- Meteorització física o
- Descàrrega
- Fractura per congelació o gelifracció
- Cicles d'escalfament-refredament (termoclastia)
- fatiga
- Escames de roca
- Humectació i assecat
- Meteorització per creixement de cristalls de sal o haloclastia
- meteorització química
- dissolució
- hidratació
- Oxidació i reducció
- carbonatació
- hidròlisi
- meteorització biològica
- plantes
- líquens
- Organismes marins
- quelació
- referències
La meteorització és la descomposició de les roques per desintegració mecànica i descomposició química. Moltes es formen a altes temperatures i pressions en el profund de l'escorça terrestre; a l'exposar-se a temperatures i pressions més baixes a la superfície i trobar-se amb aire, aigua i organismes, es descomponen i es fracturen.
Els éssers vius també tenen un paper influent en la meteorització, ja que afecten les roques i minerals a través de diversos processos biofísics i bioquímics, la majoria dels quals no es coneixen en detall.
Bala de el diable (Devil 's Marbles), una roca esquerdada per la intempèrie, Austràlia. Font:
Bàsicament hi ha tres tipus principals a través dels quals té lloc la meteorització; aquesta pot ser física, química o biològica. Cadascuna d'aquestes variants té característiques específiques que afecten les roques de diferent manera; fins i tot, en alguns casos pot haver-hi una combinació de diversos fenòmens.
Meteorització física o
Els processos mecànics redueixen les roques en fragments progressivament més petits, el que al seu torn augmenta la superfície exposada a l'atac químic. Els principals processos de meteorització mecànica són els següents:
- La descàrrega.
- L'acció de les gelades.
- L'estrès tèrmic causat per l'escalfament i el refredament.
- L'expansió.
- L'encongiment causa de la humectació amb posterior assecat.
- Les pressions exercides pel creixement de cristalls de sal.
Un factor important en la meteorització mecànica és la fatiga o generació repetida d'estrès, que disminueix la tolerància a el dany. El resultat de la fatiga és que la roca es fracturarà a un nivell d'estrès més baix que un espècimen no fatigat.
Descàrrega
Quan l'erosió elimina el material de la superfície, disminueix la pressió de confinament sobre les roques subjacents. La pressió més baixa permet que els grans minerals se separin més i es creuen buits; la roca s'expandeix o es dilata i pot fracturar-se.
Per exemple, en les mines de granit o altres roques denses, l'alliberament de pressió per efecte dels talls per a l'extracció pot ser violenta i fins i tot causar explosions.
Cúpula de exfoliació al Parc Nacional Yosemite, EUA. Font: Diliff, from Wikimedia Commons
Fractura per congelació o gelifracció
L'aigua que ocupa els porus dins d'una roca s'expandeix en un 9% a l'congelar-se. Aquesta expansió genera una pressió interna que pot causar la desintegració física o fractura de la roca.
La gelifracció és un procés important en els ambients freds, on ocorren cicles de congelació i descongelació constantment.
Meteorització física d'un "fita" de concret. Font: Leporello. From Wikimedia Commons
Cicles d'escalfament-refredament (termoclastia)
Les roques tenen una baixa conductivitat tèrmica, la qual cosa vol dir que no són bones per conduir la calor lluny de les seves superfícies. Quan les roques s'escalfen, la superfície externa augmenta la seva temperatura molt més que la part interna de la roca. Per això, la part externa pateix major dilatació que la interna.
Addicionalment, les roques compostes per cristalls diferents presenten un escalfament diferencial: els cristalls de coloració més fosca s'escalfen més ràpidament i es refreden més lentament que els cristalls més clars.
fatiga
Aquestes tensions tèrmiques poden causar la desintegració de la roca i la formació d'escates, petxines i làmines enormes. L'escalfament i el refredament repetits produeixen un efecte anomenat fatiga que promou la meteorització tèrmica, també anomenada termoclastia.
De forma general, la fatiga pot definir-se com l'efecte de diversos processos que disminueixen la tolerància d'un material a el dany.
Escames de roca
L'exfoliació o producció de làmines per estrès tèrmic inclou també la generació d'escates de roca. Així mateix, la calor intensa generada pels incendis forestals i per les explosions nuclears pot causar que la roca es desfaci i, finalment, es trenqui.
Per exemple, a l'Índia ia Egipte el foc va ser utilitzat durant molts anys com una eina d'extracció en pedreres. No obstant això, les fluctuacions diàries de la temperatura, trobades fins i tot en els deserts, estan molt per sota dels extrems assolits pels incendis locals.
Humectació i assecat
Els materials que contenen argiles -com la pedra de fang i el esquisto- s'expandeixen considerablement a l'humitejar, la qual cosa pot induir la formació de microfallas o microfractures (microcracks en anglès), o l'ampliació de les esquerdes existents.
A més de l'efecte de la fatiga, els cicles d'expansió i encongiment -associats amb el humitejament i el assecat- condueixen a la meteorització de la roca.
Meteorització per creixement de cristalls de sal o haloclastia
A les regions costaneres i àrides poden créixer cristalls de sal a les solucions salines que es concentren per evaporació de l'aigua.
La cristal·lització de la sal en els intersticis o porus de les roques produeix tensions que les s'eixamplen, i això condueix a la desintegració granular de la roca. Aquest procés es coneix com meteorització salina o haloclastia.
Quan els cristalls de sal formats dins dels porus de la roca s'escalfen o es saturen amb aigua, s'expandeixen i exerceixen pressió contra les parets de porus propers; això produeix estrès tèrmic o estrès d'hidratació (respectivament), els quals contribueixen a la meteorització de la roca.
meteorització química
Aquest tipus de meteorització implica una gran varietat de reaccions químiques, que actuen en conjunt sobre molts tipus diferents de roca en tota la gamma de condicions climàtiques.
Aquesta gran varietat es pot agrupar en sis tipus de reaccions químiques principals (totes involucrades en la descomposició de la roca), a saber:
- La dissolució.
- La hidratació.
- L'oxidació i reducció.
- La carbonatació.
- La hidròlisi.
dissolució
Les sals minerals es poden dissoldre en aigua. Aquest procés involucra la dissociació de les molècules en els seus anions i cations, i la hidratació de cada ió; és a dir, els ions s'envolten de molècules d'aigua.
Generalment la dissolució es considera un procés químic, tot i que no involucra transformacions químiques pròpiament dites. Com la dissolució es produeix com a pas inicial per a altres processos químics de meteorització, s'inclou en aquesta categoria.
La dissolució es reverteix fàcilment: quan la solució es sobresatura, part de l'material dissolt precipita com a sòlid. Una solució saturada no té capacitat de dissoldre més sòlid.
Els minerals varien en la seva solubilitat i entre els més solubles en aigua es troben els clorurs dels metalls alcalins, com la sal de roca o halita (NaCl) i sal de potassa (KCl). Aquests minerals es troben només en climes molt àrids.
El guix (CaSO 4.2H 2 O) també és força soluble, mentre que el quars té una solubilitat molt baixa.
La solubilitat de molts minerals depèn de la concentració d'ions d'hidrogen (H +) lliures a l'aigua. Els ions H + es mesuren com el valor de pH, el qual indica el grau d'acidesa o d'alcalinitat d'una solució aquosa.
hidratació
La meteorització per hidratació és un procés que ocorre quan els minerals s'adsorben molècules d'aigua a la superfície o l'absorbeixen, incloent-les dins de les seves xarxes cristal·lines. Aquesta aigua addicional genera un augment de volum que pot produir la fractura de la roca.
En climes humits de latituds mitjanes dels colors de terra presenten notòries variacions: es pot observar des del color terrós fins al groguenc. Aquestes coloracions són causades per la hidratació de l'hematita d'òxid de ferro vermellós, que passa a goethita (oxihidróxido de ferro) de color òxid.
La captació d'aigua per les partícules d'argila també és una forma d'hidratació que condueix a l'expansió de la mateixa. Després, a l'anar-se assecant l'argila, s'esquerda l'escorça.
Oxidació i reducció
L'oxidació passa quan un àtom o un ió perden electrons, augmentant la seva càrrega positiva o disminuint la seva càrrega negativa.
Una de les reaccions d'oxidació existent implica la combinació d'oxigen amb una substància. L'oxigen dissolt en l'aigua és un agent oxidant freqüent en el medi ambient.
El desgast per oxidació afecta principalment els minerals que contenen ferro, encara que elements com el manganès, el sofre i el titani també poden oxidar-se.
La reacció per al ferro-que passa quan l'oxigen dissolt en l'aigua entra en contacte amb minerals que contenen ferro- és la següent:
4Fe 2+ + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e -
En aquesta expressió i - representa els electrons.
El ferro ferrós (Fe 2+) que es troba en la majoria dels minerals formadors de roca es pot convertir en la seva forma fèrrica (Fe 3+) alterant la càrrega neutra de la xarxa cristal·lina. Aquest canvi de vegades provoca el seu col·lapse i fa que el mineral sigui més propens a l'atac químic.
carbonatació
La carbonatació és la formació de carbonats, que són les sals de l'àcid carbònic (H 2 CO 3). El diòxid de carboni es dissol en les aigües naturals per formar àcid carbònic:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Posteriorment, l'àcid carbònic es dissocia en un ió hidrogen hidratat (H 3 O +) i un ió bicarbonat, seguint la següent reacció:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
L'àcid carbònic ataca els minerals formant carbonats. La carbonatació domina la meteorització de les roques calcàries (que són les calcàries i dolomies); en aquestes el mineral principal és la calcita o carbonat de calci (CaCO 3).
La calcita reacciona amb l'àcid carbònic per formar carbonat àcid de calci, Ca (HCO 3) 2 que, a diferència de la calcita, es dissol fàcilment en aigua. És per això que algunes calcàries són tan propenses a la dissolució.
Les reaccions reversibles entre el diòxid de carboni, l'aigua i el carbonat de calci són complexes. En essència, el procés pot ser resumit de la següent manera:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔Ca 2 + + 2HCO 3 -
hidròlisi
En general, la hidròlisi -la ruptura química per acció de l'aigua- és el procés principal de la meteorització química. L'aigua pot descompondre, dissoldre o modificar els minerals primaris susceptibles de les roques.
En aquest procés l'aigua dissociada en cations d'hidrogen (H +) i anions hidroxil (OH -) reacciona directament amb els minerals de silicat a les roques i en els sòls.
L'ió hidrogen s'intercanvia amb un catió metàl·lic dels minerals de silicat, comunament potassi (K +), sodi (Na +), calci (Ca 2 +) o magnesi (Mg 2 +). Llavors, el catió alliberat es combina amb l'anió hidroxil.
Per exemple, la reacció per a la hidròlisi de l'mineral anomenat ortoclasa, que té la fórmula química KAlSi 3 O 8, és la següent:
2KAlSi 3 O 8 + 2H + + 2OH - → 2HAlSi 3 O 8 + 2KOH
Així que l'ortoclasa es converteix en àcid aluminosilícico, HAlSi 3 O 8 i hidròxid de potassi (KOH).
Aquest tipus de reaccions té un paper fonamental en la formació d'alguns relleus característics; per exemple, estan involucrades en la formació de l'relleu càrstic.
meteorització biològica
Alguns organismes vius ataquen les roques mecànicament, químicament o per una combinació de processos mecànics i químics.
plantes
Les arrels de les plantes -especialment les d'arbres que creixen en llits rocosos plans- poden exercir un efecte biomecànic.
Aquest efecte biomecànic succeeix a l'créixer l'arrel, ja que augmenta la pressió exercida per aquesta en el seu medi circumdant. Això pot conduir a la fractura de les roques de la llera de les arrels.
Meterorización biològica. Tetrameles nudiflora creixent sobre ruïna d'un temple a Angkor, Cambodja. Font: Diego Delso, delso.photo, Llicència CC-BY-SA via
líquens
Els líquens són organismes constituïts per dos simbionts: un fong (micobiont) i una alga que generalment és cianobacteri (ficobionte). Aquests organismes s'han reportat com a colonitzadors que augmenten la meteorització de roques.
Per exemple, s'ha trobat que el Stereocaulon vesuvianum s'instal·la sobre fluxos de lava, aconseguint potenciar fins a 16 vegades la seva taxa de meteorització quan es compara amb superfícies no colonitzades. Aquestes taxes poden arribar a duplicar-se en llocs humits, com succeeix a Hawaii.
També s'ha notat que, a l'morir els líquens, deixen una taca fosca en les superfícies de la roca. Aquestes taques absorbeixen més radiació que les àrees clares circumdants de la roca, promovent així la meteorització tèrmica o termoclastia.
Mytilus edulis un musclo perforador de roques. Font: Andreas Trepte, from Wikimedia Commons
Organismes marins
Certs organismes marins raspen la superfície de les roques i les perforen, promovent el creixement d'algues. Aquests organismes perforadors inclouen a mol·luscs i esponges.
Exemples d'aquest tipus d'organismes són el musclo blau (Mytilus edulis) i el gasteròpode herbívor Cittarium pica.
El liquen Stereocaulon vesuvianum un colonitzador que s'instal·la en els fluxos de lava, Illes Canàries Fuerteventura i Lanzarote d'Espanya. Font: Lairich Rig via
quelació
La quelació és un altre mecanisme de meteorització que implica l'eliminació dels ions metàl·lics i, en particular, dels ions d'alumini, ferro i manganès de les roques.
Això ho aconsegueix mitjançant la unió i el segrest per àcids orgànics (com l'àcid fúlvic i l'àcid húmic), per formar complexos solubles de matèria orgànica-metall.
En aquest cas, els agents quelants provenen dels productes de descomposició de les plantes i de secrecions de les arrels. La quelació fomenta la meteorització química i la transferència de metalls a terra oa la roca.
referències
- Pere, G. (1979). Caractérisation générale des processus de l'alteration hydrolitique. Science du Sol 2, 93-105.
- Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2nd edn. With a contribution by APW Hodder. Oxford: Oxford University Press.
- Stretch, R. & Viles, H. (2002). The nature and rate of weathering by lichens on renta flows on Lanzarote. Geomorphology, 47 (1), 87-94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00.143-5.
- Thomas, MF (1994). Geomorphology in the Tropics: A Study of weathering and Denudation in Low Latituds. Chichester: John Wiley & Sons.
- White, WD, Jefferson, GL, and Hama, JF (1966) Quartzite carst in Southeastern Veneçuela. International Journal of Speleology 2, 309-14.
- Yatsu, I. (1988). The Nature of weathering: Una introducció. Tòquio: Sozosha.