Lecture 03: चट्टानों का अपक्षय – रासायनिक, भौतिक एवं जैविक (Weathering of Rocks – Chemical, Physical and Biological) | Soil 111

ByRohit Meena
APF

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B.Sc. (Hons.) Agriculture Semester I SOIL 111 | Credits: 3 (2+1) SKNAU, Jobner (ICAR 6th Deans’)
व्याख्यान संख्या (Lecture No.): 03 | क्रेडिट घंटे (Credit Hours): 02

चट्टानों का अपक्षय – रासायनिक, भौतिक एवं जैविक (Weathering of Rocks – Chemical, Physical and Biological)

विषय: मृदा विज्ञान के मूल सिद्धांत (Fundamentals of Soil Science — SOIL 111)

पाठ्यक्रम (Curriculum) ICAR Sixth Deans’ Committee
विश्वविद्यालय संदर्भ (University) SKNAU, Jobner (Rajasthan)
संबंधित व्याख्यान (Linked Topics) Lecture 02 (Rocks) & Lecture 07 (Soil Formation)
परीक्षा भार (Exam Weightage) अत्यंत उच्च (2 Credit Hours — रासायनिक समीकरण व अंतर)
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SECTION 02

अधिगम उद्देश्य (Learning Objectives)

इस 2-क्रेडिट घंटे के विस्तृत व्याख्यान के अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित वैज्ञानिक अवधारणाओं और रासायनिक अभिक्रियाओं को पूर्णतः समझने और परीक्षाओं में लिखने में सक्षम होंगे:

उद्देश्य 01 (Concept of Weathering) अपक्षय (Weathering) की वैज्ञानिक अवधारणा, स्व-स्थाने (In-situ) विखंडन (Disintegration) व अपघटन (Decomposition) तथा अपरदन (Erosion) से इसके मौलिक अंतर को समझना।
उद्देश्य 02 (Physical Weathering Agents) भौतिक अपक्षय (Physical / Mechanical Weathering) के कारकों — तापमान (Exfoliation / प्याजवत अपक्षय), हिम-तुषार क्रिया (Frost Wedging), जल, हिमनद, वायु एवं दाब-मुक्ति (Unloading) की कार्यविधि को समझना।
उद्देश्य 03 (Chemical Weathering Processes) रासायनिक अपक्षय की 6 प्रमुख प्रक्रियाओं — विलयन (Solution), जलयोजन (Hydration), जल-अपघटन (Hydrolysis), ऑक्सीकरण (Oxidation), अपचयन (Reduction) एवं कार्बोनेशन (Carbonation) को संतुलित रासायनिक समीकरणों सहित स्पष्ट करना।
उद्देश्य 04 (Hydrolysis as Master Process) जल-अपघटन (Hydrolysis) को रासायनिक अपक्षय और सिलिकेट क्ले निर्माण की ‘सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया’ (Master Process) क्यों कहा जाता है, इसे ऑर्थोक्लेज़ फेल्डस्पार के समीकरण द्वारा सिद्ध करना।
उद्देश्य 05 (Biological Weathering) जैविक अपक्षय (Biological Weathering) में उच्च पादपों की जड़ों, सूक्ष्मजीवों, लाइकेन (Lichens), केंचुओं, दीमक और मानव की भौतिक-रासायनिक (Biogeochemical) एवं कीलेशन (Chelation) भूमिका का विश्लेषण करना।
उद्देश्य 06 (Goldich Stability Series & Jackson Index) गोल्डिच स्थिरता श्रेणी (Goldich Stability Series, 1938) और जैक्सन के खनिज अपक्षय सूचकांक (Jackson’s Weathering Stages) के आधार पर खनिजों की सापेक्ष स्थिरता (Olivine से Quartz/Anatase तक) को समझना।
उद्देश्य 07 (Factors Affecting Weathering) जलवायु (वर्षा व तापमान), चट्टान की भौतिक-रासायनिक प्रकृति, कण आकार और स्थलाकृति का अपक्षय की दर पर पड़ने वाले प्रभाव की व्याख्या करना (विशेषकर थार मरुस्थल बनाम आर्द्र उष्णकटिबंधीय भारत में)।
SECTION 03

प्रस्तावना (Introduction)

पृथ्वी के गर्भ में या उच्च ताप-दाब पर बनीं आग्नेय और कायांतरित चट्टानें जब भू-सतह पर वायुमंडल (Atmosphere), जलमंडल (Hydrosphere) और जीवमंडल (Biosphere) के सीधे संपर्क में आती हैं, तो वे अपने नए वातावरण (कम ताप, कम दाब, प्रचुर जल, ऑक्सीजन व कार्बन डाइऑक्साइड) के साथ संतुलन में नहीं रह पातीं। परिणामस्वरूप, ये कठोर और विशाल चट्टानें अपने ही स्थान पर (In-situ) धीरे-धीरे टूटकर छोटे टुकड़ों में बिखरने लगती हैं और उनके खनिजों में रासायनिक परिवर्तन होने लगता है।

कठोर चट्टानों से मृदा (Soil) का निर्माण सीधे एक ही चरण में नहीं होता, बल्कि यह दो क्रमिक चरणों (Two Sequential Stages) में संपन्न होता है:

  1. प्रथम चरण — चट्टानों का अपक्षय (Weathering of Rocks and Minerals): यह एक मुख्यतः विनाशात्मक एवं रूपांतरणकारी प्रक्रिया (Destructive and Transformative Process) है, जिसके द्वारा कठोर चट्टानें भौतिक विखंडन (Physical Disintegration) और रासायनिक अपघटन (Chemical Decomposition) से टूटकर असंगठित पैतृक पदार्थ या रेगोलिथ (Regolith) का निर्माण करती हैं।
  2. द्वितीय चरण — मृदा जनन या प्रोफाइल विकास (Pedogenesis / Soil Profile Development): यह एक रचनात्मक प्रक्रिया (Constructive / Synthetic Process) है, जिसमें अपक्षयित पैतृक पदार्थ (Regolith) पर पेडोजेनिक प्रक्रियाओं द्वारा विभिन्न संस्तरों (A, E, B संस्तर — Solum) वाली वास्तविक मृदा का विकास होता है।
🏜️ राजस्थान एवं भारत के संदर्भ में विशेष अवलोकन: पश्चिमी राजस्थान (जैसे जैसलमेर, बाड़मेर, बीकानेर, जोधपुर व जोबनेर) की शुष्क जलवायु में वर्षा की कमी और दिन-रात के अत्यधिक तापांतर (Diurnal temperature variation) के कारण भौतिक अपक्षय (Physical Weathering) सर्वाधिक प्रबल होता है, जिससे मोटे कणों वाली रेतीली मृदा (Sandy Regolith) बनती है। इसके विपरीत, केरल, असम और पश्चिमी घाट जैसे उच्च वर्षा व उच्च तापमान वाले आर्द्र क्षेत्रों में रासायनिक अपक्षय (Chemical Weathering) अत्यंत तीव्र होता है, जिससे गहरी लाल व लेटराइट मृदाओं का निर्माण होता है।
SECTION 04

संपूर्ण अध्ययन सामग्री (Complete Textbook Study Material)

4.1 अपक्षय का अर्थ, अवधारणा एवं वैज्ञानिक परिभाषाएँ (Meaning, Concept and Definitions of Weathering)

परिभाषा (Definition): पृथ्वी की सतह पर या सतह के निकट स्थित चट्टानों और खनिजों का वायुमंडलीय, जलीय एवं जैविक कारकों के प्रभाव से अपने ही स्थान पर (स्व-स्थाने / In-situ) भौतिक विखंडन (Physical Disintegration) तथा रासायनिक अपघटन (Chemical Decomposition) होकर असंगठित पैतृक पदार्थ (Unconsolidated Parent Material / Regolith) में परिवर्तित होने की प्राकृतिक प्रक्रिया को अपक्षय (Weathering) कहते हैं।

आर्थर होम्स (Arthur Holmes, 1965) के अनुसार: “अपक्षय विभिन्न वायुमंडलीय और जैविक कारकों की वह संयुक्त क्रिया है जिसके द्वारा चट्टानों का अपने ही स्थान पर विखंडन और अपघटन होता है, किंतु इसमें टूटे हुए मलबे का बड़े पैमाने पर परिवहन (Transportation) शामिल नहीं होता।”
महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु: अपक्षय (Weathering) बनाम अपरदन (Erosion) एवं अनाच्छादन (Denudation) • अपक्षय (Weathering): एक स्थैतिक (Static / In-situ) प्रक्रिया है जिसमें चट्टान अपने ही स्थान पर टूटती और गलती है।
• अपरदन (Erosion): एक गतिशील (Dynamic / Ex-situ) प्रक्रिया है जिसमें अपक्षयित पदार्थ या मृदा कणों का बहते जल, वायु या हिमनद द्वारा एक स्थान से दूसरे स्थान पर कटाव व परिवहन (Detachment and Transportation) होता है।
• अनाच्छादन (Denudation) = अपक्षय (Weathering) + अपरदन (Erosion) + बृहत् क्षरण (Mass Wasting)।
1. यह क्या है? (What is it?) कठोर चट्टानों और प्राथमिक खनिजों का भौतिक बलों से टूटना (Disintegration) और रासायनिक अभिक्रियाओं से नए द्वितीयक खनिजों में बदलना (Decomposition)।
2. यह क्यों महत्वपूर्ण है? (Why is it important?) बिना अपक्षय के पृथ्वी पर न तो मृदा (Regolith/Solum) का निर्माण हो सकता है और न ही चट्टानों में बंद पोषक तत्व (K, Ca, Mg, P, Fe, S) पौधों को मिल सकते हैं।
3. यह कैसे कार्य करता है? (How does it work?) भौतिक अपक्षय चट्टान को तोड़कर उसका विशिष्ट सतह क्षेत्रफल (Specific Surface Area) बढ़ाता है, जिस पर जल, अम्ल और ऑक्सीजन रासायनिक आक्रमण करते हैं।
4. व्यावहारिक कृषि उदाहरण (Practical Example) ग्रेनाइट चट्टान में उपस्थित ऑर्थोक्लेज़ फेल्डस्पार का जल-अपघटन (Hydrolysis) होकर काओलिनाइट क्ले बनना और फसलों के लिए घुलनशील पोटेशियम (K+) आयन मुक्त होना।

4.2 भौतिक या यांत्रिक अपक्षय (Physical or Mechanical Weathering — Disintegration)

अवधारणा: भौतिक अपक्षय में चट्टानें तापीय और यांत्रिक बलों के प्रभाव से बड़े टुकड़ों से छोटे-छोटे कणों (बोल्डर → कंकड़ → बालू → सिल्ट) में टूट जाती हैं, किंतु उनके रासायनिक और खनिज संघटन में कोई परिवर्तन नहीं होता (No change in chemical composition)। उदाहरण के लिए, क्वार्ट्जाइट या ग्रेनाइट चट्टान भौतिक रूप से टूटकर बजरी और बालू बन जाती है, किंतु उसके कणों में खनिज वही (क्वार्ट्ज व फेल्डस्पार) रहते हैं। इसलिए इसे विखंडन (Disintegration) या कंकाल मृदा निर्माण (Skeletal Soil Formation) भी कहते हैं।

भौतिक अपक्षय के प्रमुख कारक एवं क्रियाविधि (Agents and Mechanisms of Physical Weathering)

  1. चट्टानों की भौतिक दशा एवं ऊपरी दाब से मुक्ति (Physical Condition of Rocks & Unloading / Pressure Release):
    • चट्टानों की पारगम्यता (Permeability), दरारें (Joints/Fissures) और संस्तरण तल भौतिक अपक्षय की दर तय करते हैं। बलुआ पत्थर और शेल जैसी परतदार व छिद्रयुक्त चट्टानें सघन आग्नेय चट्टानों की तुलना में जल्दी टूटती हैं।
    • दाब-मुक्ति (Unloading / Sheeting): पातालीय आग्नेय चट्टानें (जैसे ग्रेनाइट) पृथ्वी के नीचे हजारों टन के दबाव में बनती हैं। जब ऊपरी चट्टानों के अपरदन से ये सतह पर आती हैं, तो ऊपरी दबाव हटने से चट्टान ऊपर की ओर फैलती है और सतह के समानांतर चादर जैसी दरारें (Sheet joints) पड़ जाती हैं।
  2. तापमान में परिवर्तन एवं अपशल्कन / प्याजवत अपक्षय (Temperature Changes & Exfoliation / Onion-Skin Weathering):
    • विभेदी तापीय प्रसार एवं संकुचन (Differential Thermal Expansion & Contraction): एक बहु-खनिजीय चट्टान (जैसे ग्रेनाइट) में विभिन्न खनिज (क्वार्ट्ज, फेल्डस्पार, गहरा बायोटाइट/हॉर्नब्लेंड) होते हैं। प्रत्येक खनिज का तापीय प्रसार गुणांक (Coefficient of thermal expansion) और रंग अलग होता है — गहरे रंग के खनिज हल्के खनिजों की तुलना में सूर्य की ऊष्मा अधिक सोखकर अधिक फैलते हैं। उदाहरण के लिए, क्वार्ट्ज का घनीय प्रसार फेल्डस्पार से लगभग दोगुना होता है। दिन की तेज धूप में चट्टान के खनिज फैलते हैं और रात की ठंडक में सिकुड़ते हैं, जिससे खनिजों के जोड़ों पर तनाव पैदा होकर चट्टान दाने-दाने में बिखर जाती है (Granular disintegration)।
    • अपशल्कन या प्याजवत अपक्षय (Exfoliation / Onion-Skin Weathering): चट्टानें ऊष्मा की कुचालक (Poor conductors of heat) होती हैं। मरुस्थलीय क्षेत्रों (जैसे राजस्थान के जालोर व बाड़मेर की ग्रेनाइट पहाड़ियाँ) में दिन के समय सूर्य के ताप से चट्टान की सबसे बाहरी परत अत्यधिक गर्म होकर फैलती है, जबकि भीतरी भाग ठंडा ही रहता है। रात में बाहरी परत तेजी से ठंडी होकर सिकुड़ती है। इस निरंतर फैलाव और संकुचन से चट्टान की बाहरी परतें प्याज के छिलकों की तरह (Like peels of an onion) एक-एक करके उतरने लगती हैं। इसे ‘अपशल्कन’ (Exfoliation) कहते हैं।
  3. जल की क्रिया: हिम-तुषार क्रिया, बहता जल एवं हिमनद (Action of Water: Frost Wedging, Running Water & Glaciers):
    • हिम-तुषार क्रिया / तुषार पाच्चन (Frost Action / Frost Wedging / Congelifraction): ठंडे और उच्च पर्वतीय क्षेत्रों (जैसे हिमालय) में दिन के समय चट्टानों की बारीक दरारों में जल भर जाता है। रात में जब तापमान 0°C से नीचे गिरता है, तो यह जल जम कर बर्फ (Ice) बन जाता है। जल के बर्फ में बदलने पर उसके आयतन में लगभग 9% (9.05%) की वृद्धि होती है और यह चट्टान की दीवारों पर लगभग 146 से 150 kg cm-2 (लगभग 150 वायुमंडलीय दाब / टन प्रति वर्ग फीट) का प्रचंड पा पार्श्व दबाव डालता है, जिससे कठोरतम चट्टानें भी फट जाती हैं।
    • बहता जल एवं अपघर्षण (Running Water & Abrasion): नदियों और पहाड़ी नालों का तीव्र वेग से बहता जल अपने साथ लुढ़कते हुए पत्थरों को आपस में (सन्निघर्षण / Attrition) और नदी की तली से (अपघर्षण / Abrasion or Corrasion) रगड़कर तोड़ता व गोल करता है। जल की गति दोगुनी होने पर उसकी बोझ ढोने की क्षमता (Carrying capacity) लगभग 64 गुना (v6 के समानुपाती) बढ़ जाती है।
    • हिमनद या ग्लेशियर (Glaciers — Moving Ice): उच्च पर्वतों से खिसकती हुई विशाल बर्फ की नदियाँ (हिमनद) अपने नीचे दबी चट्टानों को अत्यधिक भार से पीसकर बारीक चूर्ण (Rock flour) और मोरेन (Moraines / Glacial till) में बदल देती हैं।
  4. वायु की क्रिया एवं बालू-अपघर्षण (Action of Wind & Sand Blasting):
    • शुष्क और अर्ध-शुष्क मरुस्थलों (जैसे पश्चिमी राजस्थान का थार मरुस्थल) में तेज गति से चलने वाली धूल भरी आँधियाँ अपने साथ बालू के नुकीले क्वार्ट्ज कणों को उड़ाकर ले जाती हैं।
    • जब ये हवा में उड़ते रेत के कण रास्ते में आने वाली चट्टानों से टकराते हैं, तो वे रेत-फुहार या रेगमाल (Sand-blasting / Abrasion) की तरह चट्टानों को रगड़कर छत्रक शिला (Mushroom rocks) और बारीक रेत में तोड़ देते हैं।

4.3 रासायनिक अपक्षय (Chemical Weathering — Decomposition)

अवधारणा: जब चट्टानों और प्राथमिक खनिजों पर जल, ऑक्सीजन (O2), कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) तथा कार्बनिक व अकार्बनिक अम्लों की रासायनिक क्रिया होती है, तो मूल प्राथमिक खनिजों की क्रिस्टलीय संरचना पूर्णतः नष्ट हो जाती है और उनके स्थान पर नए द्वितीयक खनिजों (Secondary Minerals — जैसे सिलिकेट क्ले व सेस्क्विऑक्साइड) का संश्लेषण होता है तथा घुलनशील पादप पोषक तत्व मुक्त होते हैं। इसे रासायनिक अपघटन (Chemical Decomposition) कहते हैं।

महत्वपूर्ण नियम: “बिना जल के रासायनिक अपक्षय लगभग असंभव है।” तापमान में प्रत्येक 10°C की वृद्धि होने पर रासायनिक अपक्षय की अभिक्रिया दर 2 से 3 गुना बढ़ जाती है (Van’t Hoff’s Law — Q10 = 2 to 3)। इसीलिए उष्ण और आर्द्र (Humid tropical) जलवायु में रासायनिक अपक्षय सर्वाधिक होता है।

रासायनिक अपक्षय की 6 प्रमुख प्रक्रियाएँ एवं संतुलित समीकरण (Six Major Processes of Chemical Weathering)

1. विलयन (Solution):

  • जल एक सार्वत्रिक विलायक (Universal Solvent) है, और जब इसमें CO2 तथा कार्बनिक अम्ल घुल जाते हैं, तो इसकी घोलने की शक्ति कई गुना बढ़ जाती है।
  • चट्टानों में उपस्थित आसानी से घुलनशील लवण — जैसे हैलाइट या सेंधा नमक (NaCl), सिल्वाइट (KCl) और जिप्सम (CaSO4·2H2O) — जल के संपर्क में आकर सीधे आयनों में वियोजित होकर घुल जाते हैं और चट्टान खोखली होकर टूट जाती है।
विलयन की रासायनिक अभिक्रिया (Solution Reaction):
NaCl (Halite, solid) + H2O → Na+ (aq) + Cl– (aq) + H2O

2. जलयोजन (Hydration):

  • किसी खनिज की क्रिस्टलीय संरचना में जल के अणुओं (H2O) के रासायनिक रूप से जुड़ने की प्रक्रिया को जलयोजन (Hydration) कहते हैं।
  • जलयोजन होने से खनिज के आयतन में भारी वृद्धि (Volume expansion / Swelling) होती है, वह नरम पड़ जाता है, उसकी चमक और रंग बदल जाता है, और चट्टान के भीतर भौतिक दबाव पैदा होने से वह टूट जाती है।
  • प्रमुख उदाहरण: (a) लाल रंग के निर्जल हेमेटाइट (Fe2O3) के जलयोजन से पीले रंग का लिमोनाइट (2Fe2O3·3H2O) बनता है; तथा (b) निर्जल एनहाइड्राइट (CaSO4) के जलयोजन से जिप्सम (CaSO4·2H2O) बनता है (जिसमें आयतन लगभग 33–60% बढ़ जाता है)।
जलयोजन के मानक रासायनिक समीकरण (Hydration Equations):
(i) 2Fe2O3 (Hematite — Red) + 3H2O → 2Fe2O3·3H2O (Limonite — Yellow)
(ii) CaSO4 (Anhydrite) + 2H2O → CaSO4·2H2O (Gypsum)
(iii) Al2O3 (Bauxite/Corundum) + 3H2O → Al2O3·3H2O [or 2Al(OH)3 — Gibbsite]

3. जल-अपघटन (Hydrolysis — रासायनिक अपक्षय की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया / Most Important Process):

  • जल (H2O) अणु के H+ (हाइड्रोजन आयन) और OH– (हाइड्रॉक्सिल आयन) में वियोजित होने तथा खनिज के धात्विक धनायनों (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) का जल के H+ आयन द्वारा प्रतिस्थापन (Double decomposition reaction) होने की प्रक्रिया को जल-अपघटन (Hydrolysis) कहते हैं।
  • इसमें जल का H+ आयन एक सूक्ष्म ‘रासायनिक हथौड़े’ (Chemical hammer) की तरह सिलिकेट क्रिस्टल जालक में प्रवेश कर K+ को बाहर निकाल देता है, जिससे प्राथमिक खनिज टूटकर द्वितीयक सिलिकेट क्ले खनिज (जैसे काओलिनाइट या इलाइट) में बदल जाता है। इसलिए जल-अपघटन को ‘मृदा क्ले का जनक’ (Progenitor of Soil Clays) कहा जाता है।
जल-अपघटन के मानक रासायनिक समीकरण (Hydrolysis of Orthoclase Feldspar):
चरण 1 (एसिड सिलिकेट व घुलनशील KOH का निर्माण):
KAlSi3O8 (Orthoclase) + HOH (H+ + OH–) → HAlSi3O8 (Acid Silicate Clay) + KOH (Soluble Potassium Hydroxide)
चरण 2 (काओलिनाइट क्ले एवं घुलनशील सिलिसिक अम्ल में पूर्ण रूपांतरण):
2HAlSi3O8 + 8H2O → Al2Si2O5(OH)4 [or Al2O3·2SiO2·2H2O — Kaolinite Clay] + 4H4SiO4 (Silicic Acid)

4. ऑक्सीकरण (Oxidation):

  • किसी खनिज में ऑक्सीजन के जुड़ने या किसी तत्व द्वारा इलेक्ट्रॉन त्यागने (Loss of electron — धनात्मक संयोजकता बढ़ने) की प्रक्रिया को ऑक्सीकरण कहते हैं।
  • यह प्रक्रिया उन चट्टानों और खनिजों में सर्वाधिक होती है जिनमें लोहा (Fe), मैंगनीज (Mn) या सल्फर (S) कम ऑक्सीकरण अवस्था में उपस्थित होते हैं (जैसे फेरो-मैग्नीशियन खनिज — बायोटाइट, हॉर्नब्लेंड, ऑगाइट, ओलिविन तथा पाइराइट)।
  • जब खनिज के क्रिस्टल जालक में स्थित द्विसंयोजक फेरस आयन (Fe2+, आयनिक त्रिज्या 0.074 nm) वायुमंडलीय या जल में घुली ऑक्सीजन से क्रिया कर त्रिसंयोजक फेरिक आयन (Fe3+, आयनिक त्रिज्या 0.064 nm) में बदलता है, तो आयनिक आकार और आवेश बदलने से क्रिस्टल जालक का विद्युत संतुलन बिगड़ जाता है और खनिज भुरभुरा होकर टूट जाता है (जैसे लोहे पर जंग लगना / Rusting of rocks)। इससे चट्टान का रंग हरे/काले से लाल या भूरा हो जाता है।
ऑक्सीकरण के मानक रासायनिक समीकरण (Oxidation Equations):
(i) 4FeO (Ferrous Oxide — Greenish/Grey) + O2 → 2Fe2O3 (Ferric Oxide / Hematite — Red)
(ii) 2FeS2 (Iron Pyrite) + 7O2 + 2H2O → 2FeSO4 (Ferrous Sulphate) + 2H2SO4 (Sulphuric Acid)

5. अपचयन (Reduction):

  • ऑक्सीकरण के ठीक विपरीत, किसी खनिज से ऑक्सीजन के हटने या इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने (Gain of electron — धनात्मक संयोजकता घटने, जैसे Fe3+ → Fe2+) की प्रक्रिया को अपचयन कहते हैं।
  • यह प्रक्रिया मुख्यतः जलाक्रांत या दलदली मृदाओं (Waterlogged / Anaerobic / Poorly drained soils — जैसे धान के खेत या ग्लेइज़ेशन संस्तर) में होती है जहाँ ऑक्सीजन का अभाव होता है।
  • त्रिसंयोजक फेरिक लोहा (Fe3+) अघुलनशील और स्थिर होता है, किंतु अपचयन से बना द्विसंयोजक फेरस लोहा (Fe2+) अत्यधिक घुलनशील और गतिशील (Mobile) होता है, जो रिसते जल के साथ निक्षालित हो जाता है और मृदा का रंग नीला-धूसर या हरा-भूरा (Bluish-grey / Gleyed colour) हो जाता है।
अपचयन का मानक रासायनिक समीकरण (Reduction Equation):
2Fe2O3 (Ferric Oxide — Insoluble Red) → 4FeO (Ferrous Oxide — Soluble Bluish-Grey) + O2↑

6. कार्बोनेशन (Carbonation):

  • वर्षा जल जब वायुमंडल और मृदा वायु (जहाँ जड़ों व सूक्ष्मजीवों के श्वसन से 0.25–0.30% CO2 होती है) से गुजरता है, तो वह कार्बन डाइऑक्साइड को घोलकर एक दुर्बल अम्ल — कार्बोनिक अम्ल (H2CO3) बनाता है।
  • कार्बोनिक अम्ल की खनिजों या चट्टानों के साथ अभिक्रिया होकर घुलनशील कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट बनने की प्रक्रिया को कार्बोनेशन कहते हैं।
  • प्रमुख प्रभाव: शुद्ध जल में अघुलनशील चूना पत्थर (CaCO3) और डोलोमाइट कार्बोनिक अम्ल से क्रिया करके अत्यधिक घुलनशील कैल्शियम बाइकार्बोनेट [Ca(HCO3)2] में बदल जाते हैं। इसी प्रक्रिया से चूना पत्थर के क्षेत्रों में विशाल भूमिगत गुफाएँ (Karst topography, stalactites & stalagmites) बनती हैं और फेल्डस्पार के जल-अपघटन से बना KOH पोटेशियम कार्बोनेट (K2CO3) में बदलता है।
कार्बोनेशन के मानक रासायनिक समीकरण (Carbonation Equations):
(i) CO2 + H2O ⇌ H2CO3 (Carbonic Acid)
(ii) CaCO3 (Insoluble Limestone/Calcite) + H2CO3 ⇌ Ca(HCO3)2 (Soluble Calcium Bicarbonate)
(iii) 2KOH + H2CO3 → K2CO3 (Soluble Potassium Carbonate) + 2H2O

4.4 जैविक अपक्षय एवं कीलेशन (Biological Weathering and Chelation)

अवधारणा: भौतिक और रासायनिक अपक्षय से स्वतंत्र कोई तीसरी अलग प्रक्रिया होने के बजाय, जैविक अपक्षय (Biological Weathering) वास्तव में जीवित जीवों — उच्च पौधों, सूक्ष्मजीवों, जंतुओं और मनुष्यों — द्वारा संपादित भौतिक विखंडन और रासायनिक अपघटन का संयुक्त रूप (Biophysical + Biochemical Weathering) है:

  1. उच्च पादप एवं उनकी जड़ों की भूमिका (Role of Higher Plants and Roots):
    • भौतिक प्रभाव (Root Wedging): पीपल, बरगद, नीम और वन वृक्षों की जड़ें चट्टानों की बारीक दरारों में प्रवेश कर मोटाई में बढ़ती हैं और जबरदस्त यांत्रिक दबाव (10–15 atm तक) डालकर चट्टानों को फाड़ देती हैं।
    • रासायनिक प्रभाव (Root Exudates & Respiration): जीवित जड़ें श्वसन द्वारा निरंतर CO2 छोड़ती हैं (जिससे H2CO3 बनता है), तथा सिट्रिक, मैलिक व ऑक्सैलिक जैसे कार्बनिक अम्ल और H+ आयन स्रावित कर राइजोस्फीयर (Rhizosphere) के खनिजों को घोलती हैं।
  2. सूक्ष्मजीवों एवं लाइकेन की भूमिका (Role of Microorganisms, Lichens, Mosses & Algae):
    • लाइकेन (Lichens — कवक एवं शैवाल का सहजीवी संबंध): नग्न चट्टानों पर सबसे पहले उगने वाले अग्रदूत जीव (Pioneer colonizers) ‘लाइकेन’ और काई (Mosses) होते हैं। लाइकेन चट्टान की सतह पर नमी रोककर रखते हैं और ऑक्सैलिक अम्ल व फिनोलिक यौगिक स्रावित करके चट्टान के खनिजों से Ca, Mg, K, Fe का निष्कर्षण करते हैं, जिससे चट्टान की ऊपरी परत गलकर मृदा की पहली पतली परत बनाती है।
    • जीवाणु एवं कवक (Bacteria & Fungi): कार्बनिक पदार्थों के अपघटन से ह्यूमिक और फुल्विक अम्ल तथा नाइट्रीकरण (HNO3) व सल्फर ऑक्सीकरण (Thiobacillus द्वारा H2SO4) से अकार्बनिक अम्ल बनते हैं जो एपेटाइट और सिलिकेट खनिजों को घोलते हैं।
  3. जैव-रासायनिक कीलेशन (Biochemical Chelation):
    • जब सूक्ष्मजीवों और ह्यूमस से निकले कार्बनिक अम्ल (जैसे ऑक्सैलिक, सिट्रिक व फुल्विक अम्ल — जिन्हें लिगैंड / Chelating agents कहते हैं) खनिजों में उपस्थित धात्विक धनायनों (Fe3+, Al3+, Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+) के साथ वलय-समान जटिल यौगिक (Ring-structured organo-metallic complex) बनाकर उन्हें क्रिस्टल जालक से बाहर खींच लेते हैं, तो इस प्रक्रिया को कीलेशन (Chelation — ग्रीक: Chele = केकड़े का पंजा / Crab’s claw) कहते हैं।
  4. मृदा जंतुओं एवं मानव की भूमिका (Role of Macro-organisms & Man):
    • केंचुए (Earthworms), दीमक (Termites), चींटियाँ, चूहे और बिल खोदने वाले जंतु (Burrowing animals) प्रतिवर्ष हजारों टन मृदा और अधो-मृदा को उलट-पलट कर वायु व जल के संपर्क में लाते हैं।
    • मनुष्य खनन (Mining), सड़क निर्माण, वनोन्मूलन और गहरी जुताई (Tillage) द्वारा चट्टानों के अपक्षय को कई गुना तेज कर देता है।

4.5 खनिजों की अपक्षय प्रतिरोधकता: गोल्डिच स्थिरता श्रेणी (Goldich Stability Series, 1938) एवं जैक्सन का अपक्षय सूचकांक

सभी खनिज एक समान गति से अपक्षयित नहीं होते। अमेरिकी भू-रसायनज्ञ एस.एस. गोल्डिच (S.S. Goldich, 1938) ने सिद्ध किया कि पृथ्वी की सतह पर खनिजों के अपक्षय का क्रम ठीक वही होता है जिस क्रम में वे मैग्मा से ठंडे होकर क्रिस्टलीकृत हुए थे (अर्थात बोवेन की अभिक्रिया श्रेणी / Bowen’s Reaction Series के समान): जो खनिज मैग्मा से सबसे उच्च तापमान पर सबसे पहले बनते हैं (जैसे ओलिविन और कैल्सिक प्लेजियोक्लेज़), वे भूपर्पटी की ठंडी सतह पर सबसे अधिक अस्थिर होते हैं और सबसे पहले अपक्षयित होते हैं। इसके विपरीत, जो खनिज सबसे कम तापमान पर अंत में बनते हैं (जैसे क्वार्ट्ज), वे सतह पर सर्वाधिक स्थिर (Most Resistant) होते हैं।

खनिजों के अपक्षय प्रतिरोध का वैज्ञानिक कारण (Why Quartz is Resistant & Olivine is Easily Weathered?):

  1. Si–O टेट्राहेड्रॉन के जुड़ने की डिग्री (Degree of Covalent Si–O Sharing): Si–O सहसंयोजक बंधन (Covalent bond) अत्यधिक मजबूत होता है, जबकि Mg–O, Fe–O या Ca–O आयनिक बंधन कमजोर होते हैं। ओलिविन (Nesosilicate) में स्वतंत्र SiO4 टेट्राहेड्रॉन कमजोर Fe2+/Mg2+ आयनों से जुड़े होते हैं, इसलिए जल व अम्ल उन्हें तुरंत तोड़ देते हैं। इसके विपरीत, क्वार्ट्ज (Tectosilicate) में चारों ऑक्सीजन परमाणु मजबूत 3D Si–O–Si बंधनों से जुड़े होते हैं और कोई कमजोर धात्विक धनायन या विदलन तल नहीं होता।
  2. Si4+ के स्थान पर Al3+ का समकृतिक प्रतिस्थापन: खनिज में जितना अधिक Al3+ प्रतिस्थापन और जितने अधिक क्षारीय धनायन (Ca2+, Na+) होते हैं, वह उतना ही तेजी से अपक्षयित होता है (इसलिए Anorthite > Albite > Orthoclase > Quartz)।
  3. लोहे (Fe2+) की उपस्थिति: जिन खनिजों में ऑक्सीकरण योग्य Fe2+ होता है (जैसे बायोटाइट), वे बिना लोहे वाले खनिजों (जैसे मस्कोवाइट) की तुलना में बहुत जल्दी टूटते हैं।
📊 प्रमुख खनिजों की अपक्षय प्रतिरोधकता का बढ़ता क्रम (Order of Increasing Resistance to Weathering):
(सबसे कम प्रतिरोधी / सबसे तेज अपक्षय)
1. जिप्सम एवं हैलाइट → 2. कैल्साइट व डोलोमाइट → 3. ओलिविन (Olivine) → 4. कैल्सिक प्लेजियोक्लेज़ (Anorthite) → 5. ऑगाइट (Augite — Pyroxene) → 6. हॉर्नब्लेंड (Hornblende — Amphibole) → 7. सोडिक प्लेजियोक्लेज़ (Albite) → 8. बायोटाइट (Black Mica) → 9. ऑर्थोक्लेज़ / माइक्रोक्लाइन (Potash Feldspar) → 10. मस्कोवाइट (White Mica) → 11. क्वार्ट्ज (Quartz) → 12. जिरकॉन, टूरमलीन, रूटाइल/एनाटेज एवं लोहे/एल्युमिनियम के ऑक्साइड (Fe & Al Oxides — सर्वाधिक प्रतिरोधी अंतिम उत्पाद)।
SECTION 05

वैज्ञानिक आरेख एवं शैक्षिक चित्रण (Scientific Diagrams and Educational Illustrations)

आरेख 5.1: गोल्डिच खनिज स्थिरता श्रेणी (Goldich Stability Series, 1938) तथा भौतिक अपक्षय की क्रियाविधि (Exfoliation एवं Frost Wedging)

(A) गोल्डिच खनिज स्थिरता श्रेणी (Goldich Series) अपक्षय प्रतिरोधकता बढ़ती है (Increasing Stability) ▶ फेरो-मैग्नीशियन शाखा (Discontinuous Series) प्लेजियोक्लेज़ शाखा (Continuous Series) 1. ओलिविन (Olivine) 2. ऑगाइट (Augite) 3. हॉर्नब्लेंड (Hornblende) 4. बायोटाइट (Biotite) कैल्सिक प्लेजियोक्लेज़ (Anorthite) कैल्क-अल्कली प्लेजियोक्लेज़ सोडिक प्लेजियोक्लेज़ (Albite) 5. ऑर्थोक्लेज़ फेल्डस्पार (Orthoclase) 6. मस्कोवाइट माइका (Muscovite) 7. क्वार्ट्ज (Quartz — सर्वाधिक प्रतिरोधी) (B) प्रमुख भौतिक अपक्षय क्रियाविधियाँ 1. अपशल्कन / प्याजवत अपक्षय (Exfoliation) दिन: तीव्र ताप रात: शीतलन ठोस आंतरिक कोर बाहरी परत का छिलके की तरह उतरना 2. तुषार क्रिया (Frost Wedging — 9% आयतन वृद्धि) दरार में जल (>0°C) <0°C हिमन बर्फ प्रसार (~150 kg cm⁻² दाब)
वैज्ञानिक व्याख्या: आरेख (A) गोल्डिच (1938) की स्थिरता श्रेणी दर्शाता है जिसमें ओलिविन और कैल्सिक प्लेजियोक्लेज़ सबसे पहले अपक्षयित होते हैं, जबकि क्वार्ट्ज सबसे अंत में। आरेख (B) में प्याजवत अपक्षय (Exfoliation) तथा दरारों में जल के जमने से 9% आयतन प्रसार (Frost Wedging) द्वारा चट्टान का विखंडन दिखाया गया है।
SECTION 06

विजुअल माइंड मैप (Compulsory Lecture Visual Mind Map)

माइंड मैप 6.1: चट्टानों का अपक्षय — भौतिक, रासायनिक एवं जैविक प्रक्रियाओं का संपूर्ण मानचित्र

चट्टानों का अपक्षय (Weathering of Rocks) SOIL 111 | Lecture 03 स्व-स्थाने (In-situ) विखंडन + अपघटन 1. भौतिक अपक्षय (Disintegration) • रासायनिक संघटन अपरिवर्तित रहता है • तापमान: Exfoliation (प्याजवत छिलना) • तुषार क्रिया: बर्फ जमने पर 9% प्रसार • जल, हिमनद एवं वायु अपघर्षण → मरुस्थलीय व शीत क्षेत्रों में प्रबल 2. जैविक अपक्षय (Biological) • पादप जड़ें: दरारों में यांत्रिक दबाव • लाइकेन (Lichens): अग्रदूत जीव • सूक्ष्मजीव: CO₂ व कार्बनिक अम्ल • कीलेशन (Chelation): धातु संकुलन • केंचुए, दीमक व मानव क्रियाएँ 3. खनिज स्थिरता (Goldich, 1938) • सबसे कम प्रतिरोधी: ओलिविन, जिप्सम • मध्यम: हॉर्नब्लेंड, बायोटाइट, एल्बाइट • उच्च प्रतिरोधी: ऑर्थोक्लेज़, मस्कोवाइट • सर्वाधिक प्रतिरोधी प्राथमिक: क्वार्ट्ज • अंतिम चरण: Fe/Al व Ti ऑक्साइड 4. रासायनिक अपक्षय (भाग-I) • विलयन (Solution): NaCl का घुलना • जलयोजन (Hydration): H₂O जुड़ना (हेमेटाइट → पीला लिमोनाइट) • जल-अपघटन (Hydrolysis): H⁺ विनिमय → क्ले निर्माण की सबसे प्रमुख प्रक्रिया! 5. रासायनिक अपक्षय (भाग-II) • ऑक्सीकरण: Fe²⁺ → Fe³⁺ (जंग/लाल रंग) • अपचयन: Fe³⁺ → Fe²⁺ (जलाक्रांत मृदा) • कार्बोनेशन: CO₂ + H₂O → H₂CO₃ • CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca(HCO₃)₂ → चूना पत्थर क्षेत्रों में गुफा निर्माण 6. अपक्षय को प्रभावित करने वाले कारक • जलवायु: वर्षा व तापमान (Q₁₀ = 2–3) • कण आकार: महीन कण = अधिक सतह • खनिज संरचना व विदलन तल • स्थलाकृति (ढलान) एवं वनस्पति आवरण → उत्पाद: रेगोलिथ + द्वितीयक क्ले
माइंड मैप पुनरावृत्ति संकेत: यह माइंड मैप अपक्षय के तीनों प्रमुख प्रकारों (भौतिक, रासायनिक के 6 उप-प्रकार, और जैविक), गोल्डिच स्थिरता श्रेणी तथा नियंत्रक कारकों को एक ही दृश्य में समेटता है।
SECTION 07

फ्लोचार्ट एवं इन्फोग्राफिक्स (Flowcharts and Process Infographics)

फ्लोचार्ट 7.1: ऑर्थोक्लेज़ फेल्डस्पार के जल-अपघटन (Hydrolysis) एवं कार्बोनेशन से काओलिनाइट क्ले और पादप पोषक तत्व (K+) के निर्माण का चरणबद्ध प्रवाह

चरण 1: प्राथमिक खनिज ऑर्थोक्लेज़ फेल्डस्पार (KAlSi₃O₈) + H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻ H⁺ प्रतिस्थापन चरण 2: जल-अपघटन अम्ल सिलिकेट (HAlSi₃O₈) + घुलनशील KOH (K⁺ जालक से बाहर मुक्त) चरण 3A: द्वितीयक सिलिकेट क्ले संश्लेषण काओलिनाइट क्ले [Al₂Si₂O₅(OH)₄] + घुलनशील सिलिसिक अम्ल (4H₄SiO₄) → मृदा के कोलाइडल क्ले अंश का निर्माण चरण 3B: कार्बोनेशन एवं पादप पोषण 2KOH + H₂CO₃ → K₂CO₃ + 2H₂O मृदा विलयन व क्ले मिसेल पर K⁺ अधिशोषण → फसलों की जड़ों द्वारा पोटेशियम (K⁺) अवशोषण
प्रक्रिया व्याख्या: यह फ्लोचार्ट स्पष्ट करता है कि जल-अपघटन (Hydrolysis) क्यों रासायनिक अपक्षय की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया है: यह एक ही साथ प्राथमिक खनिज (ऑर्थोक्लेज़) को तोड़कर द्वितीयक क्ले (काओलिनाइट) बनाता है और पौधों के लिए प्राथमिक पोषक तत्व (K+) भी उपलब्ध कराता है।
SECTION 08

तुलनात्मक सारणियाँ (Scientifically Meaningful Comparison Tables)

सारणी 8.1: भौतिक अपक्षय (Physical Weathering) एवं रासायनिक अपक्षय (Chemical Weathering) में विस्तृत अंतर

क्र.सं. तुलना का आधार (Basis) भौतिक या यांत्रिक अपक्षय (Physical Weathering) रासायनिक अपक्षय (Chemical Weathering)
1. मूल प्रक्रिया (Core Process) इसमें चट्टानों का यांत्रिक बलों द्वारा केवल भौतिक विखंडन (Disintegration) होता है। इसमें चट्टानों के खनिजों का रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा अपघटन और रूपांतरण (Decomposition) होता है।
2. रासायनिक एवं खनिज परिवर्तन चट्टान के रासायनिक व खनिज संघटन में कोई परिवर्तन नहीं होता; केवल कणों का आकार छोटा होता है। मूल प्राथमिक खनिज नष्ट हो जाते हैं और नए द्वितीयक खनिजों (जैसे सिलिकेट क्ले व ऑक्साइड) का संश्लेषण होता है।
3. प्रमुख कारक (Primary Agents) तापमान में उतार-चढ़ाव, तुषार/पाला (Frost), बहता जल, हिमनद, तीव्र पवन और दाब-मुक्ति। जल (H2O), ऑक्सीजन (O2), कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), तथा कार्बनिक व अकार्बनिक अम्ल।
4. अनुकूल जलवायु क्षेत्र (Climatic Zone) शुष्क मरुस्थलों (Hot deserts — जैसे पश्चिमी राजस्थान) और अत्यधिक ठंडे/अल्पाइन क्षेत्रों (जैसे लद्दाख/हिमालय) में सर्वाधिक प्रबल। उष्ण और आर्द्र क्षेत्रों (Hot & Humid tropics — जैसे केरल, पश्चिमी घाट व उत्तर-पूर्वी भारत) में सर्वाधिक प्रबल।
5. मृदा कणाकार उत्पाद (Soil Separate) इससे मुख्यतः कंकड़, बजरी, मोटी व महीन बालू (Sand) तथा सिल्ट (Silt) के कण बनते हैं (कंकाल मृदा)। इससे मुख्यतः कोलाइडल मृत्तिका या क्ले (Clay < 0.002 mm) और घुलनशील लवण बनते हैं।
6. पादप पोषक तत्वों की मुक्ति पोषक तत्व खनिज जालक में बंद रहते हैं; पौधों को सीधे घुलनशील रूप में उपलब्ध नहीं होते। खनिज जालक टूटने से K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, SO42- आदि पोषक तत्व मृदा विलयन में मुक्त होते हैं।

सारणी 8.2: रासायनिक अपक्षय की 6 प्रमुख प्रक्रियाओं की त्वरित तुलनात्मक सारणी

क्र.सं. रासायनिक प्रक्रिया (Process) मुख्य अभिकारक (Reactant) रासायनिक क्रियाविधि (Mechanism) क्लासिक उदाहरण (Classic Example)
1. विलयन (Solution) जल (H2O) + लवण घुलनशील खनिजों का सीधे आयनों में वियोजन व घुलना। हैलाइट (NaCl) व जिप्सम का जल में घुलना।
2. जलयोजन (Hydration) अक्षुण्ण H2O अणु खनिज क्रिस्टल जालक में जल के अणुओं का रासायनिक योग व सूजन। लाल हेमेटाइट (Fe2O3) से पीला लिमोनाइट (2Fe2O3·3H2O) बनना।
3. जल-अपघटन (Hydrolysis) वियोजित H+ एवं OH– आयन खनिज के धनायन (K+, Na+, Ca2+) का जल के H+ द्वारा प्रतिस्थापन। ऑर्थोक्लेज़ (KAlSi3O8) से काओलिनाइट क्ले व KOH बनना।
4. ऑक्सीकरण (Oxidation) ऑक्सीजन (O2) — सुवातित स्थिति इलेक्ट्रॉन का त्याग (Fe2+ → Fe3+) जिससे जालक अस्थिर होकर लाल/भूरा हो जाता है। फेरस ऑक्साइड (FeO) का फेरिक ऑक्साइड (Fe2O3) में तथा पाइराइट का FeSO4 में बदलना।
5. अपचयन (Reduction) ऑक्सीजन का अभाव (जलाक्रांत मृदा) इलेक्ट्रॉन ग्रहण करना (Fe3+ → Fe2+) जिससे लोहा घुलनशील व गतिशील हो जाता है। दलदली/धान की मृदा में लाल Fe2O3 का नीले-धूसर FeO में बदलना (Gleization)।
6. कार्बोनेशन (Carbonation) कार्बोनिक अम्ल (H2CO3) CO2 + H2O से बने H2CO3 द्वारा कार्बोनेट खनिजों को घुलनशील बाइकार्बोनेट में बदलना। अघुलनशील चूना पत्थर (CaCO3) का घुलनशील Ca(HCO3)2 में बदलना।
SECTION 09

व्यावहारिक कृषि अनुप्रयोग एवं भारतीय/राजस्थान उदाहरण (Practical Agricultural Applications)

  1. मृदा रंग (Soil Colour) द्वारा जल-निकास और ऑक्सीकरण-अपचयन दशा का निदान (Field Diagnosis via Oxidation-Reduction):
    जब एक कृषि वैज्ञानिक या किसान किसी खेत की मृदा प्रोफाइल देखता है, तो यदि मृदा का रंग चमकीला लाल, पीला या लाल-भूरा है, तो इसका अर्थ है कि मृदा में अच्छा वातन और जल-निकास (Well-drained oxidizing condition) है जहाँ लोहा ऑक्सीकृत (Fe3+ — हेमेटाइट/लिमोनाइट) रूप में है। इसके विपरीत, यदि अवमृदा में नीला-धूसर या हरा-सलेटी रंग और जंग जैसे धब्बे (Mottling) दिखाई दें, तो यह स्पष्ट संकेत है कि वहाँ जलाक्रांति (Waterlogging) के कारण अपचयन (Fe2+) हो रहा है और सफल फसल उत्पादन के लिए उप-पृष्ठीय जल निकास (Sub-surface drainage) की आवश्यकता है।
  2. राजस्थान में वातोढ़ (Aeolian) एवं भौतिक अपक्षय से निर्मित रेतीली मृदाओं का प्रबंधन:
    पश्चिमी और मध्य राजस्थान (जोबनेर, जयपुर, सीकर, जोधपुर, बीकानेर) में कम वर्षा (200–500 mm) और उच्च तापमान (45–48°C ग्रीष्मकाल में व 2–4°C शीतकाल में) के कारण भौतिक अपक्षय और वायु अपघर्षण प्रधान रहता है। चूँकि रासायनिक अपक्षय (Hydrolysis) धीमा होता है, इसलिए इन मृदाओं में द्वितीयक क्ले खनिज कम (< 5–10%) बनते हैं, लेकिन अअपक्षयित प्राथमिक खनिजों (जैसे फेल्डस्पार व माइका) की उपस्थिति के कारण इन मृदाओं में उपलब्ध पोटेशियम (K) का स्तर प्रायः मध्यम से उच्च (Medium to High) पाया जाता है।
  3. जैविक अपक्षय एवं फॉस्फेट/पोटाश घोलक जीवाणुओं (PSB & KSB Biofertilizers) का प्रयोग:
    प्रकृति में जैविक अपक्षय के सिद्धांत का सीधा उपयोग आधुनिक कृषि में जैव-उर्वरकों (Biofertilizers) के रूप में किया जाता है। Bacillus megaterium, Pseudomonas striata (PSB) और Frateuria aurantia (KSB — Potassium Solubilizing Bacteria) जैसे सूक्ष्मजीव मृदा में कार्बनिक अम्ल (सिट्रिक, ग्लूकोनिक व ऑक्सैलिक अम्ल) स्रावित कर अघुलनशील ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट/एपेटाइट और माइका/फेल्डस्पार का जैव-रासायनिक अपक्षय एवं कीलेशन करते हैं, जिससे फसलों को घुलनशील P और K प्राप्त होता है।
  4. सलादीपुरा पाइराइट (FeS2) द्वारा क्षारीय मृदा सुधार में ऑक्सीकरण अभिक्रिया:
    जब किसान क्षारीय (Sodic) मृदा में सीकर (राजस्थान) से प्राप्त कृषि श्रेणी का पाइराइट (FeS2) डालकर हल्की नमी और वातन देता है, तो रासायनिक एवं जैविक ऑक्सीकरण (Thiobacillus ferrooxidans जीवाणु द्वारा) से सल्फ्यूरिक अम्ल (H2SO4) बनता है। यह अम्ल मृदा के अघुलनशील चूने (CaCO3) से क्रिया कर स्व-स्थाने जिप्सम (CaSO4) बनाता है जो सोडियम (Na+) को क्ले से विस्थापित कर मृदा को सुधार देता है।
SECTION 10

महत्वपूर्ण परिभाषाएँ, जैक्सन का अपक्षय सूचकांक एवं गणनाएँ (Definitions, Weathering Index & Calculations)

10.1 जैक्सन और सहकर्मियों का क्ले-आकार खनिज अपक्षय सूचकांक (Jackson et al., 1948 — 13 Weathering Stages of Clay-Size Minerals)

एम.एल. जैक्सन (M.L. Jackson, 1948) ने मृदा के क्ले अंश (< 2 μm) में खनिजों की उपस्थिति के आधार पर अपक्षय की 13 क्रमिक अवस्थाएँ (Weathering Index 1 to 13) निर्धारित कीं। सूचकांक जितना कम होता है, मृदा उतनी ही युवा/कम अपक्षयित होती है; और सूचकांक जितना अधिक होता है, मृदा उतनी ही पुरानी व अत्यधिक अपक्षयित होती है:

  • प्रारंभिक अवस्था (Early Weathering Stages — शुष्क व युवा मृदाएँ, जैसे Aridisols/Entisols):
    Stage 1: जिप्सम व हैलाइट → Stage 2: कैल्साइट व डोलोमाइट → Stage 3: ओलिविन व हॉर्नब्लेंड → Stage 4: बायोटाइट व क्लोराइट → Stage 5: एल्बाइट (फेल्डस्पार)।
  • मध्यवर्ती अवस्था (Intermediate Weathering Stages — शीतोष्ण व उपोष्ण मृदाएँ, जैसे Inceptisols, Mollisols, Alfisols, Vertisols):
    Stage 6: क्वार्ट्ज (क्ले आकार का) → Stage 7: इलाइट व मस्कोवाइट → Stage 8: अंतर-स्तरित 2:1 खनिज व वर्मीकुलाइट → Stage 9: मोंटमोरिलोनाइट (Montmorillonite)।
  • उन्नत / अंतिम अवस्था (Advanced Weathering Stages — उष्ण व आर्द्र मृदाएँ, जैसे Ultisols एवं Oxisols/Laterite Soils):
    Stage 10: काओलिनाइट (Kaolinite) → Stage 11: गिब्साइट [Al(OH)3] → Stage 12: हेमेटाइट व गोएथाइट (Fe2O3) → Stage 13: एनाटेज व रूटाइल (TiO2 — सर्वाधिक प्रतिरोधी अंतिम सूचकांक खनिज)।

10.2 कण आकार विभाजन से विशिष्ट सतह क्षेत्रफल में वृद्धि की गणना (Solved Numerical on Specific Surface Area & Weathering Rate)

🧮 संख्यात्मक उदाहरण 01 (Why Physical Disintegration Accelerates Chemical Weathering):
प्रश्न: मान लीजिए एक घनाकार (Cubical) चट्टान के टुकड़े की प्रत्येक भुजा L = 1 cm है। (a) इस एकल घन का कुल पृष्ठीय क्षेत्रफल (Total Surface Area) कितना है? (b) यदि भौतिक अपक्षय द्वारा यह घन 0.001 mm (1 μm = 10-4 cm — कोलाइडल क्ले आकार) भुजा वाले छोटे घनों में टूट जाता है, तो कुल कितने छोटे घन बनेंगे और उनका कुल पृष्ठीय क्षेत्रफल कितने वर्ग सेंटीमीटर (cm2) हो जाएगा?

हल (Step-by-step Solution):
• (a) प्रारंभिक 1 cm भुजा वाले घन का आयतन (V): L3 = 13 = 1 cm3
• प्रारंभिक कुल पृष्ठीय क्षेत्रफल (6L2) = 6 × (1 cm)2 = 6 cm2
• (b) भौतिक विखंडन के पश्चात्: छोटे घन की भुजा (l) = 0.001 mm = 10-4 cm
• एक छोटे घन का आयतन = (10-4)3 = 10-12 cm3
• अतः बनने वाले छोटे घनों की कुल संख्या (N) = 1 cm3 / 10-12 cm3 = 1012 (एक खरब घन)
• एक छोटे घन का पृष्ठीय क्षेत्रफल = 6 × (10-4)2 = 6 × 10-8 cm2
• सभी 1012 छोटे घनों का कुल पृष्ठीय क्षेत्रफल = 1012 × 6 × 10-8 = 60,000 cm2 (या 6 m2)!
• वैज्ञानिक निष्कर्ष: भौतिक अपक्षय द्वारा कण का आकार 1 cm से 1 μm होने पर रासायनिक आक्रमण के लिए उपलब्ध सतह क्षेत्रफल 6 cm2 से बढ़कर 60,000 cm2 (अर्थात 10,000 गुना अधिक) हो जाता है! यही कारण है कि भौतिक विखंडन रासायनिक अपक्षय की दर को अत्यधिक तीव्र कर देता है।
SECTION 11

त्वरित पुनरावृत्ति एवं परीक्षा कैप्सूल (Quick Revision Points)

  • अपक्षय (Weathering) की प्रकृति: स्व-स्थाने (In-situ) विनाशात्मक व रूपांतरणकारी प्रक्रिया (विखंडन + अपघटन)।
  • अपशल्कन या प्याजवत अपक्षय (Exfoliation / Onion-skin weathering): तापमान में दैनिक उतार-चढ़ाव और चट्टानों की ऊष्मा कुचालकता के कारण बाहरी परतों का छिलके की तरह उतरना।
  • तुषार क्रिया (Frost Wedging): दरारों में जल के बर्फ बनने पर आयतन में 9% (9.05%) की वृद्धि और ~150 kg cm-2 का दबाव।
  • बहते जल की बोझ ढोने की क्षमता (Carrying capacity of running water): जल के वेग की छठी घात (v6) के समानुपाती (वेग दोगुना होने पर क्षमता 64 गुना बढ़ती है)।
  • रासायनिक अपक्षय की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया (Master Process): जल-अपघटन (Hydrolysis) — क्ले निर्माण की मुख्य प्रक्रिया।
  • लाल हेमेटाइट (Fe2O3) का पीले लिमोनाइट (2Fe2O3·3H2O) में बदलना: जलयोजन (Hydration) का उदाहरण।
  • चूना पत्थर (CaCO3) का घुलनशील Ca(HCO3)2 में बदलना: कार्बोनेशन (Carbonation) का उदाहरण।
  • जलाक्रांत (Waterlogged) मृदा में Fe3+ का Fe2+ में बदलना: अपचयन (Reduction) का उदाहरण।
  • नग्न चट्टानों पर उगने वाले प्रथम जैविक अग्रदूत (Pioneer colonizers): लाइकेन (Lichens) और काई (Mosses)।
  • कीलेशन (Chelation): कार्बनिक अम्लों द्वारा खनिजों के धात्विक धनायनों (Fe, Al, Ca) के साथ वलय-रूपी संकुल बनाकर निष्कर्षण करना।
  • गोल्डिच स्थिरता श्रेणी (1938): सबसे कम स्थिर सिलिकेट = ओलिविन (Olivine); सबसे अधिक स्थिर प्राथमिक सिलिकेट = क्वार्ट्ज (Quartz)।
  • जैक्सन का अपक्षय सूचकांक (Jackson’s Weathering Index): प्रथम चरण (Stage 1) = जिप्सम/हैलाइट; मोंटमोरिलोनाइट = Stage 9; काओलिनाइट = Stage 10; अंतिम चरण (Stage 13) = एनाटेज (TiO2)।
SECTION 12

संपूर्ण परीक्षा अभ्यास प्रश्न बैंक (Complete Examination Question Bank)

A. बहुविकल्पीय प्रश्न (Multiple Choice Questions — 20 MCQs)

प्रश्न 1. चट्टानों का अपने ही स्थान पर (In-situ) भौतिक विखंडन और रासायनिक अपघटन होकर रेगोलिथ बनने की प्रक्रिया क्या कहलाती है?

(A) अपरदन (Erosion)
(B) अपक्षय (Weathering)
(C) निक्षालन (Eluviation)
(D) संचयन (Illuviation)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) अपक्षय (Weathering)
व्याख्या: अपक्षय एक स्व-स्थाने (In-situ) प्रक्रिया है जिसमें बिना परिवहन के चट्टानों का विखंडन और अपघटन होता है, जबकि अपरदन में कणों का परिवहन होता है।

प्रश्न 2. रासायनिक अपक्षय (Chemical Weathering) की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया कौन-सी है जिसे ‘सिलिकेट क्ले का जनक’ (Progenitor of Soil Clays) कहा जाता है?

(A) जलयोजन (Hydration)
(B) जल-अपघटन (Hydrolysis)
(C) ऑक्सीकरण (Oxidation)
(D) विलयन (Solution)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) जल-अपघटन (Hydrolysis)
व्याख्या: जल-अपघटन में जल के H+ आयन द्वारा प्राथमिक सिलिकेट खनिजों (जैसे ऑर्थोक्लेज़) के धनायनों (K+) का प्रतिस्थापन होता है जिससे काओलिनाइट/इलाइट जैसे द्वितीयक क्ले खनिज बनते हैं।

प्रश्न 3. दिन और रात के तापमान में भारी अंतर के कारण चट्टान की बाहरी परतों का प्याज के छिलकों की तरह उतरना क्या कहलाता है?

(A) कार्बोनेशन (Carbonation)
(B) अपशल्कन / एक्सफोलिएशन (Exfoliation)
(C) कीलेशन (Chelation)
(D) अपचयन (Reduction)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) अपशल्कन / एक्सफोलिएशन (Exfoliation)
व्याख्या: चट्टानें ऊष्मा की कुचालक होती हैं; बाहरी परत के बार-बार गर्म होकर फैलने और ठंडा होकर सिकुड़ने से वह छिलकों में उतर जाती है जिसे Exfoliation या Onion-skin weathering कहते हैं।

प्रश्न 4. चट्टानों की दरारों में भरे जल के जमकर बर्फ (Ice) बनने पर उसके आयतन में लगभग कितने प्रतिशत की वृद्धि होती है?

(A) 2%
(B) 5%
(C) 9% (लगभग 9.05%)
(D) 25%
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (C) 9% (लगभग 9.05%)
व्याख्या: 0°C पर जल के बर्फ में बदलने पर आयतन में लगभग 9% की वृद्धि होती है और यह चट्टान की दरारों पर ~150 kg cm-2 का दबाव डालता है।

प्रश्न 5. लाल रंग के हेमेटाइट (Fe2O3) में जल के अणु जुड़ने से पीले रंग के लिमोनाइट (2Fe2O3·3H2O) का निर्माण किस रासायनिक अपक्षय प्रक्रिया का उदाहरण है?

(A) ऑक्सीकरण (Oxidation)
(B) जलयोजन (Hydration)
(C) कार्बोनेशन (Carbonation)
(D) अपचयन (Reduction)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) जलयोजन (Hydration)
व्याख्या: खनिज अणु के साथ अक्षुण्ण जल अणुओं (3H2O) के रासायनिक संयोग को जलयोजन कहते हैं: 2Fe2O3 + 3H2O → 2Fe2O3·3H2O।

प्रश्न 6. गोल्डिच स्थिरता श्रेणी (Goldich Stability Series, 1938) के अनुसार निम्नलिखित सिलिकेट खनिजों में से कौन-सा सबसे तेजी से (सबसे पहले) अपक्षयित होता है?

(A) क्वार्ट्ज (Quartz)
(B) मस्कोवाइट (Muscovite)
(C) ऑर्थोक्लेज़ (Orthoclase)
(D) ओलिविन (Olivine)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (D) ओलिविन (Olivine)
व्याख्या: ओलिविन [(Mg,Fe)2SiO4] मैग्मा से सबसे उच्च तापमान पर बनता है और पृथ्वी की सतह पर सभी सिलिकेट खनिजों में सबसे कम स्थिर (सबसे जल्दी अपक्षयित होने वाला) होता है।

प्रश्न 7. अघुलनशील चूना पत्थर (CaCO3) का कार्बोनिक अम्ल (H2CO3) के साथ क्रिया करके घुलनशील कैल्शियम बाइकार्बोनेट [Ca(HCO3)2] में बदलना क्या कहलाता है?

(A) जल-अपघटन (Hydrolysis)
(B) कार्बोनेशन (Carbonation)
(C) ऑक्सीकरण (Oxidation)
(D) जलयोजन (Hydration)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) कार्बोनेशन (Carbonation)
व्याख्या: कार्बोनिक अम्ल (H2CO3) की क्रिया से कार्बोनेट व बाइकार्बोनेट बनने की प्रक्रिया कार्बोनेशन कहलाती है।

प्रश्न 8. जलाक्रांत (Waterlogged) एवं अवायवीय मृदा परिस्थितियों में कौन-सी रासायनिक अपक्षय प्रक्रिया प्रबल होती है जिससे Fe3+ आयन Fe2+ में बदल जाता है?

(A) ऑक्सीकरण (Oxidation)
(B) अपचयन (Reduction)
(C) जलयोजन (Hydration)
(D) अपशल्कन (Exfoliation)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) अपचयन (Reduction)
व्याख्या: ऑक्सीजन के अभाव (जलाक्रांत स्थिति) में अघुलनशील फेरिक लोहा (Fe3+) अपचयित होकर घुलनशील फेरस लोहे (Fe2+) में बदल जाता है।

प्रश्न 9. यदि बहते हुए जल का वेग दोगुना (Double) कर दिया जाए, तो उसकी अवसाद या बोझ ढोने की क्षमता (Carrying Capacity) कितने गुना बढ़ जाती है?

(A) 4 गुना
(B) 8 गुना
(C) 16 गुना
(D) 64 गुना
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (D) 64 गुना
व्याख्या: बहते जल की बोझ ढोने की क्षमता वेग की छठी घात (v6) के समानुपाती होती है; अतः वेग 2 गुना होने पर क्षमता 26 = 64 गुना हो जाती है (जबकि अपरदन शक्ति v2 अर्थात 4 गुना होती है)।

प्रश्न 10. नग्न चट्टानों पर सर्वप्रथम उगकर जैविक अपक्षय प्रारंभ करने वाले सहजीवी अग्रदूत जीव (Pioneer Colonizers) कौन-से हैं?

(A) केंचुए (Earthworms)
(B) लाइकेन (Lichens — कवक एवं शैवाल)
(C) दीमक (Termites)
(D) राइजोबियम (Rhizobium)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) लाइकेन (Lichens — कवक एवं शैवाल)
व्याख्या: लाइकेन नग्न चट्टानों पर उगकर ऑक्सैलिक व कार्बनिक अम्ल स्रावित करते हैं और चट्टान से खनिज तत्व निकालकर मृदा निर्माण की शुरुआत करते हैं।

प्रश्न 11. कार्बनिक अम्लों (लिगैंड्स) द्वारा खनिजों के धात्विक धनायनों (Fe3+, Al3+) के साथ वलय-समान जटिल यौगिक बनाकर उन्हें निष्कर्षित करने की जैव-रासायनिक प्रक्रिया क्या कहलाती है?

(A) एक्सफोलिएशन (Exfoliation)
(B) कीलेशन (Chelation)
(C) पडलिंग (Puddling)
(D) ऊर्णन (Flocculation)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) कीलेशन (Chelation)
व्याख्या: कीलेशन में ह्यूमस व लाइकेन से निकले कार्बनिक अम्ल धात्विक आयनों को केकड़े के पंजे (Chele) की तरह जकड़कर वलय संकुल (Chelate ring) बनाते हैं।

प्रश्न 12. मस्कोवाइट (White Mica) की तुलना में बायोटाइट (Black Mica) का रासायनिक अपक्षय अधिक तेजी से क्यों होता है?

(A) क्योंकि बायोटाइट में पोटेशियम नहीं होता
(B) क्योंकि बायोटाइट में ऑक्सीकरण योग्य फेरस लोहा (Fe2+) और मैग्नीशियम होता है
(C) क्योंकि मस्कोवाइट में सिलिका नहीं होती
(D) क्योंकि बायोटाइट एक टेक्टोसिलिकेट है
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) क्योंकि बायोटाइट में ऑक्सीकरण योग्य फेरस लोहा (Fe2+) और मैग्नीशियम होता है
व्याख्या: बायोटाइट में उपस्थित Fe2+ का आसानी से Fe3+ में ऑक्सीकरण हो जाता है जिससे उसकी क्रिस्टल परतें अस्थिर होकर जल्दी टूटती हैं।

प्रश्न 13. जैक्सन (Jackson et al., 1948) के 13 क्ले-आकार खनिज अपक्षय चरणों में अंतिम (13वीं — सर्वाधिक अपक्षय प्रतिरोधी) अवस्था पर कौन-सा खनिज आता है?

(A) जिप्सम (Stage 1)
(B) मोंटमोरिलोनाइट (Stage 9)
(C) काओलिनाइट (Stage 10)
(D) एनाटेज / टाइटेनियम ऑक्साइड (TiO2 — Stage 13)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (D) एनाटेज / टाइटेनियम ऑक्साइड (TiO2 — Stage 13)
व्याख्या: जैक्सन सूचकांक में Stage 1 जिप्सम है, Stage 9 मोंटमोरिलोनाइट, Stage 10 काओलिनाइट, Stage 11 गिब्साइट, Stage 12 हेमेटाइट और Stage 13 एनाटेज (TiO2) है।

प्रश्न 14. प्लेजियोक्लेज़ फेल्डस्पार श्रृंखला में अपक्षय के प्रति स्थिरता का सही क्रम कौन-सा है?

(A) एल्बाइट (Na-फेल्डस्पार) कम स्थिर है एनॉर्थाइट (Ca-फेल्डस्पार) से
(B) एनॉर्थाइट (Ca-फेल्डस्पार) कम स्थिर है एल्बाइट (Na-फेल्डस्पार) से, और ऑर्थोक्लेज़ (K-फेल्डस्पार) इन दोनों से अधिक स्थिर है
(C) सभी फेल्डस्पार समान गति से टूटते हैं
(D) एनॉर्थाइट क्वार्ट्ज से अधिक स्थिर है
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) एनॉर्थाइट (Ca-फेल्डस्पार) कम स्थिर है एल्बाइट (Na-फेल्डस्पार) से, और ऑर्थोक्लेज़ (K-फेल्डस्पार) इन दोनों से अधिक स्थिर है
व्याख्या: गोल्डिच श्रेणी में स्थिरता क्रम: कैल्सिक प्लेजियोक्लेज़ (Anorthite) < सोडिक प्लेजियोक्लेज़ (Albite) < पोटाश फेल्डस्पार (Orthoclase) < मस्कोवाइट < क्वार्ट्ज।

प्रश्न 15. वांट हॉफ के नियम (Van’t Hoff’s Temperature Rule) के अनुसार तापमान में प्रत्येक 10°C की वृद्धि होने पर रासायनिक अपक्षय की दर पर क्या प्रभाव पड़ता है?

(A) दर आधी हो जाती है
(B) दर अपरिवर्तित रहती है
(C) दर 2 से 3 गुना बढ़ जाती है
(D) दर शून्य हो जाती है
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (C) दर 2 से 3 गुना बढ़ जाती है
व्याख्या: पर्याप्त नमी होने पर तापमान में प्रत्येक 10°C की वृद्धि रासायनिक अभिक्रियाओं की गति को दोगुना से तिगुना कर देती है।

प्रश्न 16. पश्चिमी राजस्थान के शुष्क मरुस्थलीय क्षेत्र में अपक्षय का कौन-सा रूप सर्वाधिक प्रभावी होता है?

(A) जल-अपघटन एवं अपचयन
(B) तापीय प्रसार-संकुचन एवं पवन अपघर्षण (भौतिक अपक्षय)
(C) हिमनद (Glacial) अपक्षय
(D) सल्फ्यूरिक अम्ल विलयन
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) तापीय प्रसार-संकुचन एवं पवन अपघर्षण (भौतिक अपक्षय)
व्याख्या: वर्षा के अभाव और उच्च दैनिक तापांतर तथा तेज रेत भरी हवाओं के कारण मरुस्थल में भौतिक अपक्षय प्रबल होता है।

प्रश्न 17. अभिक्रिया: KAlSi3O8 + HOH → HAlSi3O8 + KOH किस प्रक्रिया को दर्शाती है?

(A) कार्बोनेशन
(B) जलयोजन
(C) जल-अपघटन (Hydrolysis)
(D) ऑक्सीकरण
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (C) जल-अपघटन (Hydrolysis)
व्याख्या: यहाँ ऑर्थोक्लेज़ के K+ का जल के H+ से प्रतिस्थापन (द्वि-अपघटन) हो रहा है जो जल-अपघटन का प्रथम चरण है।

प्रश्न 18. निम्नलिखित में से कौन-सी प्रक्रिया एक रचनात्मक या संश्लेषणात्मक (Constructive) प्रक्रिया के बजाय मुख्यतः विनाशात्मक (Destructive) प्रक्रिया मानी जाती है?

(A) मृदा प्रोफाइल विकास
(B) ह्यूमस संश्लेषण
(C) चट्टानों का अपक्षय (Weathering of rocks)
(D) मृदा समुच्चयन (Soil Aggregation)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (C) चट्टानों का अपक्षय (Weathering of rocks)
व्याख्या: चट्टानों का अपक्षय एक विनाशात्मक प्रक्रिया (Destructive process) है जो चट्टानों को तोड़ती है, जबकि पेडोजेनेसिस (मृदा निर्माण) एक रचनात्मक प्रक्रिया है।

प्रश्न 19. निर्जल कैल्शियम सल्फेट (एनहाइड्राइट — CaSO4) का जल ग्रहण करके जिप्सम (CaSO4·2H2O) में परिवर्तित होना क्या कहलाता है?

(A) अपचयन (Reduction)
(B) जलयोजन (Hydration)
(C) कार्बोनेशन (Carbonation)
(D) कीलेशन (Chelation)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (B) जलयोजन (Hydration)
व्याख्या: CaSO4 + 2H2O → CaSO4·2H2O जलयोजन की क्लासिक अभिक्रिया है।

प्रश्न 20. जब 1 cm भुजा वाला एक ठोस चट्टान का घन भौतिक अपक्षय द्वारा 1 μm (10-4 cm) भुजा वाले छोटे घनों में टूट जाता है, तो उसका कुल पृष्ठीय क्षेत्रफल 6 cm2 से बढ़कर कितना हो जाता है?

(A) 60 cm2
(B) 600 cm2
(C) 6,000 cm2
(D) 60,000 cm2 (10,000 गुना वृद्धि)
✔ सही उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें
सही उत्तर: (D) 60,000 cm2 (10,000 गुना वृद्धि)
व्याख्या: भुजा में 104 गुना कमी होने पर विशिष्ट पृष्ठीय क्षेत्रफल 104 गुना बढ़कर 6 × 104 = 60,000 cm2 हो जाता है।

B. रिक्त स्थानों की पूर्ति कीजिए (Fill in the Blanks — 10 Questions)

  1. चट्टानों का अपने ही स्थान पर (In-situ) विखंडन और अपघटन होना __________ कहलाता है।
  2. तापमान के प्रभाव से चट्टानों की बाहरी परतों का प्याज के छिलकों की भाँति उतरना __________ (Exfoliation) कहलाता है।
  3. चट्टानों की दरारों में भरे जल के बर्फ में बदलने पर उसके आयतन में लगभग __________ प्रतिशत की वृद्धि होती है।
  4. रासायनिक अपक्षय और सिलिकेट क्ले खनिज निर्माण की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया __________ (Hydrolysis) है।
  5. लाल हेमेटाइट (Fe2O3) के जलयोजन (Hydration) से पीले रंग का __________ खनिज बनता है।
  6. गोल्डिच स्थिरता श्रेणी (1938) के अनुसार सबसे जल्दी अपक्षयित होने वाला सिलिकेट खनिज __________ है।
  7. जलाक्रांत एवं अवायवीय मृदाओं में फेरिक लोहे (Fe3+) का फेरस लोहे (Fe2+) में बदलना __________ प्रक्रिया कहलाती है।
  8. जल में कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) घुलने से __________ अम्ल (H2CO3) का निर्माण होता है।
  9. नग्न चट्टानों पर सर्वप्रथम उगकर जैविक अपक्षय शुरू करने वाले सहजीवी जीव __________ हैं।
  10. कार्बनिक अम्लों द्वारा खनिजों के धात्विक धनायनों के साथ वलय-समान जटिल यौगिक बनाने की क्रिया को __________ (Chelation) कहते हैं।

C. अति लघु उत्तरीय प्रश्न (Very Short Answer Questions — 10 Questions)

  1. प्रश्न 1: अपक्षय (Weathering) की एक-पंक्ति में परिभाषा लिखिए।
  2. प्रश्न 2: अपशल्कन या प्याजवत अपक्षय (Exfoliation) क्या है?
  3. प्रश्न 3: तुषार पाच्चन (Frost Wedging) चट्टानों को कैसे तोड़ता है?
  4. प्रश्न 4: जलयोजन (Hydration) की एक रासायनिक अभिक्रिया लिखिए।
  5. प्रश्न 5: ऑर्थोक्लेज़ फेल्डस्पार के जल-अपघटन का प्रथम चरण का समीकरण लिखिए।
  6. प्रश्न 6: कार्बोनेशन (Carbonation) का चूना पत्थर पर क्या प्रभाव पड़ता है?
  7. प्रश्न 7: कीलेशन (Chelation) शब्द का क्या अर्थ है?
  8. प्रश्न 8: गोल्डिच स्थिरता श्रेणी किस वैज्ञानिक ने और किस वर्ष प्रतिपादित की थी?
  9. प्रश्न 9: जैक्सन के खनिज अपक्षय सूचकांक में मोंटमोरिलोनाइट और काओलिनाइट की अवस्था संख्या (Stage number) क्या है?
  10. प्रश्न 10: अनाच्छादन (Denudation) किन प्रक्रियाओं का योग है?

D. लघु उत्तरीय प्रश्न (Short Answer Questions — 8 Questions, 2–5 अंक)

  1. प्रश्न 1: भौतिक अपक्षय में तापमान और जल (हिम-तुषार सहित) की भूमिका का वर्णन कीजिए।
  2. प्रश्न 2: “जल-अपघटन (Hydrolysis) रासायनिक अपक्षय की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया है” — रासायनिक समीकरण सहित स्पष्ट कीजिए।
  3. प्रश्न 3: रासायनिक अपक्षय में ऑक्सीकरण (Oxidation) और अपचयन (Reduction) की प्रक्रियाओं को समीकरण सहित समझाइए।
  4. प्रश्न 4: चट्टानों के जैविक अपक्षय में उच्च पौधों की जड़ों, लाइकेन और सूक्ष्मजीवों का क्या योगदान है?
  5. प्रश्न 5: गोल्डिच खनिज स्थिरता श्रेणी (Goldich Stability Series) का आरेख बनाकर संक्षिप्त वर्णन कीजिए।
  6. प्रश्न 6: क्वार्ट्ज खनिज अपक्षय के प्रति सर्वाधिक प्रतिरोधी क्यों होता है, जबकि ओलिविन सबसे जल्दी क्यों टूट जाता है?
  7. प्रश्न 7: भौतिक विखंडन (Physical Disintegration) किस प्रकार रासायनिक अपक्षय की गति को तेज करता है? विशिष्ट सतह क्षेत्रफल के आधार पर समझाइए।
  8. प्रश्न 8: चट्टानों के अपक्षय की दर को प्रभावित करने वाले चार प्रमुख कारकों (जलवायु, कण आकार, खनिज प्रकृति एवं स्थलाकृति) का वर्णन कीजिए।

E. अंतर स्पष्ट कीजिए (Differentiate Between — 4 Questions)

  1. प्रश्न 1: भौतिक अपक्षय (Physical Weathering) और रासायनिक अपक्षय (Chemical Weathering) में अंतर स्पष्ट कीजिए। (सारणी 8.1 देखें)
  2. प्रश्न 2: जलयोजन (Hydration) और जल-अपघटन (Hydrolysis) में रासायनिक समीकरण सहित अंतर लिखिए।
  3. प्रश्न 3: ऑक्सीकरण (Oxidation) और अपचयन (Reduction) अपक्षय में अंतर स्पष्ट कीजिए।
  4. प्रश्न 4: अपक्षय (Weathering) और अपरदन (Erosion) में अंतर लिखिए।

F. व्याख्या / टिप्पणी कीजिए (Explain / Describe Questions — 6 Questions)

  1. प्रश्न 1: अपशल्कन या प्याजवत अपक्षय (Exfoliation / Onion-skin Weathering) की क्रियाविधि पर टिप्पणी लिखिए।
  2. प्रश्न 2: कार्बोनेशन (Carbonation) प्रक्रिया और चूना पत्थर क्षेत्रों में इसके महत्व का वर्णन कीजिए।
  3. प्रश्न 3: जैव-रासायनिक अपक्षय में कीलेशन (Chelation) की भूमिका समझाइए।
  4. प्रश्न 4: जैक्सन (Jackson, 1948) के क्ले-आकार खनिज अपक्षय सूचकांक की व्याख्या कीजिए।
  5. प्रश्न 5: बायोटाइट (काला अभ्रक) और मस्कोवाइट (सफेद अभ्रक) की अपक्षय संवेदनशीलता में अंतर का कारण स्पष्ट कीजिए।
  6. प्रश्न 6: शुष्क मरुस्थलीय जलवायु (राजस्थान) बनाम आर्द्र उष्णकटिबंधीय जलवायु में अपक्षय के स्वरूप की तुलना कीजिए।

G. दीर्घ उत्तरीय प्रश्न (Long Answer Questions — 5 Questions, 8–15 अंक)

  1. दीर्घ प्रश्न 1: चट्टानों के अपक्षय (Weathering of Rocks) को परिभाषित कीजिए। चट्टानों के भौतिक, रासायनिक एवं जैविक अपक्षय की विभिन्न प्रक्रियाओं का संतुलित रासायनिक समीकरणों एवं उपयुक्त आरेखों सहित सविस्तार वर्णन कीजिए।
  2. दीर्घ प्रश्न 2: रासायनिक अपक्षय (Chemical Weathering) क्या है? इसकी छह प्रमुख प्रक्रियाओं (विलयन, जलयोजन, जल-अपघटन, ऑक्सीकरण, अपचयन एवं कार्बोनेशन) का रासायनिक समीकरणों सहित विस्तृत वर्णन कीजिए तथा स्पष्ट कीजिए कि इसे मृदा निर्माण की आत्मा क्यों कहा जाता है?
  3. दीर्घ प्रश्न 3: भौतिक या यांत्रिक अपक्षय (Physical Weathering) के प्रमुख कारकों का विस्तार से वर्णन कीजिए तथा भौतिक एवं रासायनिक अपक्षय के मध्य तुलनात्मक अंतर स्थापित कीजिए।
  4. दीर्घ प्रश्न 4: खनिजों की अपक्षय प्रतिरोधकता से आप क्या समझते हैं? गोल्डिच स्थिरता श्रेणी (Goldich Stability Series, 1938) और जैक्सन के अपक्षय चरणों का वर्णन करते हुए उन संरचनात्मक कारकों को समझाइए जो खनिजों की स्थिरता को नियंत्रित करते हैं।
  5. दीर्घ प्रश्न 5: चट्टानों के जैविक अपक्षय (Biological Weathering) की विभिन्न क्रियाविधियों (पादप जड़ें, सूक्ष्मजीव, लाइकेन, कीलेशन एवं मृदा जीव) का वर्णन कीजिए तथा अपक्षय को प्रभावित करने वाले पर्यावरणीय एवं भूवैज्ञानिक कारकों की विवेचना कीजिए।

H. पूर्व परीक्षा प्रश्न एवं PYQ-पैटर्न अभ्यास प्रश्न (Previous Year & PYQ-Pattern Questions)

  1. [B.Sc. (Hons.) Ag. Semester-I Theory Exam Pattern — SOIL 111 (Long Question, 10–12 Marks)]:
    “Define Weathering. Describe in detail the various processes of Chemical Weathering of rocks with suitable chemical reactions.” (अपक्षय को परिभाषित कीजिए। उपयुक्त रासायनिक समीकरणों सहित चट्टानों के रासायनिक अपक्षय की विभिन्न प्रक्रियाओं का सविस्तार वर्णन कीजिए।)
  2. [B.Sc. (Hons.) Ag. Semester-I Theory Exam Pattern — SOIL 111 (Differentiate, 4 Marks)]:
    “Differentiate between Physical and Chemical Weathering / Hydration and Hydrolysis.” (भौतिक एवं रासायनिक अपक्षय अथवा जलयोजन एवं जल-अपघटन में अंतर स्पष्ट कीजिए।)
  3. [B.Sc. (Hons.) Ag. Semester-I Theory Exam Pattern — SOIL 111 (Short Note, 3–4 Marks)]:
    “Write short notes on: (a) Exfoliation (Onion-skin weathering) (b) Biological weathering (c) Goldich Stability Series.”
  4. [ICAR-JRF / Pre-PG Objective Pattern]:
    “Which is the most important chemical weathering process responsible for silicate clay formation? (Ans: Hydrolysis).”
SECTION 13

उत्तर कुंजी एवं मॉडल उत्तर रूपरेखा (Complete Answer Keys & Model Explanations)

13.1 बहुविकल्पीय प्रश्नों (20 MCQs) की समेकित उत्तर तालिका

प्रश्नउत्तरप्रश्नउत्तरप्रश्नउत्तरप्रश्नउत्तर
Q.01(B) अपक्षय Q.06(D) ओलिविन Q.11(B) कीलेशन Q.16(B) भौतिक अपक्षय
Q.02(B) जल-अपघटन Q.07(B) कार्बोनेशन Q.12(B) Fe2+ ऑक्सीकरण Q.17(C) जल-अपघटन
Q.03(B) एक्सफोलिएशन Q.08(B) अपचयन Q.13(D) एनाटेज (TiO2) Q.18(C) चट्टानों का अपक्षय
Q.04(C) 9% (9.05%) Q.09(D) 64 गुना Q.14(B) Anorthite < Albite < Orthoclase Q.19(B) जलयोजन
Q.05(B) जलयोजन Q.10(B) लाइकेन Q.15(C) 2 से 3 गुना वृद्धि Q.20(D) 60,000 cm2

13.2 रिक्त स्थानों (10 Fill in the Blanks) की उत्तर कुंजी

  1. अपक्षय (Weathering)
  2. अपशल्कन (Exfoliation / प्याजवत अपक्षय)
  3. 9% (9.05%)
  4. जल-अपघटन (Hydrolysis)
  5. लिमोनाइट (Limonite — 2Fe2O3·3H2O)
  6. ओलिविन (Olivine)
  7. अपचयन (Reduction)
  8. कार्बोनिक (Carbonic)
  9. लाइकेन (Lichens)
  10. कीलेशन (Chelation)

13.3 अति लघु एवं अंतर प्रश्नों (Sections 12C & 12E) के मॉडल उत्तर

📖 सभी 10 अति लघु उत्तरीय प्रश्नों (Section 12C) के सटीक उत्तर देखें
  1. उत्तर 1: वायुमंडलीय, जलीय और जैविक कारकों द्वारा चट्टानों और खनिजों का अपने ही स्थान पर (In-situ) भौतिक विखंडन और रासायनिक अपघटन होकर रेगोलिथ बनने की प्रक्रिया को अपक्षय कहते हैं।
  2. उत्तर 2: दिन-रात के तापांतर और चट्टान की ऊष्मा कुचालकता के कारण बाहरी परत का बार-बार फैलने व सिकुड़ने से प्याज के छिलकों की तरह उतरना ‘अपशल्कन’ कहलाता है।
  3. उत्तर 3: चट्टानों की दरारों में भरा जल जब 0°C से नीचे जमकर बर्फ बनता है, तो उसका आयतन 9% बढ़ जाता है और वह ~150 kg cm-2 का दबाव डालकर चट्टान को फाड़ देता है।
  4. उत्तर 4: 2Fe2O3 (Hematite) + 3H2O → 2Fe2O3·3H2O (Limonite)।
  5. उत्तर 5: KAlSi3O8 (Orthoclase) + HOH → HAlSi3O8 (Acid Silicate) + KOH।
  6. उत्तर 6: कार्बोनेशन में कार्बोनिक अम्ल (H2CO3) अघुलनशील चूना पत्थर (CaCO3) को घुलनशील कैल्शियम बाइकार्बोनेट [Ca(HCO3)2] में बदलकर घोल देता है।
  7. उत्तर 7: कार्बनिक अम्लों (लिगैंड्स) द्वारा खनिजों के धात्विक आयनों (Fe, Al, Ca) को पकड़कर वलय-रूपी अंग-धात्विक संकुल (Ring complex) बनाने की क्रिया को कीलेशन कहते हैं।
  8. उत्तर 8: अमेरिकी भू-रसायनज्ञ एस.एस. गोल्डिच (S.S. Goldich) ने वर्ष 1938 में।
  9. उत्तर 9: मोंटमोरिलोनाइट = Stage 9 तथा काओलिनाइट = Stage 10।
  10. उत्तर 10: अनाच्छादन (Denudation) = अपक्षय (Weathering) + अपरदन (Erosion) + बृहत् क्षरण (Mass Wasting)।
📖 जलयोजन बनाम जल-अपघटन एवं ऑक्सीकरण बनाम अपचयन (Section 12E) के पूर्ण मॉडल उत्तर देखें

• जलयोजन (Hydration) बनाम जल-अपघटन (Hydrolysis) [Section 12E – Q.2]:

  • जलयोजन (Hydration): इसमें जल का अणु (H2O) बिना टूटे अक्षुण्ण रूप में खनिज की क्रिस्टल संरचना के साथ जुड़ता है; इससे खनिज का आयतन बढ़ता है और वह नरम पड़ जाता है, किंतु मूल धनायन विस्थापित नहीं होते। उदाहरण: CaSO4 + 2H2O → CaSO4·2H2O।
  • जल-अपघटन (Hydrolysis): इसमें जल का अणु H+ और OH– आयनों में वियोजित होता है और H+ आयन खनिज जालक के धात्विक धनायन (K+, Na+, Ca2+) को प्रतिस्थापित कर देता है, जिससे खनिज पूर्णतः टूटकर द्वितीयक क्ले खनिज (जैसे काओलिनाइट) बनाता है। उदाहरण: KAlSi3O8 + HOH → HAlSi3O8 + KOH।

• ऑक्सीकरण (Oxidation) बनाम अपचयन (Reduction) [Section 12E – Q.3]:

  • ऑक्सीकरण: सुवातित एवं अच्छी जल-निकास वाली मृदाओं में ऑक्सीजन की उपस्थिति में होता है; इसमें इलेक्ट्रॉन का त्याग होता है (Fe2+ → Fe3+); लोहा अघुलनशील फेरिक रूप में अवक्षेपित होकर मृदा को लाल, पीला या भूरा रंग देता है।
  • अपचयन: जलाक्रांत, दलदली एवं ऑक्सीजन-रहित (अवायवीय) मृदाओं में होता है; इसमें इलेक्ट्रॉन ग्रहण किया जाता है (Fe3+ → Fe2+); लोहा घुलनशील व गतिशील फेरस रूप में बदल जाता है और मृदा का रंग नीला-धूसर या हरा-सलेटी (Gleyed) हो जाता है।
SECTION 14

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