Embedded Files
Het begin van biologische verwering: korstmos. Foto: Zayance
Hoe werkt verwering?
Hoe werkt verwering?
Steen kan op verschillende manieren verweren:
Chemisch. Onder invloed van water kan een reactie tussen CO2 en mineralen in het gesteente optreden.
Fysisch. Door bijv. vriezen en dooien of door het schuren in een rivier breekt steen in kleinere korrels.
Organisch. Plantenwortels en schimmels kunnen met zuren het steen verweken; schimmels kunnen bovendien met microscopische hamertjes op het steen bikken.
Vulkanisch gesteente zoals basalt verweert tot vruchtbare bodem. Foto IRRI Photos, belichting aangepast
De belangrijkste ingrediënten
De belangrijkste ingrediënten
De belangrijkste ingrediënten van basalt zijn silicaten. In het bijzonder magnesium- en calciumsilicaat. Deze spelen een hoofdrol in de CO2-vastlegging.
Verwering houdt ook in dat de magnesium en de calcium vrijkomen voor het bodemleven. Daar zijn het belangrijke nutriënten.
Ook natrium en kalium en fosfor komen in basalt voor in hoeveelheden die vaak gunstig zijn voor de bodemvruchtbaarheid.
Meer over de ingredienten: zie hieronder.
Magnesiumbicarbonaat in vaste vorm. Foto: Adam Rędzikowski
Wat krijg je als basalt verweert?
Wat krijg je als basalt verweert?
Fijngemalen basalt verweert tot leem, klei, ijzer en lucht. En tot oplosbaar bicarbonaat, dat ofwel uitspoelt ofwel als voedingsstof dient voor het bodemleven.
Voor productiebos op zandgrond zijn leem en klei vaak een waardevolle toevoeging omdat ze nutriënten en vocht vasthouden.
Meer over het eindproduct: zie hieronder.
Bronnen en achtergronden
Bronnen en achtergronden
Wat zit er in?
Si, Al, Fe, Ca, Mg, Ti, K, Na, P
Wat zit er in?
Si, Al, Fe, Ca, Mg, Ti, K, Na, P
Steenmeel is gemalen basalt. Basalt bestaat voor 45-52% uit silicaat (SiO2) en voor maximaal 5% uit natrium- en kaliumoxide - dat is de minimale definitie die wetenschappers geven.
Ruwweg de helft van basalt is dus 'iets anders', meestal zijn dit mineralen bestaand uit een combinatie van een element zoals ijzer of magnesium, met één of meerdere zuurstofatomen.
De exacte samenstelling van basalt varieert, maar een typische samenstelling kan zijn:
~50% silicaat (xSiO2)
~15% aluinaarde (Al2O3)
~10% ijzeroxide (Fe2O)
~10% kalkpoeder (CaO)
~8% magnesiumoxide (MgO)
~2% titaniumdioxide (TiO2)
~2% kaliumoxide (K2O)
~2% natriumoxide (Na2O)
~0,5% fosforpentoxide (P2O5)
Sporen van vele andere (oxides van) elementen
Het silicaat dat we hierboven kortaf xSiO2 noemen bevat vaak niet alleen Si (silicium) en O (zuurstof), maar ook een ander element zoals magnesium (bijvoorbeeld Mg2CO3). Sommige daarvan spelen een rol in het vastleggen van CO2.
Deze mineralen hebben allemaal een vaste vorm. Het is immers steen. Toch verweert basalt in de natuur geleidelijk, door een reeks verschillende invloeden. Hoe dat chemisch werkt beschrijven we hier.
Zand in negen verschillende vormen. Foto Siim Sepp
Wat komt eruit?
Zand, klei, ijzer en lucht
Wat komt eruit?
Zand, klei, ijzer en lucht
Steen verweert onder invloed van regenwater en CO2. Maar sommige ingrediënten verweren sneller dan andere. Aluinaarde (~15% van het basalt) is niet erg reactief, silicaat (~50%) en kalk- en magnesiumoxide (~10% en ~8%) zijn dat wel.
De uitkomst is een mengsel van vaste deeltjes, waarvan sommige opgelost blijven in water (en dus uitspoelen) terwijl andere in de bodem achterblijven. Deze deeltjes zijn meestal:
Kwarts (SiO2), beter bekend als zandkorrels. Deze blijven liggen en aan deze deeltjes kunnen zich weer andere mineralen binden.
Carbonaten van calcium (CaCO3) of magnesium (MgCO3). Deze oplosbare deeltjes maken de bodem minder zuur. Ze kunnen in regenwater uitspoelen.
Kleideeltjes (complexe samenstellingen met een kern van silicium en aluminium). Deze blijven in de bodem liggen. Kleideeltjes houden mineralen vast die waardevol zijn voor bomen en bodemleven.
IJzeroxides (deze geven stabiliteit aan de bodem) en ferrihydriet, een reactieve verbinding die zich snel omvormt naar ijzeroxide.
Naast al deze vaste deeltjes komt er ook zuurstof vrij.
Het belangrijkste aspect van verwering is dat het CO2 vastlegt. Meer over de CO2-vastlegging van steenmeel.
Biologische en geologische koolstofcyclus. Afbeelding Woods Hole Institute
Een reactie in drie stappen
Een reactie in drie stappen
Dit is een vereenvoudigde weergave van de reacties waarmee basalt CO2 kan vastleggen. We kijken als voorbeeld naar forsteriet (Mg2SiO4), het silicaat van magnesium dat in basalt veel voorkomt.
Stap 1: Vorming van koolzuur
H2O + CO2 → H2CO3. Water en CO2 vormen samen koolzuur. Dit gebeurt wanneer de CO2 is opgelost in het water én het water licht zuur is.
Stap 2: Losweken van magnesium
4H2CO3 + Mg2SiO4 → 2Mg2+ + 4HCO3- + H4SiO4. Het koolzuur weekt het magnesium (Mg2) los en reageert met het resterende silicaat tot carbonaat (HCO3) en kiezelzuur (H4SiO4).
Stap 3: Vorming van bicarbonaat
Mg2++ HCO3--> 2 MgCO3. Het carbonaat bindt zich aan de losse magnesium (Mg); dit vormt Mg-bicarbonaat (MgCO3). Dit is een zout, d.w.z. het blijft doorgaans in het water opgelost.
Stap 4a: Uitspoeling naar oceaan
Een groot deel van het vocht in de bodem lekt langzaam weg, met MgCO3 en al, en belandt in de oceaan. Het MgCO3 wordt daar door allerlei organismen gebruikt voor de opbouw van het skelet en andere cellen.
Stap 4b: Direct gebruik in de bosbodem
Deze biologische opname gebeurt niet alleen in de oceaan, maar kan ook al plaatsvinden als het vocht zich nog in de bosbodem bevindt. In deze zure omgeving zijn calcium en magnesium meestal schaars en dus gewild.
Brok wollastonite. Afbeelding: James St John
De toppers van CO2-binding
De toppers van CO2-binding
Er zijn meer vulkanische steensoorten dan basalt en sommige daarvan zijn nog beter dan basalt in het binden van CO2. Dat komt bijna altijd omdat ze extra magnesium (Mg) of calcium (Ca) bevatten.
Alturki 2022 (ChemEngineering) geeft voor het doel van maximale CO2-binding het volgende rijtje gesteenten, compleet met de reactie die ze met CO2 aangaan.
wollastoniet: CaSiO3 + CO2 → CaCO3
olivijn: Mg2SiO4 + 2CO2 → 2MgCO3 + SiO2
pyroxenen: CaMgSi2O6 + 2CO2 → CaMg(CO3)2 + 2SiO2
serpentijn: Mg3Si2O5(OH)4 + 3CO2 → 3MgCO3 + 2SiO2 + 2H2O
bruciet: Mg(OH)2 + CO2 → MgCO3 + H2O
Foto: Adam Rędzikowski via Wikimedia Commons
Meer over bicarbonaat
Meer over bicarbonaat
Bicarbonaat is een stof die sommig mensen kennen als wondermiddel in het huishouden. Het gaat dan om natriumbicarbonaat, dat onder andere wordt gebruikt als bakpoeder, rijsmiddel, antiklontermiddel, maagzuurremmer en blusmiddel.
De bicarbonaten die uit steenmeel voorkomen zijn vooral magnesium- en calciumbicarbonaat. Deze ontstaan in de waterdruppel waarin de reactie tussen steenmeel en CO2 plaatsvindt. Ze blijven meestal ook opgelost (in de scheikunde valt bicarbonaat in de groep 'zouten').
We weten nog niet precies wat er in de bodem met dit bicarbonaat gebeurt. Naar verwachting spoelt het meeste bicarbonaat weg naar het grondwater en van daaruit via rivieren naar de oceanen. Dat haalt de koolstof langdurig uit de kringloop en gaat ook nog eens de verzuring van de oceaan tegen.
Het kan ook zijn dat het bicarbonaat, opgelost in het water, wordt opgenomen door het bodemleven. De koolstof kan dan op allerlei plekken belanden: in het hout van de boom, in de overige biomassa van de bodem, of in de adem van het bodemleven.
Bovenste afbeelding: 3D-model van een 'dubbele vorm' van kiezelzuur (H2SiO5) (auteur: Jynto). Kiezelzuur kan via verbindingen tussen de (rode) zuurstofatomen lange ketens vormen.
Daaronder: schetsmatig model van 'puur' kiezeluur (H4SiO4) gestabliseerd met twee chloor-atomen. Afbeelding van Smokefoot via Wikimedia Commons.
Meer over kiezelzuur
Meer over kiezelzuur
Eén van de producten van verwering van steenmeel is kiezelzuur. Kiezelzuur in pure vorm (H4SiO2) is een instabiele verbinding van water (H2O) en silica (SiO2).
Kiezelzuur is licht zuur, min of meer oplosbaar in water en reageert snel met zijn omgeving, waardoor het zelden 'puur' wordt waargenomen.
De reactieproducten van kiezelzuur zijn moleculen die snel ketens gaan vormen, condenseren en uiteindelijk vervallen tot silica (SiO2) en water.
Kiezelzuur kan worden 'gestabiliseerd' door toevoeging van twee atomen zoals chloor (Cl) in het schematische diagram hiernaast.
Gestabiliseerd kiezelzuur wordt in de landbouw onderzocht als een stof die planten beschermt tegen uitdroging, ziektes gifstoffen en zout (bron: Wikipedia).
Page updated
Google Sites
Report abuse