Thạch nhũ trong hang động được tạo thành như thế nào?

Trả lời chi tiết, chính xác câu hỏi “Thạch nhũ trong hang động được tạo thành như thế nào?” và phần kiến thức tham khảo là tài liệu cực hữu dụng bộ môn Hóa học cho các bạn học sinh và các thầy cô giáo tham khảo.

Trả lời câu hỏi: Thạch nhũ trong hang động được tạo thành như thế nào?

Thạch nhũ trong hang động chính là kết quả lâu dài của sự chuyển hóa lẫn nhau giữa muối Ca(HCO3)2 và CaCO3.

Thành phần chính của đá vôi là CaCO₃ (Canxi cacbonat)

Khi gặp nước mưa và khí CO₂ trong không khí, CaCO₃ sẽ chuyển hóa thành Ca(HCO₃)₂ và tan trong nước chảy qua khe đá và di chuyển vào trong hang động.

Và dần dần Ca(HCO₃)₂ lại chuyển hóa thành CaCO₃ rắn, không tan. Quá trình xảy ra liên tục này khá lâu dài và chính quá trình đó đã tạo nên thạch nhũ với những hình thù khác nhau.

Phương trình hóa học: CaCO₃ (rắn) + CO₂ + H₂O ⇌ Ca(HCO₃)₂ (dd)

Kiến thức tham khảo về thạch nhũ

1. Thạch nhũ là gì?

- Thạch nhũ (hay còn gọi là nhũ đá) được hình thành do cặn của nước nhỏ giọt đọng lại trải qua hàng trăm, nghìn năm. 

- Nó chính là khoáng vật hang động thứ sinh treo trên trần hay tường của các hang động.

2. Cách hình thành và kiểu của thạch nhũ

Thạch nhũ được tạo thành từ CaCO₃  (Canxi cacbonat) và các khoáng chất khác được kết tụ từ dung dịch nước khoáng. 

Đá vôi là đá chứa cacbonat calci bị hoà tan trong nước có chứa khí cacbonic tạo thành dung dịch Ca(HCO₃)₂.

Dung dịch này chảy qua kẽ đá cho đến khi gặp vách đá hay trần đá và nhỏ giọt xuống. Khi dung dịch tiếp xúc với không khí

Thạch nhũ "lớn" lên với tốc độ 0,13 mm một năm. Các thạch nhũ "lớn" nhanh nhất là những nơi có dòng nước dồi dào cacbonat calci và CO₂, tốc độ lớn có thể đạt 3 mm mỗi năm.

Mọi thạch nhũ đều bắt đầu với một giọt nước chứa đầy khoáng chất. Khi giọt nước này rơi xuống, nó để lại phía sau một vòng mỏng nhất chứa calcit. Mỗi giọt tiếp theođược hình thành và rơi xuống đều ngưng tụ một vòng calcit khác. Cuối cùng, các vòng này tạo thành một ống rỗng rất hẹp (0,5 mm), nói chung gọi là thạch nhũ "cọng rơm xô đa". Các cọng rơm xô đa có thể mọc ra rất dài, nhưng nói chung rất dễ gãy. Nếu chúng bị bít lại bởi mảnh vụn, nước bắt đầu chảy ở mặt ngoài, ngưng tụ nhiều calcit hơn và tạo thành thạch nhũ hình nón quen thuộc hơn. Cùng các giọt nước này rơi xuống từ đầu của thạch nhũ ngưng tụ nhiều calcit hơn trên nền phía dưới, cuối cùng tạo thành măng đá thuôn tròn hay hình nón. Không giống như thạch nhũ, các măng đá không bao giờ bắt đầu như là một "cọng rơm xô đa" rỗng. Khi có đủ thời gian, các dạng hình thành này có thể gặp nhau và hợp nhất để tạo thành các cột đá.

Thạch nhũ cũng có thể hình thành trong các ống dung nham, mặc dù cơ chế hình thành của nó đủ khác biệt.

3. Bê tông là gì?

Các thạch nhũ cũng có thể hình thành trên bê tông cũng như từ các mối hàn chì nếu có sự rò rỉ chậm của nước và đá vôi (hay các khoáng vật khác) có trong nguồn cấp nước, mặc dù chúng hình thành nhanh hơn nhiều so với khi trong môi trường hang động tự nhiên.

Cách thức mà thạch nhũ hình thành trên bê tông là do bản chất hóa học khác so với sự hình thành của các thạch nhũ trong các hang động đá vôi và là kết quả của sự hiện diện của oxide calci trong be tông. Oxide calci này phản ứng với bất kỳ lượng nước mưa nào thẩm thấu vào bê tông và tạo thành dung dịch chứa hiđroxide calci.

Theo thời gian dung dịch hiđroxide calci này thoát ra tới rìa của khối bê tông và nếu bê tông là treo lơ lửng trong không khí, chẳng hạn, trên trần nhà hay các xà rầm thì nó sẽ nhỏ giọt xuống từ các rìa này. Khi điều đó xảy ra thì dung dịch tiếp xúc với không khí và một phản ứng hóa học khác sẽ xảy ra. Đó là phản ứng của dung dịch với dioxide cacbon trong không khí và tạo thành các ngưng tụ của cacbonat calci.