Meteorizzazione
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
La meteorizzazione (traduzione del termine weathering inglese) è il processo di disintegrazione e alterazione delle rocce, affioranti sulla superficieterrestre e dei minerali, attraverso contatto diretto o indiretto con l'atmosfera. Il termine indica un fenomeno che avviene 'in situ' o 'senza movimento', quindi da non confondere con l'erosione, dovuto a movimenti e disintegrazione di rocce e minerali per effetto dell'azione e del contatto con acqua, vento e forza di gravità.
Indice |
[modifica] Introduzione
La meteorizzazione viene classificata attraverso due processi:
- il primo è di tipo meccanico o fisico: le rocce e la terra vengono disintegrate attraverso il contatto diretto con l'atmosfera , la dilatazione termica, l'acqua, il ghiaccio e variazioni di pressione;
- il secondo è di tipo chimico, e avviene attraverso l'aggressione chimica e/o biologica di elementi chimici/biologici che disgregano le rocce.
I prodotti dovuti alla frantumazione, dopo i processi di meteorizzazione chimica, della successiva sedimentazione minerale e della percolazione, si combinano con il materiale organico formando il suolo. I minerali ivi contenuti provengono da materiali originali, così il suolo derivato da un unico tipo di roccia, è spesso insufficiente per garantirne una buona fertilità, mentre un suolo derivante da una combinazione di diversi tipi di roccie meteorizzate, (sedimenti glaciali, eoliani, o alluvionali) è fertile.
[modifica] Meteorizzazione fisica o meccanica
La meteorizzazione meccanica avviene a causa della disintegrazione delle rocce o del legno. Per la maggior parte del tempo questo meccanismo produce frammenti detti ghiaioni o falda detritica simile alla meteorizzazione chimica. Tuttavia questi processi, spesso si alternano in sequenza. Per esempio : la frantumazione dovuta alla meteorizzazione meccanica incrementa la superficie esposta all'azione chimica. Inoltre, l'azione chimica nel minerale frantumato è in grado di accelerare il processo di disintegrazione meccanica.
[modifica] Espansione termica o termoclastismo
In Geologia l'espansione termica è conosciuta come meteorizzazione a buccia di cipolla, avviene spesso in aree ad elevata temperatura, come nei deserti, luoghi sottoposti a una grande escursione termica. Le temperature durante il giorno aumentano rapidamente, mentre si abbassano a pochi gradi sopra lo zero durante la notte. Durante il giorno la roccia viene sottoposta a riscaldamento con conseguenze dilatazione , mentre durante la notte si contrae. La sollecitazione si manifesta comunque spesso negli strati più esterni. Lo stress causa il distacco degli strati più esterni delle rocce in fogli sottili. Anche se questo processo avviene a causa del cambiamento di temperatura, l'espansione termica non può avvenire senza la presenza di un sufficiente grado di umidità.
[modifica] Il ciclo Disgelo - Congelamento
Il ciclo disgelo-congelamento, che puo' avvenire anche con una ritmicita' diurna-notturna, conosciuto anche come crescita dei cristalli di ghiaccio o ghiaccio incuneato, avviene quando l'acqua si insinua nelle fessure aperte delle pietre, quindi congela espandendo il suo volume. L'espansione può esercitare una pressione fino a 21 megapascal (Mpa). Questa pressione è spesso maggiore della resistenza di molte rocce causandone la conseguente rottura. Questo ciclo avviene soprattutto in presenza di elevata umidità e frequenti escursioni termiche sopra e sotto zero. Quando l'acqua congela in una fessura, il ghiaccio dilatandosi deforma il punto di giunzione aumentando di fatto la dimensione della frattura, fino a renderla definitiva, con la completa rottura. Questo processo avviene in quanto il volume dell'acqua ghiacciata è maggiore del 9% rispetto al volume dell'acqua a temperatura ambiente. Quando il ghiaccio si scioglie, l'acqua può ulteriormente penetrare nella roccia. Poi, quando la temperatura va nuovamente sottozero l'acqua congela di nuovo causando un'ulteriore allargamento della frattura.
Cicli ripetuti di disgelo - congelamento indeboliscono la roccia, fino al punto di disgregarla in diversi frammenti chiamati falda detritica. I frammenti di queste rocce si disgregano sempre di più in funzione della loro struttura interna. Possono anche formarsi cristalli di ghiaccio in rocce porose. Questi cristalli aumentano sempre più attirando l'acqua dai pori circostanti. Il ghiaccio crescendo indebolisce la roccia, che finalmente si frantuma. Il gesso, per esempio è una roccia porosa suscettibile all'azione di congelamento.
[modifica] Rilascio di pressione
Nel rilascio di pressione, materiali sovrapposti (non necessariamente rocce) sono rimossi (dall'erosione, o da altri processi ); questo causa l'espansione delle rocce sottostanti in fratture parallele alla superficie. Il materiale posto sopra tali rocce è pesante subisce una tale pressione che può contribuire anche al movimento dei ghiacciai. Il rilascio di pressione può anche provocare azioni di esfoliazione.
Le rocce ignee intrusive, per esempio il granito, si formano nella profondità della terra. Sono sottoposte ad una tremenda pressione a causa del materiale sovrastante. Quando l'erosione rimuove tali strati, la pressione diminuisce e tali rocce possono venire alla luce. La parte esterna di tali rocce poi tende ad espandersi. L'espansione provoca una tensione che genera delle fratture parallele lungo la superficie della roccia. Con il tempo, veri e propri 'fogli' di roccia si staccano dalla roccia esposta lungo le fratture.
[modifica] Azione idraulica
Avviene nel momento in cui l'acqua (generalmente a causa di potenti onde) si infiltra rapidamente nelle crepe della roccia, intrappolando uno strato d'aria nella parte inferiore, comprimendosi e indebolendo la roccia. Quando l'acqua si ritrae, l'aria intrappolata viene improvvisamente rilasciata con forza esplosiva. Questa azione indebolisce la roccia allargando la stessa frattura, il processo peggiora sempre più, consentendo ad una maggior quantità d'aria di penetrare durante l'onda successiva. Questo sistema di feeback positivo, è la causa principale dell'indebolimento e rapida disgregazione delle scogliere marine.
[modifica] La cristallizzazione del sale
La cristallizzazione produce la disintegrazione delle rocce nel momento in cui (vedi salsedine) una soluzione salina si infiltra nelle fratture ed evapora, lasciando all'interno cristalli di sale. Questi all'aumentare della temperatura, esercitano una pressione sulla roccia confinante.
La cristallizzazione del sale, può aver luogo quando una soluzione decompone le rocce, per esempio, calcare e gesso, per formare una soluzione di solfato di sodio o carbonato di sodio, che evapora per formare i rispettivi cristalli.
I sali che hanno un potente effetto nel disintegrare le rocce sono : il solfato di sodio, il solfato di magnesio, e ilcloruro di calcio.Alcuni di questi sono in grado di dilatare il proprio volume anche di tre volte.
[modifica] L'azione dagli organismi viventi
Anche gli organismi viventi possono contribuire alla disgregazione meccanica delle rocce. I licheni e il muschio crescono essenzialmente sulla superficie delle rocce allo scopo di creare un microambiente chimicamente più umido. L'aderenza di tali organismi alle rocce, intensifica sia l'azione fisica che chimica, creando delle microfratture nella loro struttura. Su larga scala il germogliare dei semi e la crescita nelle microfratture di piccole radici esercitano una pressione fisica e creano una via di scorrimento per successive infiltrazioni chimiche e di acqua.
I buchi scavati dagli animali e dagli insetti disturbano lo strato di terra adiacente la superficie della roccia incrementando l'azione dell'acqua e degli acidi esponendola ad un processo di ossidazione.
Un altro esempio ben conosciuto di disgregazione causata all'azione degli animali è dovuto alle Foladi una specie di molluschi bivalvi. Questi animali sono in grado di 'perforare' le rocce carbonifere, come avviene nelle scogliere in calcaree di Capo Flamborough, nello Yorkshire ; questi fori rappresentano un ulteriore minaccia all'integrità delle scogliere. Un esempio può osservare al sito Le Foladi di Capo Flamborough.
[modifica] Disgregazione chimica
Le rocce ignee e metamorfiche sono costituite da minerali formatisi chimicamente stabili entro determinate campi di valori di temperatura e pressione e di composizione chimica dei fluidi associati, le stesse considerazioni sono applicabili ai minerali che precipitando formano il cemento delle rocce sedimentarie solidificate. L' affioramento di queste rocce sulla superficie terrestre di conseguenza sottopone queste rocce ad una condizione di disequilibrio chimico-fisico, in cui i minerali presenti reagiscono con trasformazioni comunemente definite come alterazioni della roccia.
Questa disgregazione chimica di conseguenza produce il cambiamento nella composizione della roccia causando la 'distruzione' sia della sua forma esterna.
[modifica] Dissoluzione
Vi sono tre gas presenti nell'atmosfera che principalmente possono causare un processo di meteorizzazione. Il biossido di zolfo, o2, prodotto dalle eruzioni vulcaniche o proveniente dai combustibili fossili, è in grado di trasformasi in acido solforico e, cadendo al suo attraverso la pioggia causare la disgregazione in soluzione delle rocce. Anche l'azoto atmosferico, trasformandosi in acido nitrico può causare la disgregazione in soluzione delle rocce. Tuttavia uno dei processi di disgregazione in soluzione delle rocce è la conversione in carbonati, nel quale è coinvolto il biossido di carbonio proveniente dalle emissioni inquinanti.
La conversione in carbonati avviene nelle rocce contenenti carbonato di calcio come le rocce calcaree e il gesso. Questo avviene quando la pioggia si combina con il biossido di carbonio o con un acido organico per formare un acido debole,l'acido carbonico che reagisce con il carbonato di calcio (il calcare) per formare uno ione Ca++ e due ioni HCO3- in soluzione. Essi non si legano a formare il bicarbonato di calcio perché esso esiste solo in soluzione, non allo stato solido. Questo processo accelera con il diminuire della temperatura divenendo la causa principale della disgregazione meteorica.
La reazione è la seguente :
-
- CO2 + H2O ⇌ H2CO3
- biossido di carbonio + acqua -> acido carbonico
-
- H2CO3 + CaCO3 ⇌ Ca++ + 2(HCO3)-
- acido carbonico + carbonato di calcio -> ione calcio + 2 ioni di acido carbonico
[modifica] Idratazione
L'idratazione è una forma di disgregazione chimica che necessita di un forte legame di ioni idrogeno H+ e OH- tra gli atomi e le molecole del minerale. Quando l'acqua penetra nelle rocce, incrementa di volume, causando stress fisico all'interno della roccia. L'ossido di ferro viene convertito in idrossido di ferro. Esempio : Deformazione della superficie, esfoliazione.Idratazione delle forme anidritiche del gesso.
[modifica] Idrolisi
L'idrolisi ha luogo quando acqua silicea si combina con la rocce, per formare minerali come i pirosseni, gli anfiboli e i feldspati. Per esempio i feldspati, si trovano nelle rocce tipo il granito, reagiscono con l'acqua silicea per formare caolino, argilla e quarzo. Gli ioni solubili vengono rimossi.
[modifica] Ossidazione
Nel processo di disgregazione chimica ambientale dovuta all'ossidazione si formano diversi metalli. La più comune di queste è l'ossidazione del Ferro , Fe2+ in combinazione con l' ossigeno e acqua per formare Fe3+ idrossidi e ossidi, come la geotite, la limonite e l'ematite. Questo da alle superficie delle rocce coinvolte nel processo, la caratteristica colorazione colore rosso-marrone, che sbriciola facilmente la roccia, accelerandone il processo di di disgregazione. Questo processo è il ben conosciuto con il nome ruggine.
[modifica] Biologica
Alcune piante e animali sono in grado di creare disgregazione chimica attraverso la produzione di composti acidi. La forma più conosciuta avviene mediante la produzione di 'composti chelanti', acidi prodotti dagli alberi in grado di separare chimicamente dal suolo l'alluminio e il ferro, elementi tossici, rendendo più facile il loro dilavamento in caso di piogge, e più difficile la crescita degli alberi stessi. Produzioni estreme di elementi chelanti posso facilmente attaccare le rocce ed il suolo e portare ad una podsolizzazione dei terreni.
