- Agenti atmosferici fisici o
- Scarica
- Congelare la frattura o la gelificazione
- Cicli riscaldamento-raffreddamento (termoclastica)
- Fatica
- Scale di roccia
- Bagnatura e asciugatura
- Esposizione agli agenti atmosferici dovuta alla crescita di cristalli di sale o aloclastica
- Intemperie chimiche
- Scioglimento
- Idratazione
- Ossidazione e riduzione
- La carbonatazione
- Idrolisi
- Agenti atmosferici biologici
- Impianti
- licheni
- organismi marini
- chelazione
- Riferimenti
L' erosione è la rottura delle rocce per disintegrazione meccanica e decomposizione chimica. Molti si formano ad alte temperature e pressioni in profondità nella crosta terrestre; se esposti a temperature e pressioni inferiori in superficie e incontrando aria, acqua e organismi, si decompongono e si fratturano.
Gli esseri viventi hanno anche un ruolo influente negli agenti atmosferici, poiché influenzano rocce e minerali attraverso vari processi biofisici e biochimici, molti dei quali non sono noti in dettaglio.
Devil's Marbles, una roccia incrinata dalle intemperie, Australia. Fonte: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cracked_boulder_DMCR.jpg
Ci sono fondamentalmente tre tipi principali attraverso i quali avviene l'invecchiamento; questo può essere fisico, chimico o biologico. Ciascuna di queste varianti ha caratteristiche specifiche che influenzano le rocce in modi diversi; anche in alcuni casi può esserci una combinazione di diversi fenomeni.
Agenti atmosferici fisici o
I processi meccanici riducono le rocce in frammenti progressivamente più piccoli, il che a sua volta aumenta la superficie esposta agli attacchi chimici. I principali processi di invecchiamento meccanico sono i seguenti:
- Il download.
- L'azione del gelo.
- Stress termico causato da riscaldamento e raffreddamento.
- L'espansione.
- Ritiro per bagnatura con successiva essiccazione.
- Le pressioni esercitate dalla crescita dei cristalli di sale.
Un fattore importante negli agenti atmosferici meccanici è la fatica o la generazione di sollecitazioni ripetute, che riduce la tolleranza ai danni. Il risultato della fatica è che la roccia si fratturerà a un livello di stress inferiore rispetto a un provino non affaticato.
Scarica
Quando l'erosione rimuove materiale dalla superficie, la pressione di confinamento sulle rocce sottostanti diminuisce. La pressione più bassa consente ai granuli minerali di separarsi ulteriormente e creare vuoti; la roccia si espande o si espande e può fratturarsi.
Ad esempio, nel granito o in altre dense miniere di roccia, il rilascio di pressione dai tagli minerari può essere violento e persino causare esplosioni.
Cupola di esfoliazione nel Parco Nazionale di Yosemite, USA. Fonte: Diliff, da Wikimedia Commons
Congelare la frattura o la gelificazione
L'acqua che occupa i pori all'interno di una roccia si espande del 9% quando è congelata. Questa espansione genera una pressione interna che può causare la disintegrazione fisica o la frattura della roccia.
La gelificazione è un processo importante negli ambienti freddi, dove i cicli di gelo-disgelo si verificano costantemente.
Atmosfera fisica di un "tumulo" di cemento. Fonte: LepoRello. , da Wikimedia Commons
Cicli riscaldamento-raffreddamento (termoclastica)
Le rocce hanno una bassa conduttività termica, il che significa che non sono brave a condurre il calore lontano dalle loro superfici. Quando le rocce vengono riscaldate, la superficie esterna aumenta di temperatura molto più della parte interna della roccia. Per questo motivo la parte esterna subisce una dilatazione maggiore rispetto a quella interna.
Inoltre, le rocce composte da cristalli diversi mostrano un riscaldamento differenziale: i cristalli con un colore più scuro si riscaldano più velocemente e si raffreddano più lentamente dei cristalli più chiari.
Fatica
Queste sollecitazioni termiche possono causare la disgregazione della roccia e la formazione di enormi fiocchi, conchiglie e fogli. Il riscaldamento e il raffreddamento ripetuti producono un effetto chiamato fatica che favorisce l'invecchiamento termico, chiamato anche termoclastica.
In generale, la fatica può essere definita come l'effetto di vari processi che riducono la tolleranza di un materiale ai danni.
Scale di roccia
L'esfoliazione o il rivestimento da stress termico include anche la generazione di fiocchi di roccia. Allo stesso modo, il calore intenso generato dagli incendi boschivi e dalle esplosioni nucleari può causare la rottura della roccia e alla fine la rottura.
Ad esempio, in India e in Egitto il fuoco è stato utilizzato per molti anni come strumento di estrazione nelle cave. Tuttavia, le fluttuazioni giornaliere della temperatura, riscontrate anche nei deserti, sono ben al di sotto degli estremi raggiunti dagli incendi locali.
Bagnatura e asciugatura
I materiali contenenti argilla - come la pietra fangosa e lo scisto - si espandono notevolmente quando vengono bagnati, il che può indurre la formazione di micro-faglie o microfratture (microfessure) o l'ampliamento di fessure esistenti.
Oltre all'effetto della fatica, i cicli di espansione e restringimento - associati alla bagnatura e all'essiccazione - portano agli agenti atmosferici delle rocce.
Esposizione agli agenti atmosferici dovuta alla crescita di cristalli di sale o aloclastica
Nelle regioni costiere e aride, i cristalli di sale possono crescere in soluzioni saline concentrate per evaporazione dell'acqua.
La cristallizzazione del sale negli interstizi o pori delle rocce produce tensioni che le allargano e questo porta alla disgregazione granulare della roccia. Questo processo è noto come alterazione salina o aloclastia.
Quando i cristalli di sale formati all'interno dei pori della roccia vengono riscaldati o si saturano di acqua, si espandono ed esercitano una pressione contro le pareti dei pori vicini; questo produce stress da calore o stress di idratazione (rispettivamente), che contribuiscono entrambi agli agenti atmosferici della roccia.
Intemperie chimiche
Questo tipo di agenti atmosferici comporta un'ampia varietà di reazioni chimiche, che agiscono insieme su molti diversi tipi di roccia in tutta la gamma di condizioni climatiche.
Questa grande varietà può essere raggruppata in sei tipi principali di reazioni chimiche (tutte coinvolte nella decomposizione della roccia), vale a dire:
- Scioglimento.
- Idratazione.
- Ossidazione e riduzione.
- Carbonatazione.
- Idrolisi.
Scioglimento
I sali minerali possono essere sciolti in acqua. Questo processo comporta la dissociazione delle molecole nei loro anioni e cationi e l'idratazione di ciascuno ione; cioè gli ioni si circondano di molecole d'acqua.
La dissoluzione è generalmente considerata un processo chimico, sebbene non implichi trasformazioni chimiche effettive. Poiché la dissoluzione avviene come fase iniziale per altri processi di alterazione chimica, rientra in questa categoria.
La dissoluzione è facilmente reversibile: quando la soluzione diventa sovrasatura, parte del materiale disciolto precipita come solido. Una soluzione satura non ha la capacità di dissolversi più solida.
I minerali variano nella loro solubilità e tra i più solubili in acqua ci sono i cloruri dei metalli alcalini, come il salgemma o l'alite (NaCl) e il sale di potassio (KCl). Questi minerali si trovano solo in climi molto aridi.
Anche il gesso ( CaSO 4 .2H 2 O) è abbastanza solubile, mentre il quarzo ha una solubilità molto bassa.
La solubilità di molti minerali dipende dalla concentrazione di ioni idrogeno liberi (H + ) nell'acqua. Gli ioni H + sono misurati come il valore del pH, che indica il grado di acidità o alcalinità di una soluzione acquosa.
Idratazione
L'idratazione è un processo che si verifica quando i minerali assorbono le molecole d'acqua sulla loro superficie o la assorbono, includendole all'interno dei loro reticoli cristallini. Questa acqua aggiuntiva crea un aumento di volume che può causare la frattura della roccia.
Nei climi umidi delle medie latitudini, i colori del suolo presentano notevoli variazioni: si può osservare dal brunastro al giallastro. Queste colorazioni sono causate dall'idratazione dell'ossido di ferro ematite rossastro, che si trasforma in una goethite color ossido (ossidrossido di ferro).
L'assorbimento di acqua da parte delle particelle di argilla è anche una forma di idratazione che porta all'espansione delle stesse. Quindi, mentre l'argilla si asciuga, la crosta si spacca.
Ossidazione e riduzione
L'ossidazione si verifica quando un atomo o ione perde elettroni, aumentando la sua carica positiva o diminuendo la sua carica negativa.
Una delle reazioni di ossidazione esistenti comporta la combinazione di ossigeno con una sostanza. L'ossigeno disciolto nell'acqua è un agente ossidante comune nell'ambiente.
L'usura ossidativa colpisce principalmente i minerali contenenti ferro, sebbene anche elementi come manganese, zolfo e titanio possano arrugginire.
La reazione per il ferro, che si verifica quando l'ossigeno disciolto nell'acqua entra in contatto con minerali contenenti ferro, è la seguente:
4Fe 2+ + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e -
In questa espressione e - rappresenta gli elettroni.
Il ferro ferroso (Fe 2+ ) presente nella maggior parte dei minerali che formano rocce può essere convertito nella sua forma ferrica (Fe 3+ ) alterando la carica neutra del reticolo cristallino. Questo cambiamento a volte lo fa collassare e rende il minerale più incline agli attacchi chimici.
La carbonatazione
La carbonatazione è la formazione di carbonati, che sono i sali dell'acido carbonico (H 2 CO 3 ). L'anidride carbonica si dissolve in acque naturali per formare acido carbonico:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Successivamente, l'acido carbonico si dissocia in uno ione idrogeno idrato (H 3 O + ) e uno ione bicarbonato, seguendo la seguente reazione:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
L'acido carbonico attacca i minerali formando carbonati. La carbonatazione domina l'erosione delle rocce calcaree (che sono calcari e dolomiti); in questi il minerale principale è la calcite o carbonato di calcio (CaCO 3 ).
La calcite reagisce con l'acido carbonico per formare il carbonato di calcio acido, Ca (HCO 3 ) 2, che, a differenza della calcite, si dissolve facilmente in acqua. Questo è il motivo per cui alcuni calcari sono così inclini alla dissoluzione.
Le reazioni reversibili tra anidride carbonica, acqua e carbonato di calcio sono complesse. In sostanza, il processo può essere riassunto come segue:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔Ca 2 + + 2HCO 3 -
Idrolisi
In generale, l'idrolisi - la decomposizione chimica dovuta all'azione dell'acqua - è il principale processo di alterazione chimica. L'acqua può abbattere, dissolvere o modificare i minerali primari sensibili nelle rocce.
In questo processo l'acqua dissociata in cationi idrogeno (H + ) e anioni idrossilici (OH - ) reagisce direttamente con i minerali silicati nelle rocce e nei terreni.
Lo ione idrogeno viene scambiato con un catione metallico dei minerali di silicato, comunemente potassio (K + ), sodio (Na + ), calcio (Ca 2 +) o magnesio (Mg 2 + ). Il catione rilasciato si combina quindi con l'anione idrossile.
Ad esempio, la reazione per l'idrolisi del minerale chiamato ortoclasio, che ha la formula chimica KAlSi 3 O 8 , è la seguente:
2KAlSi 3 O 8 + 2H + + 2OH - → 2HAlSi 3 O 8 + 2KOH
Quindi l'ortoclasio viene convertito in acido alluminosilicico, HAlSi 3 O 8 e idrossido di potassio (KOH).
Questo tipo di reazione gioca un ruolo fondamentale nella formazione di alcuni rilievi caratteristici; ad esempio, sono coinvolti nella formazione del rilievo carsico.
Agenti atmosferici biologici
Alcuni organismi viventi attaccano le rocce meccanicamente, chimicamente o mediante una combinazione di processi meccanici e chimici.
Impianti
Le radici delle piante, in particolare quelle degli alberi che crescono su letti rocciosi piatti, possono esercitare un effetto biomeccanico.
Questo effetto biomeccanico si verifica quando la radice cresce, poiché la pressione da essa esercitata sull'ambiente circostante aumenta. Questo può portare alla frattura delle rocce del letto radicolare.
Meteorizzazione biologica. Tetrameles nudiflora cresce sulle rovine di un tempio ad Angkor, in Cambogia. Fonte: Diego Delso, delso.photo, Licenza CC-BY-SA tramite https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG
licheni
I licheni sono organismi costituiti da due simbionti: un fungo (micobionte) e un'alga generalmente cianobatteri (ficobionti). Questi organismi sono stati segnalati come colonizzatori che aumentano l'erosione delle rocce.
Ad esempio, è stato scoperto che lo Stereocaulon vesuvianum è installato sulle colate laviche, riuscendo a migliorare il suo tasso di erosione fino a 16 volte rispetto alle superfici non colonizzate. Queste tariffe possono raddoppiare in luoghi umidi, come le Hawaii.
È stato anche notato che quando i licheni muoiono, lasciano una macchia scura sulle superfici rocciose. Questi punti assorbono più radiazioni rispetto alle aree luminose circostanti della roccia, favorendo così l'invecchiamento termico o la termoclastica.
Mytilus edulis una cozza noiosa. Fonte: Andreas Trepte, da Wikimedia Commons
organismi marini
Alcuni organismi marini raschiano la superficie delle rocce e le perforano, favorendo la crescita delle alghe. Questi organismi penetranti includono molluschi e spugne.
Esempi di questo tipo di organismi sono la cozza azzurra (Mytilus edulis) e il gasteropode erbivoro Cittarium pica.
Il lichene Stereocaulon vesuvianum è un colonizzatore installato nelle colate laviche, nelle Isole Canarie Fuerteventura e Lanzarote in Spagna. Fonte: Lairich Rig tramite https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg
chelazione
La chelazione è un altro meccanismo di alterazione degli agenti atmosferici che comporta la rimozione di ioni metallici e, in particolare, ioni di alluminio, ferro e manganese dalle rocce.
Ciò si ottiene legandosi e sequestrando da acidi organici (come acido fulvico e acido umico), per formare complessi solubili materia organica-metallo.
In questo caso, gli agenti chelanti provengono dai prodotti di decomposizione delle piante e dalle secrezioni dalle radici. La chelazione incoraggia gli agenti atmosferici chimici e il trasferimento di metalli nel suolo o nella roccia.
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