CICLI SEDIMENTARI: CARATTERISTICHE, FASI ED ESEMPI - GEOGRAFIA - 2024

I cicli sedimentari si riferiscono all'insieme di stadi che attraversano alcuni elementi minerali presenti nella crosta terrestre. Queste fasi comportano una sequenza di trasformazioni che formano una serie temporale circolare che si ripete per lunghi periodi.

Si tratta di cicli biogeochimici in cui l'accumulo dell'elemento avviene principalmente nella crosta terrestre. Tra gli elementi minerali che sono soggetti a cicli sedimentari ci sono zolfo, calcio, potassio, fosforo e metalli pesanti.

Ciclo litologico. 1 = magma; 2 = cristallizzazione (raffreddamento della roccia); 3 = roccia ignea; 4 = erosione; 5 = sedimentazione; 6 = sedimenti e rocce sedimentarie; 7 = tettonica e metamorfismo; 8 = roccia metamorfica; 9 = fusione. Fonte: Woudloper / Woodwalker

Il ciclo inizia con l'esposizione delle rocce contenenti questi elementi dal profondo della crosta fino o vicino alla superficie. Queste rocce sono poi sottoposte agli agenti atmosferici e subiscono processi di erosione dovuti all'azione di fattori atmosferici, idrologici e biologici.

Il materiale eroso viene trasportato dall'acqua, dalla gravità o dal vento alla successiva sedimentazione o deposizione del materiale minerale sul substrato. Questi strati di sedimenti si accumulano nel corso di milioni di anni e subiscono processi di compattazione e cementazione.

In questo modo avviene la litificazione dei sedimenti, cioè la loro trasformazione in roccia solida a grandi profondità. Inoltre, nelle fasi intermedie dei cicli sedimentari, si verifica anche una fase biologica che consiste nella solubilizzazione e assorbimento da parte degli organismi viventi.

A seconda del minerale e delle circostanze, possono essere assorbiti da piante, batteri o animali, passando alle reti trofiche. Quindi i minerali verranno escreti o rilasciati dalla morte dell'organismo.

caratteristiche

I cicli sedimentari costituiscono uno dei tre tipi di cicli biogeochimici e sono caratterizzati perché la matrice principale di immagazzinamento è la litosfera. Questi cicli hanno una propria disciplina di studio, chiamata sedimentologia.

Tempo di ciclo

I cicli sedimentari sono caratterizzati perché il tempo necessario per completare le diverse fasi è molto lungo, anche misurato in milioni di anni. Questo perché questi minerali rimangono incorporati nelle rocce per lunghi periodi a grandi profondità nella crosta terrestre.

Fasi dei cicli sedimentari

È importante non perdere di vista che non si tratta di un ciclo le cui fasi seguono una sequenza rigorosa. Alcune fasi possono essere scambiate o presentate più volte durante il processo.

- Esposizione

Le rocce che si formano a determinate profondità nella crosta terrestre sono soggette a diversi processi diastrofici (fratture, pieghe e rilievi) che finiscono per portarle in superficie o in prossimità. In questo modo sono esposti all'azione di fattori ambientali, siano essi edafici, atmosferici, idrologici o biologici.

Il diastrofismo è il prodotto dei movimenti di convezione del mantello terrestre. Questi movimenti generano anche fenomeni vulcanici che espongono le rocce in modo più drammatico.

- Agenti atmosferici

Una volta che la roccia è esposta, subisce gli agenti atmosferici (decomposizione della roccia in frammenti più piccoli) con o senza cambiamenti nella composizione chimica o mineralogica. Gli agenti atmosferici sono un fattore chiave nella formazione del suolo e possono essere fisici, chimici o biologici.

Fisico

In questo caso i fattori che provocano la rottura della roccia non ne alterano la composizione chimica, ma solo variabili fisiche come volume, densità e dimensioni. Ciò è causato da diversi agenti fisici come pressione e temperatura. Nel primo caso, sia il rilascio della pressione che il suo esercizio sono cause di rottura della roccia.

Agenti atmosferici. Fonte: Prince Roy, Taipei

Ad esempio, quando le rocce emergono dalla profondità della crosta, rilasciano pressione, si espandono e si spezzano. Da parte sua, i sali accumulati nelle fessure esercitano pressione anche quando si ricristallizzano, approfondendo le fratture.

Inoltre, le variazioni di temperatura giornaliere o stagionali provocano cicli di espansione e contrazione che finiscono per rompere le rocce.

Chimica

Ciò altera la composizione chimica delle rocce nel processo di disintegrazione perché gli agenti chimici agiscono. Tra questi agenti chimici coinvolti vi sono ossigeno, vapore acqueo e anidride carbonica.

Provocano varie reazioni chimiche che influenzano la coesione della roccia e la trasformano, tra cui ossidazione, idratazione, carbonatazione e dissoluzione.

Biologico

Gli agenti biologici agiscono mediante una combinazione di fattori fisici e chimici, tra cui pressione, attrito e altri tra i primi. Mentre come agenti chimici sono le secrezioni di acidi, alcali e altre sostanze.

Ad esempio, le piante sono agenti atmosferici molto efficaci, rompendo le rocce con le loro radici. Questo grazie sia all'azione fisica di crescita radicale che alle secrezioni che emettono.

- Erosione

L'erosione agisce sia direttamente sulla roccia che sui prodotti degli agenti atmosferici, compreso il terreno formato. D'altra parte, comporta il trasporto del materiale eroso, lo stesso agente erodente è il mezzo di trasporto e può essere sia vento che acqua.

Erosione. Fonte: Carl Wycoff

Si nota anche l'erosione gravitazionale, quando lo spostamento e l'usura del materiale si verificano su pendii ripidi. Nel processo erosivo il materiale viene frammentato in particelle minerali ancora più piccole, suscettibili di essere trasportate su lunghe distanze.

Vento

L'azione erosiva del vento è esercitata sia dalla resistenza che dall'usura, che a sua volta esercita le particelle trascinate su altre superfici.

acqua

L'erosione dell'acqua agisce sia per l'azione fisica dell'impatto dell'acqua piovana o delle correnti superficiali, sia per l'azione chimica. Un esempio estremo dell'effetto erosivo delle precipitazioni è la pioggia acida, soprattutto sulle rocce calcaree.

- Trasporti

Le particelle minerali vengono trasportate da agenti come l'acqua, il vento o la gravità su lunghe distanze. È importante tenere conto che ogni mezzo di trasporto ha una capacità di carico definita, in termini di dimensioni e quantità di particelle.

Per gravità, anche rocce grandi, anche leggermente alterate, possono muoversi, mentre il vento trasporta particelle molto piccole. Inoltre, l'ambiente determina la distanza, poiché la gravità trasporta grandi rocce su brevi distanze, mentre il vento sposta piccole particelle su enormi distanze.

L'acqua, da parte sua, può trasportare una vasta gamma di dimensioni delle particelle, comprese le grandi rocce. Questo agente può trasportare le particelle a distanze brevi o estremamente lunghe, a seconda della portata.

- Sedimentazione e accumulo

Consiste nella deposizione del materiale trasportato, dovuta alla diminuzione della velocità dei mezzi di trasporto e della gravità. In questo senso può verificarsi sedimentazione fluviale, di marea o sismica.

Sedimentazione. Fonte: Calogerogalati

Poiché il rilievo terrestre è costituito da un gradiente che va dalle altitudini massime al fondo del mare, è qui che si verifica la maggiore sedimentazione. Con il passare del tempo, strati di sedimenti si accumulano uno sopra l'altro.

- Solubilizzazione, assorbimento e rilascio biologico

Una volta avvenuta l'erosione del materiale roccioso, è possibile la dissoluzione dei minerali rilasciati e il loro assorbimento da parte degli esseri viventi. Questo assorbimento può essere effettuato da piante, batteri o anche direttamente da animali.

Le piante vengono consumate dagli erbivori e questi dai carnivori, e tutti dai decompositori, i minerali che diventano parte di reti trofiche. Allo stesso modo, ci sono batteri e funghi che assorbono direttamente minerali e persino animali, come gli Ara che consumano argilla.

- Litificazione

Il ciclo si completa con la fase di litificazione, cioè con la formazione di nuova roccia. Questo accade quando i minerali si depositano formando strati successivi che si accumulano esercitando un'enorme pressione.

Gli strati più profondi della crosta vengono compattati e cementati per formare roccia solida e questi strati saranno nuovamente sottoposti a processi diastrofici.

compattazione

Prodotto della pressione esercitata dagli strati sedimentari che si accumulano nelle successive fasi di sedimentazione, gli strati inferiori vengono compattati. Ciò implica che i pori o gli spazi che esistono tra le particelle di sedimento sono ridotti o scompaiono.

Cementazione

Questo processo consiste nel deposito di sostanze cementizie tra le particelle. Queste sostanze, come la calcite, gli ossidi, la silice e altre, cristallizzano e cementano il materiale in una roccia solida.

Esempi di cicli sedimentari

- Ciclo sedimentario dello zolfo

Lo zolfo è un componente essenziale di alcuni aminoacidi come la cistina e la metionina, così come le vitamine come la tiamina e la biotina. Il suo ciclo sedimentario comprende una fase gassosa.

Questo minerale entra nel ciclo a causa dell'erosione delle rocce (ardesie e altre rocce sedimentarie), decomposizione della materia organica, attività vulcanica e contributi industriali. Anche l'estrazione mineraria, l'estrazione di petrolio e la combustione di combustibili fossili sono fonti di zolfo nel ciclo.

Le forme di zolfo in questi casi sono solfati (SO4) e idrogeno solforato (H2S); i solfati sono sia nel suolo che disciolti in acqua. I solfati vengono assorbiti e assimilati dalle piante attraverso le loro radici e passano alle reti trofiche.

Quando gli organismi muoiono, batteri, funghi e altri decompositori agiscono rilasciando zolfo sotto forma di gas di idrogeno solforato che passa nell'atmosfera. L'idrogeno solforato viene rapidamente ossidato mescolandosi con l'ossigeno, formando solfati che precipitano al suolo.

Batteri di zolfo

I batteri anaerobici agiscono nei fanghi di palude e nella decomposizione della materia organica in generale. Questi processano SO4 generando H2S gassoso che viene rilasciato nell'atmosfera.

Pioggia acida

Si forma a causa di precursori come H2S, emessi nell'atmosfera dall'industria, batteri sulfurei ed eruzioni vulcaniche. Questi precursori reagiscono con il vapore acqueo e formano SO4 che poi precipita.

- Ciclo sedimentario del calcio

Il calcio si trova nelle rocce sedimentarie formatesi sui fondali marini e lacustri grazie all'apporto di organismi provvisti di conchiglie calcaree. Allo stesso modo, c'è calcio ionizzato libero nell'acqua, come negli oceani a profondità superiori a 4.500 m dove si dissolve il carbonato di calcio.

Le rocce ricche di calcio come calcare, dolomite e fluorite, tra le altre, sono esposte alle intemperie e rilasciano calcio. L'acqua piovana dissolve la CO2 atmosferica, producendo acido carbonico che facilita la dissoluzione della roccia calcarea, rilasciando HCO 3– e Ca 2+.

Il calcio in queste forme chimiche viene trasportato dall'acqua piovana nei fiumi, nei laghi e negli oceani. È il catione più abbondante nel terreno da cui le piante lo assorbono mentre gli animali lo prendono dalle piante o lo sciolgono direttamente in acqua.

Il calcio è una parte essenziale di conchiglie, esoscheletri, ossa e denti, quindi quando muore viene reintegrato nell'ambiente. Nel caso degli oceani e dei laghi, sedimenta sul fondo ei processi di litificazione formano nuove rocce calcaree.

- Ciclo sedimentario del potassio

Il potassio è un elemento fondamentale nel metabolismo cellulare, perché svolge un ruolo rilevante nella regolazione osmotica e nella fotosintesi. Il potassio fa parte dei minerali nel suolo e nelle rocce, essendo terreni argillosi ricchi di questo minerale.

I processi di erosione rilasciano ioni di potassio idrosolubili che possono essere assorbiti dalle radici delle piante. Gli esseri umani aggiungono anche potassio al suolo come parte delle pratiche di fertilizzazione delle colture.

Attraverso le verdure, il potassio si distribuisce in reti trofiche, quindi con l'azione dei decompositori ritorna nel terreno.

- Ciclo sedimentario del fosforo

Le principali riserve di fosforo si trovano nei sedimenti marini, nei suoli, nelle rocce fosfatiche e nel guano (escrementi di uccelli marini). Il suo ciclo sedimentario inizia con le rocce fosfatiche che, quando alterano ed erodono, rilasciano fosfati.

Allo stesso modo, gli esseri umani incorporano quantità aggiuntive di fosforo nel terreno applicando fertilizzanti o fertilizzanti. I composti del fosforo vengono trasportati insieme al resto dei sedimenti dalla pioggia verso le correnti d'acqua e da lì all'oceano.

Questi composti in parte sedimentano e un'altra parte è incorporata nelle reti alimentari marine. Uno dei cicli del ciclo si verifica quando il fosforo disciolto nell'acqua di mare viene consumato dal fitoplancton, questo a sua volta dai pesci.

I pesci vengono poi consumati dagli uccelli marini, i cui escrementi contengono grandi quantità di fosforo (guano). Il guano è usato dall'uomo come fertilizzante organico per fornire fosforo alle colture.

Il fosforo che rimane nei sedimenti marini subisce processi di litificazione, formando nuove rocce fosfatiche.

- Ciclo sedimentario dei metalli pesanti

I metalli pesanti includono alcuni che svolgono funzioni essenziali per la vita, come il ferro, e altri che possono diventare tossici, come il mercurio. Tra i metalli pesanti ci sono più di 50 elementi come arsenico, molibdeno, nichel, zinco, rame e cromo.

Alcuni, come il ferro, sono abbondanti, ma la maggior parte di questi elementi si trovano in quantità relativamente piccole. D'altra parte, nella fase biologica del loro ciclo sedimentario possono accumularsi nei tessuti viventi (bioaccumulo).

In questo caso, non essendo di facile smaltimento, il loro accumulo aumenta lungo le catene alimentari provocando gravi problemi di salute.

fonti

I metalli pesanti provengono da fonti naturali, a causa degli agenti atmosferici delle rocce e dell'erosione del suolo. Ci sono anche importanti contributi antropici attraverso emissioni industriali, combustione di combustibili fossili e rifiuti elettronici.

Ciclo sedimentario generale

In termini generali, i metalli pesanti seguono un ciclo sedimentario che parte dalla loro fonte principale, che è la litosfera, e attraversano l'atmosfera, l'idrosfera e la biosfera. I processi di intemperie rilasciano metalli pesanti al suolo e da lì possono inquinare l'acqua o invadere l'atmosfera attraverso la polvere portata dal vento.

L'attività vulcanica contribuisce anche all'emissione di metalli pesanti nell'atmosfera e la pioggia li trasporta dall'aria al suolo e da questo ai corpi d'acqua. Le sorgenti intermedie formano anelli nel ciclo a causa delle attività umane di cui sopra e dell'ingresso di metalli pesanti nelle reti alimentari.

Riferimenti

1. Calow, P. (Ed.) (1998). L'enciclopedia dell'ecologia e della gestione ambientale.
2. Christopher R. e Fielding, CR (1993). Una rassegna di recenti ricerche in sedimentologia fluviale. Geologia sedimentaria.
3. Margalef, R. (1974). Ecologia. Edizioni Omega.
4. Márquez, A., García, O., Senior, W., Martínez, G., González, A. e Fermín. I. (2012). Metalli pesanti nei sedimenti superficiali del fiume Orinoco, Venezuela. Bollettino dell'Istituto oceanografico del Venezuela.
5. Miller, G. e TYLER, JR (1992). Ecologia e ambiente. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Rovira-Sanroque, JV (2016). Contaminazione da metalli pesanti nei sedimenti del fiume Jarama e sua bioassimilazione da parte dei Tubificidi (Annelida: Oligochaeta, Tubificidae). Tesi di dottorato. Facoltà di Scienze Biologiche, Università Complutense di Madrid.
7. Odum, EP e Warrett, GW (2006). Fondamenti di ecologia. Quinta edizione. Thomson.