર) : રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ખડકોનો નવાં દ્રવ્યોમાં થતો ફેરફાર. કુદરતી રાસાયણિક પરિબળો મૂળ ખડકોનાં રાસાયણિક બંધારણ, રચનાત્મક માળખાં તેમજ બાહ્ય દેખાવ બદલી નાખે છે. આ એક એવી જટિલ વિધિ છે, જેમાં પોપડાના સપાટી-સ્તરના કે ઉપસ્તરના ખડકો પાણી અને વાતાવરણના વાયુઓ સાથે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં સામેલ થાય છે. આ પ્રક્રિયાઓમાં ખડકોનું વિઘટન થતું હોય છે.

પરિબળો : રાસાયણિક ખવાણ માટેનું મુખ્ય પરિબળ પાણી છે. તે જ્યારે કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ સાથે ભળે છે ત્યારે કાર્બોનિક ઍસિડ બનાવે છે. એ જ રીતે સડેલી વનસ્પતિ પણ જ્યારે પાણી સાથે ભળે છે ત્યારે સેન્દ્રિય તેજાબ (humic acid) બને છે. આ તેજાબો અને પાણી ખડકોના સંપર્કમાં આવતાં ખડકો ઓગળે છે અને નવાં દ્રવ્યો બને છે. ટૂંકમાં, પાણી, કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ, ઑક્સિજન અને વનસ્પતિ જેવા વાતાવરણના ઘટકોનો રાસાયણિક પરિબળોમાં સમાવેશ થાય છે.

રાસાયણિક ખવાણનો દર : રાસાયણિક ખવાણનો દર ખડકોનાં ખનિજબંધારણ, તેમનાં કદ અને પર્યાવરણ પર આધાર રાખે છે.

(i) ખનિજબંધારણ : ખનિજો યથાવત્ રહેતાં નથી. તેમના રાસાયણિક ઘટકો મુજબ તે બધાં જુદી જુદી રીતે વિઘટન પામતાં હોય છે. ખવાણની ઝડપ મુજબ, રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો દર ઓછો-વત્તો હોય છે; દા. ત., બેસાલ્ટ ગ્રૅનાઇટ કરતાં સરળતાથી અને ઝડપથી ખવાણ પામે છે.

(ii) દ્રવ્યોનાં કદ : મોટા કદના ખડકમાં રાસાયણિક ખવાણ થવા માટે ઓછો સપાટી-વિસ્તાર મળતો હોય છે, નાના ટુકડાને તેના કદના પ્રમાણમાં વધુ સપાટી-વિસ્તાર મળે છે તેમજ ખવાણ થવાનો દર પણ ઝડપી હોય છે. આ ઘટના નીચેના ઉદાહરણ પરથી વધુ સ્પષ્ટ બને છે : 2 સેમીની લંબાઈ-પહોળાઈ-ઊંચાઈવાળા ઘનની છ બાજુઓનું ક્ષેત્રફળ 2 × 2 × 6 = 24 ચો.સેમી. થાય. જો તેને આઠ સરખા ઘન ટુકડાઓમાં વિભાજિત કરવામાં આવે તો તેનું ક્ષેત્રફળ 1 × 1 × 6 × 8 = 48 ચો.સેમી. થાય. હજી પણ તેને ચોસઠ સરખા ઘન ટુકડાઓમાં વિભાજિત કરવામાં આવે તો તેનું ક્ષેત્રફળ 1 × 1 × 6 × 64 = 96 ચોસેમી. થાય. આમ આ ત્રણેય ઉદાહરણોમાં રાસાયણિક પ્રવાહીઓને પ્રક્રિયા કરવા માટે ક્ષેત્રફળ બેવડાતું જાય છે. આ રીતે વિભાગીય સાંધાના આડછેદો અને વિઘટન રાસાયણિક ખવાણને વધુ ક્રિયાશીલ કરી મૂકે છે.

(iii) પર્યાવરણ : ખડકની આજુબાજુના પર્યાવરણ પરથી રાસાયણિક ખવાણનો દર નક્કી થાય છે. ગરમ, ભેજવાળી આબોહવા, આછા સપાટી-ઢોળાવો અને વિપુલ વનસ્પતિ રાસાયણિક ખવાણ થવા માટે અનુકૂળ પર્યાવરણીય પરિબળો ગણાય.

રાસાયણિક ખવાણની પ્રક્રિયાઓ : દ્રાવણ, ઑક્સિડેશન, અપચયન, કાર્બનીકરણ, જલયોજન, જળવિચ્છેદન અને કુલીરન (chelation) જેવી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા રાસાયણિક ખવાણ થાય છે.

(i) દ્રાવણ : પાણી સારું દ્રવ (solvent) ગણાતું હોવાથી મોટાભાગનાં દ્રવ્યો તેમાં ઓગળે છે. દ્રાવણ સંતૃપ્ત હોય તો મૂળ જગાએ કે અન્યત્ર અવક્ષેપન થાય છે. રેગોલિથ કે તળખડકમાંથી ઓગળેલું દ્રવ્ય જો પાણી દ્વારા નીકળી જાય તો તે ક્રિયાને નિક્ષાલન (leaching) અને અવશિષ્ટ પદાર્થને નિક્ષાલિતક (lechates) કહે છે. પાણીમાં ઓગળી શકતાં ખનિજ/ખડક ઉદાહરણોમાં દ્રાવ્યતાના ઊતરતા ક્રમ મુજબ સિંધવ, ચિરોડી અને ચૂનાખડકનો સમાવેશ થાય છે. ભેજવાળા શુષ્ક પ્રદેશોમાં સિંધવનું દ્રાવણ ટકી રહે છે, જ્યારે ચિરોડીને સપાટીજળ ઓગાળી દેતું હોવાથી ભેજવાળા પ્રદેશોમાં તેની વિવૃતિઓ મળતી નથી. ભેજવાળા પ્રદેશોમાં ચૂનાખડક ધોવાતો જઈ ખીણો રચે છે; જ્યારે સૂકા પ્રદેશોમાં તે ભેખડો રચે છે. પાણી કેટલી અસરકારક રીતે ખનિજજળને ઓગાળે છે તે વર્ષાજળ અને નદીજળના રાસાયણિક વિશ્લેષણના તુલનાત્મક અભ્યાસ પરથી જાણી શકાય છે.

ઑક્સિડેશન/રિડક્શન : વર્ષાજળ પણ એક મંદ તેજાબ ગણાય છે, કારણ કે તેમાં ઑક્સિજન અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ ભળેલા હોય છે. તેનું pH મૂલ્ય 6થી 7 અને Eh મૂલ્ય + 0.3થી 0.4 હોય છે. તે જ્યારે સડેલા વનસ્પતિદ્રવ્ય(humus)માંથી પસાર થાય છે ત્યારે તેની તેજાબીય ક્ષમતા વધે છે અને સેન્દ્રિય તેજાબ બને છે. આ પ્રકારનું લક્ષણ ઉદભવતાં, પદાર્થો ઑક્સીભૂત થઈ ઑક્સાઇડમાં ફેરવાય છે. ઑક્સિજનની અન્ય તત્વ સાથે સંયોજાવાની ક્રિયાને ઑક્સિડેશન કહે છે. પાણીની હાજરીમાં ઑક્સિડેશનની ઝડપ વધે છે. ઑક્સિજનને વિશેષે કરીને લોહ સાથે વધુ લગાવ હોય છે. બાયોટાઇટ, ઑગાઇટ અને હૉર્નબ્લૅન્ડ જેવાં ખડકનિર્માણ ખનિજોમાં લોહ એ સર્વવ્યાપી ઘટક તરીકે હાજર હોય છે. ઑક્સિડેશન થતાં ફેરસ લોહ (Fe⁺⁺) ફેરિક લોહ(Fe⁺⁺⁺)માં ફેરવાય છે. આલ્કલાઇન સંજોગો હેઠળ ફેરસ લોહ ફેરિક હાઇડ્રૉક્સાઇડમાં રૂપાંતર પામે છે. 3MgO · 2SiO₂  · 2H₂O

3MgFeSiO₄ + (2H₂O) → H₄MgSi₂O₉ + SiO₂ + 3FeO

olivine + water → serpentine + silica + ferrous oxide

4FeO + (O₂) → 2Fe₂O₃ + (3H₂O) → 2Fe₂O_{3 ·} 3H₂O

ferrous oxide + oxygen → hematite (+ water) → limonite

જમીનોના લાલ, કથ્થાઈ અને પીળા રંગો આ રીતે તૈયાર થતા ફેરિક લોહને કારણે હોય છે. ઑક્સિડેશનની ક્રિયા મોટેભાગે ભૂગર્ભજળસપાટીની ઉપરના વાતજળ (aerated) વિભાગમાં થતી હોય છે. બૅક્ટેરિયાની ક્રિયા ઑક્સિડેશન થવામાં સહાયભૂત થાય છે. જ્યાં પાણી ભરાઈ રહેતું હોય ત્યાં સામાન્ય રીતે અપચયન થાય છે. આવા વિસ્તારોમાં લાલ અને પીળા ઑક્સાઇડ લીલાં અને રાખોડી સ્વરૂપોમાં ફેરવાતા હોય છે.

કાર્બનીકરણ (carbonation) : દ્રવ્યોમાં કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ ભળવાની ક્રિયાને કાર્બનીકરણ કહે છે. આ ક્રિયા આયન કક્ષામાં જ થતી હોય છે, કારણ કે કાર્બોનિક ઍસિડ કાર્બોનેટ અને બાયકાર્બોનેટ આયનોમાં છૂટો પડે છે. વળી આ ઘટનામાં જમીનસ્થિત કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ પણ સહાય કરે છે; દા. ત., ઑર્થોક્લેઝ-ફેલ્સ્પારનું વિઘટન આ પ્રમાણે થાય છે :

2KAlSi₃O₈ + 2H₂O + CO₂ → Al₂Si₂O₅(OH)₄ +

ઑર્થોક્લેઝ + પાણી + કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ → કેઓલિનાઇટ + પોટૅશિયમ કાર્બોનેટ + દ્રાવ્ય સિલિકા

 K₂CO₃ + 4SiO₂

કાર્બનીકરણમાં ફેલ્સાર-જૂથનાં અન્ય ખનિજો પણ વિઘટન પામે છે અને તેમાંથી મૃદ-ખનિજો બને છે, તેમાં સોડિક ફેલ્સ્પારમાંથી સોડિયમ કાર્બોનેટ અને કૅલ્સિક ફેલ્સ્પારમાંથી કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટ બને છે.

આ જ રીતે, ઑલિવિન મૅગ્નેશિયમ બાયકાર્બોનેટ અને દ્રાવ્ય સિલિકામાં રૂપાંતર પામે છે :

Mg₂SiO₄ + 2H₂O + 4CO₂ → 2Mg(HCO₃) ₂ + SiO₂

ઑલિવિન + પાણી + કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ  → મૅગ્નેશિયમ બાયકાર્બોનેટ + દ્રાવ્ય સિલિકા

ચૂનાખડક મંદ કાર્બોનિક ઍસિડમાં ઓગળે છે અને કૅલ્શિયમ તેમજ બાયકાર્બોનેટના આયનો બનાવે છે :

CaCO₃ + H₂CO₃      →   Ca⁺⁺ + 2(HCO₃)^–

ચૂનાખડક + કાર્બોનિક       કૅલ્શિયમ + બાયકાર્બોનેટ

                     ઍસિડ           આયન         આયન

આ પ્રકારની પ્રક્રિયાઓમાં ઉદભવતી પેદાશો દ્રાવણમાં છૂટી પડે છે, લોહ-અશુદ્ધિઓ રહી જાય છે. ઑક્સિડેશનની પ્રક્રિયામાં જે રાતા રંગનો અવશિષ્ટ પદાર્થ બને છે તેને ટેરારોઝા કહે છે. દ્રવીભૂત CaCO3 અધોગામી અને ઊર્ધ્વગામી સ્તંભોની તથા ટુફાની રચના કરે છે.

જલયોજન (hydration) : ખનિજોના આણ્વિક માળખામાં થતી જળભેળવણીની ક્રિયાને જલયોજન કહે છે; દા. ત., જલયોજનથી હેમેટાઇટ ખનિજ લિમોનાઇટ નામના ખનિજમાં રૂપાંતર પામે છે :

Fe₂O₃ (+3H₂O) → Fe₂O_{3 ·} 3H₂O

જલયોજનથી ખનિજો ફૂલે છે અને ખનિજોના ફૂલવાથી ખડકો વિભંજન પામે છે. આમ જલયોજનને કારણે મૃદ-ખનિજો બને છે તથા કાર્બનીકરણ અને ઑક્સિડેશનની ક્રિયા થવામાં સહાયભૂત બની રહે છે.

જલવિચ્છેદન (hydrolysis) : પાણી જ્યારે ખનિજો સાથે પ્રક્રિયા કરે ત્યારે જલવિચ્છેદન થાય છે; દા. ત., ઑર્થોક્લેઝ ફેલ્સ્પાર સાથે જ્યારે પાણી પ્રક્રિયા કરે ત્યારે કેઓલિનાઇટ અને દ્રાવ્ય પેદાશો બને છે :

2KAlSi₃O₈ + 2H₂O → Al₂Si₂O₅(OH)₄ + K₂O + 4SiO₂

ઑર્થોક્લેઝ +  પાણી  →  કેઓલિનાઇટ + દ્રાવ્ય +  દ્રાવ્ય

                                         પોટૅશિયમ        સિલિકા

                                         ઑક્સાઇડ

નિક્ષાલન (chelation) : વનસ્પતિનાં મૂળની આજુબાજુ રહેલા હાઇડ્રૉજન-આયનો ત્યાંની જમીનમાં રહેલાં ખનિજોના કેશાયનો સાથે આયન-વિનિમય કરે છે. છોડ ધાત્વિક કેશાયનોને શોષી લે છે અને હાઇડ્રૉકાર્બન બનીને રહે છે. આ ઘટનાને નિક્ષાલન કહે છે. આ જ પ્રકારની સમકક્ષ ઘટનાથી શિલાવલ્ક અથવા દગડફૂલ (lichens) ખુલ્લા ખડકોમાંથી પોષણ મેળવતા હોય છે. પાનસૂક (humus) પણ આ રીતે જ થતો હોય છે.

ગિરીશભાઈ પંડ્યા