Meteorizarea: tipuri și procese
Încălzirea este descompunerea rocilor prin descompunere mecanică și descompunere chimică. Multe sunt formate la temperaturi ridicate și presiuni adânci în crusta pământului; Când sunt expuși la temperaturi și presiuni mai scăzute la suprafață și întâlnesc aer, apă și organisme, se descompun și se rup.
Ființele vii au, de asemenea, un rol influent în intemperii, deoarece ele afectează roci și minerale prin diverse procese biofizice și biochimice, majoritatea dintre care nu sunt cunoscute în detaliu.
Practic, există trei tipuri principale prin care are loc intemperii; Acest lucru poate fi fizic, chimic sau biologic. Fiecare dintre aceste variante are caracteristici specifice care afectează rocile în moduri diferite; chiar și în unele cazuri poate exista o combinație de mai multe fenomene.
Încălzirea fizică sau mecanică
Procesele mecanice reduc pietrele în fragmente progresiv mai mici, ceea ce, la rândul lor, mărește suprafața expusă atacului chimic. Procesele mecanice principale de climatizare sunt următoarele:
- Descărcarea.
- Acțiunea înghețului.
- Rezistența termică cauzată de încălzire și răcire.
- Expansiunea.
- Contracția datorată umezelii cu uscare ulterioară.
- Presiunile exercitate de creșterea cristalelor de sare.
Un factor important în climatizarea mecanică este oboseala sau generarea de tensiuni repetate, ceea ce scade toleranța la deteriorare. Rezultatul oboselii este că piatra va rupe la un nivel de stres mai mic decât un specimen neobosit.
descărcare
Atunci când eroziunea îndepărtează materialul de la suprafață, presiunea limită asupra rocilor inferioare scade. Presiunea scăzută permite boabelor minerale să se separe mai mult și să creeze goluri; stânca se extinde sau se extinde și se poate fractura.
De exemplu, în minele de granit sau alte roci dense, eliberarea de presiune din cauza tăieturilor pentru extracție poate fi violentă și chiar poate provoca explozii.
Fractura prin înghețare sau gelifracție
Apa care ocupă porii în interiorul unei pietre se extinde cu 9% în timpul înghețării. Această dilatare generează o presiune internă care poate provoca dezintegrarea fizică sau fractura de rocă.
Gelificarea este un proces important în medii reci, unde ciclurile de congelare și decongelare apar constant.
Cicluri de încălzire și răcire (termoclast)
Rock-urile au o conductivitate termică scăzută, ceea ce înseamnă că nu sunt bune la căldura departe de suprafețele lor. Când pietrele sunt încălzite, suprafața exterioară își mărește temperatura mult mai mult decât partea interioară a pietrei. Din acest motiv, partea exterioară suferă o dilatare mai mare decât partea internă.
În plus, rocile compuse din cristale diferite prezintă o încălzire diferențială: cristalele mai închise la culoare se încălzesc mai repede și se răcesc mai lent decât cristalele mai ușoare.
oboseală
Aceste solicitări termice pot provoca dezintegrarea rocilor și formarea unor scale mari, coji și foi. Încălzirea și răcirea repetate produc un efect numit oboseală care promovează intemperii termice, numită și termoclastia.
În general, oboseala poate fi definită ca efect al mai multor procese care scad toleranța unui material la deteriorare.
Scări rock
Exfolierea sau producerea foilor prin stres termic include, de asemenea, generarea de balanțe de rocă. De asemenea, căldura intensă generată de incendiile forestiere și de exploziile nucleare poate provoca ruperea pietrei și, în cele din urmă, ruperea.
De exemplu, în India și Egipt, focul a fost folosit timp de mulți ani ca instrument de extracție în cariere. Cu toate acestea, fluctuațiile zilnice ale temperaturii, găsite chiar și în deșerturi, sunt mult sub extremele atinse de incendiile locale.
Umezire și uscare
Materialele care conțin argilă, cum ar fi mormintele și șisturile, se extind considerabil la umectare, ceea ce poate induce formarea de microfracturi sau microfracturi ( microcracks în limba engleză) sau lărgirea crăpăturilor existente.
În plus față de efectul oboselii, ciclurile de expansiune și de contracție - asociate cu umectarea și uscarea - conduc la deteriorarea stâncilor.
Meteorizarea prin creșterea cristalelor de sare sau a haloclastiilor
În regiunile de coastă și ariile, cristalele de sare pot crește în soluții de sare concentrate prin evaporarea apei.
Cristalizarea sării în interstițiile sau porii rocilor produce tensiuni care le lărgesc, ceea ce duce la dezintegrarea granulară a rocilor. Acest proces este cunoscut sub numele de inhalare salină sau haloclastie.
Când cristalele de sare formate în interiorul porilor pietrei sunt încălzite sau saturate cu apă, ele se extind și exercită presiune asupra pereților porilor apropiați; aceasta produce stres termic sau stres de hidratare (respectiv), care contribuie la intemperii.
Meteorizarea chimică
Acest tip de intemperii implică o mare varietate de reacții chimice, care acționează împreună pe multe tipuri diferite de rocă în întreaga gamă de condiții meteorologice.
Această mare varietate poate fi grupată în șase tipuri de reacții chimice principale (toate implicate în descompunerea stâncii), și anume:
- Disoluția.
- Hidratare.
- Oxidarea și reducerea.
- Carbonarea.
- Hidroliza.
dizolvare
Sărurile minerale pot fi dizolvate în apă. Acest proces implică disocierea moleculelor în anionii și cationii lor și hidratarea fiecărui ion; adică ionii sunt înconjurați de molecule de apă.
În general, dizolvarea este considerată un proces chimic, deși nu implică transformări chimice corecte. Deoarece dizolvarea are loc ca o etapă inițială pentru alte procese chimice de intemperii, aceasta este inclusă în această categorie.
Soluția se inversează cu ușurință: atunci când soluția este suprasaturată, o parte din materialul dizolvat precipită ca un solid. O soluție saturată nu are capacitatea de a se dizolva mai solidă.
Mineralele variază în ceea ce privește solubilitatea și printre cele mai solubile în apă sunt clorurile metalelor alcaline, cum ar fi sarea de rocă sau halitul (NaCl) și sarea de potasiu (KCl). Aceste minerale se găsesc numai în climă foarte aridă.
Gipsul (CaSO4.2H2O) este, de asemenea, destul de solubil, în timp ce cuarțul are o solubilitate foarte scăzută.
Solubilitatea multor minerale depinde de concentrația de ioni de hidrogen liber (H +) în apă. Ionii H + sunt măsurați ca valoarea pH-ului, care indică gradul de aciditate sau alcalinitate a unei soluții apoase.
hidratare
Încălzirea hidratării este un proces care apare atunci când mineralele adsorbază moleculele de apă pe suprafața lor sau o absoarbă, inclusiv pe ele în interiorul cristalului lor. Această apă suplimentară generează o creștere a volumului care poate provoca fractura de rocă.
În climatele umede de latitudini medii, culorile solului prezintă / prezintă variații notorii: se poate observa din culoarea maronie până la cea gălbuie. Aceste colorări sunt cauzate de hidratarea hematitului roșu de oxid de fier, care trece la goethit de oxid de fier (oxhidroxid de fier).
Absorbția apei de către particulele de lut este, de asemenea, o formă de hidratare care duce la extinderea acesteia. Apoi, pe măsură ce lutul se usucă, coaja se fisură.
Oxidarea și reducerea
Oxidarea are loc atunci când un atom sau ion își pierde electronii, crescând încărcătura lor pozitivă sau scăzând încărcătura lor negativă.
Una dintre reacțiile de oxidare existente implică combinarea oxigenului cu o substanță. Oxigenul dizolvat în apă este un agent comun de oxidare în mediu.
Uzura prin oxidare afectează în principal mineralele care conțin fier, deși elemente cum ar fi mangan, sulf și titan pot fi, de asemenea, oxidate.
Reacția pentru fier - care apare atunci când oxigenul dizolvat în apă vine în contact cu mineralele purtătoare de fier - este după cum urmează:
4Fe2 + + 3O2 → 2Fe2O3 + 2e-
În această expresie e- reprezintă electronii.
Fierul feros (Fe2 +) găsit în majoritatea mineralelor care formează rocă poate fi transformat în forma sa ferică (Fe3 +) prin modificarea încărcăturii neutre a rețelei cristaline. Această schimbare uneori provoacă prăbușirea și face ca mineralul să fie mai predispus la atacuri chimice.
carbonatare
Carbonarea este formarea carbonaților, care sunt sărurile acidului carbonic (H 2 CO 3 ). Dioxidul de carbon se dizolvă în apele naturale pentru a forma acidul carbonic:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Ulterior, acidul carbonic se disociază într-un ion hidrat de hidrogen (H3O +) și un ion bicarbonat, urmând următoarea reacție:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
Acidul carbonic atacă mineralele care formează carbonați. Carbonația predomină în atmosfera de roci calcaroase (care sunt calcar și dolomiți); în aceste minerale principale sunt calcitul sau carbonatul de calciu (CaCO3).
Calcita reacționează cu acidul carbonic pentru a forma carbonat acid de calciu, Ca (HCO3) 2 care, spre deosebire de calcit, se dizolvă cu ușurință în apă. Acesta este motivul pentru care unele calcarone sunt atât de predispuse la dizolvare.
Reacțiile reversibile dintre dioxidul de carbon, apă și carbonat de calciu sunt complexe. În esență, procesul poate fi rezumat după cum urmează:
CaCO3 + H20 + C02 ⇔ Ca2 + + 2HCO3 -
hidroliză
În general, hidroliza - distrugerea chimică prin acțiunea apei - este principalul proces de încălzire chimică. Apa poate descompune, dizolva sau modifica mineralele primare susceptibile la roci.
În acest proces, apa disociată în cationii de hidrogen (H +) și anionii hidroxilici (OH-) reacționează direct cu mineralele silicate din roci și soluri.
Ionul de hidrogen este schimbat cu un cation metalic al mineralelor silicate, în mod obișnuit potasiu (K +), sodiu (Na +), calciu (Ca2 +) sau magneziu (Mg2 +). Apoi, cationul eliberat este combinat cu anionul hidroxilic.
De exemplu, reacția pentru hidroliza mineralei numită ortociza, care are formula chimică KAISi3O8, este după cum urmează:
2KAlSi3O8 + 2H + + 2OH- → 2HAlSi3O8 + 2KOH
Astfel, ortoclaza este transformată în acid aluminosilicic, HAlSi3O8 și hidroxid de potasiu (KOH).
Acest tip de reacții joacă un rol fundamental în formarea unor reliefuri caracteristice; de exemplu, ele sunt implicate în formarea reliefului carstice.
Meteorizarea biologică
Unele organisme vii atacă roci mecanic, chimic sau printr-o combinație de procese mecanice și chimice.
plante
Rădăcinile plantelor - în special cele ale copacilor care cresc pe paturi plate rocate - pot exercita un efect biomecanic.
Acest efect biomecanic se întâmplă atunci când rădăcina crește, deoarece crește presiunea exercitată de aceasta în mediul înconjurător. Acest lucru poate duce la ruperea rocilor patului rădăcinii.
licheni
Lichenele sunt organisme constituite din două simbioturi: o ciupercă (mycobiont) și o alge care este de obicei cianobacterie (phycobiont). Aceste organisme au fost raportate ca colonizatori care sporesc intemperiile rocilor.
De exemplu, sa constatat că Stereocaulon vesuvianum este instalat pe fluxurile de lavă, reușind să-și mărească până la 16 ori rata de intemperii atunci când este comparată cu suprafețele necolonizate. Aceste rate se pot dubla în locuri umede, la fel ca în Hawaii.
De asemenea, sa remarcat faptul că, atunci când liameii mor, părăsesc un loc întunecat pe suprafețele stâncii. Aceste pete absoarbe mai multă radiație decât zonele limpezi limitate ale stâncii, favorizând astfel expunerea la temperaturi înalte sau termoclaste.
Organisme marine
Anumite organisme marine alungă suprafața rocilor și le perforează, promovând creșterea algelor. Aceste organisme perforante includ moluște și bureți.
Exemple de astfel de organisme sunt mielul albastru ( Mytilus edulis ) și gastropodul erbivor Cittarium pica .
chelare
Chelarea este un alt mecanism de intemperii care implică îndepărtarea ionilor metalici și, în special, a ionilor de aluminiu, de fier și de mangan din roci.
Acest lucru se realizează prin unirea și sechestrarea prin acizi organici (cum ar fi acidul fulvic și acidul humic), pentru a forma complexe solubile de materie organică-metalică.
În acest caz, agenții de chelație provin din produsele de descompunere ale plantelor și din secrețiile rădăcinilor. Chelarea favorizează intemperii chimice și transferul de metale în sol sau în rocă.
