La meteorización de las rocas: física y química.

Después de leer este artículo, aprenderá sobre la meteorización física y química de las rocas.

La meteorización mecánica o la meteorización física:

La intemperie mecánica o física se refiere a cambios que involucran solo la forma. Debido a este tipo de intemperie, las masas sólidas grandes pueden romperse en fragmentos sueltos que varían en tamaño y forma pero manteniendo su composición original. Tales procesos que rompen las rocas sin cambiar su composición química se llaman meteorización física o mecánica.

La meteorización mecánica puede ser de dos tipos a saber. Desintegración de bloques y desintegración granular. La desintegración de bloques tiene lugar debido al desarrollo de uniones que rompen la masa de roca en varios bloques o fragmentos individuales más pequeños. La desintegración granular tiene lugar debido a la pérdida de cohesión entre las partículas individuales, lo que hace que la roca se convierta en piezas granulares incoherentes.

La desintegración granular se limita a las rocas de grano grueso y afecta a rocas particulares como los granitos de textura gruesa. La desintegración de bloques afecta a las rocas de todas las texturas y es particularmente visible en las variedades de textura más fina. Además del bloqueo y la desintegración granular, el impacto y la abrasión también pueden causar la desintegración de las rocas.

La intemperie física puede deberse a lo siguiente:

(i) Expansión térmica diferencial.

(ii) Variaciones de temperatura

(iii) Socavando

(iv) Abrasión, esmerilado e impacto.

(v) Exfoliación

(vi) Acción helada.

(vii) Acción vegetal y animal.

(viii) Descarga de presión.

1. Expansión térmica diferencial:

Los minerales en una roca tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. Debido al aumento en la temperatura se configurarán tensiones diferenciales. Esto conducirá a la desintegración granular de minerales y rocas. El mineral de color oscuro tiene una mayor tasa de absorción de calor que los minerales de color claro. Esto también puede contribuir a la formación de estrés que puede provocar grietas.

2. Variaciones de temperatura:

Las rocas se someten a calentamiento y enfriamiento repetidos debido a los cambios diurnos y estacionales de las temperaturas. Durante el período de calor intenso, las capas externas de la masa rocosa se expanden introduciendo tensiones de tracción. Esto puede causar una separación paralela a la superficie de la roca. Cuando hay una caída considerable de la temperatura, el material cerca de la superficie se contrae más y esto da lugar a fisuras radiales.

3. Socavando:

La erosión por los ríos y el mar puede conducir a caídas de rocas y deslizamientos de tierra que pueden causar fracturas de rocas. Esto es común a lo largo de las costas marinas donde se produce la remoción de arcilla de debajo de las calizas superpuestas. La descomposición a gran escala también puede deberse a la erosión del viento en lechos blandos en niveles más bajos, lo que hace que las rocas más duras caigan al pie de los acantilados.

4. Abrasión, esmerilado e impacto:

Estas tres operaciones reducen el tamaño de las partículas. La abrasión es típica de la acción de frotamiento de las masas de hielo cargadas de escombros que pasan sobre el suelo de una roca. La molienda es el efecto producido por pequeños fragmentos atrapados entre los más grandes y triturados hasta casi la harina de roca. Tales acciones son probables a lo largo de los canales de los ríos y costas. El impacto se refiere a la colisión repentina de cuerpos rocosos que conduce a la formación de escamas y astillado formando fragmentos.

5. Exfoliación:

Esto se refiere a la reducción o desprendimiento de conchas sucesivas de la superficie de la roca. La exfoliación se observa en rocas de grano grueso que contienen feldespato. Cuando la superficie de la roca se moja, la humedad penetra en los poros y las grietas entre los granos minerales y reacciona con el feldespato. Como consecuencia de la reacción química, se forma una nueva sustancia, a saber, el caolín, que es una forma de arcilla.

Esta arcilla tiene un volumen mayor que el feldespato originalmente presente. Esta expansión hace perder los granos minerales circundantes. Como resultado de esta acción, una capa delgada de material de superficie se desprende (tenga en cuenta que esto es un proceso físico por un cambio químico). Este proceso se repite debido a humedecimientos sucesivos de la superficie de la roca.

6. Acción helada:

La acción de las heladas se debe a una propiedad de contraste del agua. Sabemos que la mayoría de los materiales se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Esto se aplica al agua, excepto que cuando el agua se enfría de 4 ° C a 0 ° C, se expande.

La extensión de la expansión es mayor a 0 ° C, ya que se solidifica en hielo, aumentando el volumen en un 9%. Tal expansión de agua a medida que se enfría y solidifica puede ejercer enormes fuerzas produciendo tensiones de muchos miles de Newton por milímetro cuadrado. Cuando el agua de lluvia, la nieve derretida o la condensación se filtran en los poros o grietas de las rocas, a medida que la temperatura desciende por debajo del punto de congelación, el agua que se filtra en las grietas y poros se convierte en hielo.

El hielo que se expande ejerce una enorme presión contra la roca que lo limita, actuando como una cuña y ensancha y extiende la abertura. Después de eso, cuando el hielo se derrite, el agua se filtra más profundamente en la abertura. A medida que el agua se vuelve a congelar, el proceso se repite. Tal descongelación y congelación repetidas del agua, es decir, la acción de las heladas rompe la roca.

La acción de escarcha es prominente cuando la roca de la cama está expuesta directamente a la atmósfera y donde existe humedad y la temperatura fluctúa a menudo por encima y por debajo del punto de congelación del agua.

Tal condición existe en invierno en climas templados y también puede ocurrir en las cimas de las montañas y también en regiones de gran altura en primavera u otoño. Las temperaturas diurnas se elevan por encima del punto de congelación causando que la nieve y el hielo se derritan y, a medida que la temperatura desciende por debajo del punto de congelación durante la noche, se produce una acción de heladas.

Debido a la acción de las heladas en los acantilados, los fragmentos rotos sueltos caen a la base del acantilado. A medida que este proceso continúa, una pila de fragmentos llamada Talud se acumula en la base del acantilado. Los pozos en las carreteras en regiones frías se deben a la acción de las heladas en las superficies expuestas de las carreteras.

7. Acción vegetal y animal:

Las rocas pueden descomponerse en pedazos más pequeños por la interacción en ellas de las plantas y los animales. Cuando una roca desarrolla grietas, pequeñas partículas de roca y el suelo son arrastrados por la lluvia o el viento. Si una semilla cae en una grieta, puede germinar y crecer para convertirse en una planta.

Tal planta puede enviar sus raicillas a las profundidades de las rocas en busca de agua. A medida que las raicillas en crecimiento se espesan, presionan contra los lados de la grieta y durante un período de tiempo pueden romper la roca. Las raíces de plantas diminutas, como los líquenes y los musgos, producen un ácido que disuelve las rocas a medida que crecen y se descomponen acelerando aún más la descomposición de las rocas.

Los animales (con excepción de los humanos) también contribuyen a la erosión de las rocas. Las lombrices de tierra pueden traer partículas a la superficie. Estas partículas se exponen a la atmósfera y se someten a una mayor descomposición. Las hormigas, las termitas, los lunares y estos animales excavadores pueden causar la intemperie. Las madrigueras creadas por ellos permiten que el aire y el agua penetren para causar el desgaste de la roca subyacente.

Los humanos también han contribuido a la meteorización física. La extracción de rocas, la minería a cielo abierto son ejemplos de actividades humanas donde se rompen rocas. Además, tales actividades exponen enormes cantidades de roca fresca a otros procesos de intemperismo.

8. Descarga de presión (liberación de presión):

Las rocas formadas a grandes profundidades están bajo alta presión. En ellos se desarrollan tensiones de compresión muy altas que no se pueden liberar debido a la presión.

Ciertas fuerzas dentro de la Tierra traen estas rocas a la superficie y, en tales situaciones, la presión se libera, lo que lleva a la expansión y liberación de estrés. En este proceso, las rocas desarrollan grandes grietas o uniones donde son débiles. La descarga también puede tener lugar cuando los glaciares muy pesados ​​se derriten y se libera la presión.

Nota: la meteorización física expone grandes áreas de superficie necesarias para que tenga lugar la actividad química.

La meteorización química de las rocas:

La meteorización química es un proceso en el que las rocas se descomponen cambiando sus composiciones químicas. La mayoría de las rocas se forman en un entorno muy diferente del que prevalece en la superficie de la tierra. Muchas de las sustancias presentes en la atmósfera no están presentes en el ambiente donde se forman las rocas.

Por lo tanto, cuando el mineral de la roca está expuesto a la sustancia de la atmósfera, se producen reacciones químicas que resultan en la formación de nuevos compuestos, cuyas propiedades difieren de las de los minerales originales. Estos cambios debilitan la estructura de la roca y, como consecuencia, la roca se rompe por el desgaste físico.

Vale la pena observar las siguientes características generales de las reacciones químicas en el contexto de diferentes entornos de intemperismo.

(i) Las reacciones químicas tienden a ocurrir más rápidamente a temperaturas más altas.

(ii) Para una reacción eficiente, los reactivos deben reunirse rápida y fácilmente y los productos deben retirarse. En la naturaleza, el agua generalmente suministra los reactivos a las superficies minerales y elimina los productos de reacción.

(iii) Cuanto más pequeños sean los granos que reaccionan, más rápidamente se completarán las reacciones químicas. Todos los factores anteriores desempeñan un papel en el proceso de meteorización química. El clima local controla la temperatura promedio de la reacción y el suministro de agua para la reacción.

El tamaño de grano de los reactivos minerales depende en gran medida del proceso de desgaste mecánico (desintegración) de las rocas, así como de la abrasión y la rotura durante el transporte. El tiempo disponible para las reacciones a la intemperie depende de la tasa de erosión y, por lo tanto, de la tasa de levantamiento o hundimiento.

Si la erosión o la deposición se producen rápidamente, las reacciones de la intemperie se interrumpirán porque los sedimentos se enterrarán y se eliminarán del medio ambiente; Si la erosión o la deposición se producen lentamente, las reacciones a la intemperie pueden continuar durante más tiempo.

El desgaste químico se produce principalmente por el oxígeno, el dióxido de carbono y el agua.

1. La oxidación:

Oxidación significa la combinación de oxígeno con otras sustancias. Este es un proceso químico importante de meteorización. La mayoría de los minerales que contienen hierro como Magnetita, Anfibol de Pirita. Las biotitas son fácilmente afectadas por el oxígeno, de las cuales la hematita (Fe 2 O 3 ) y la magnetita (Fe 3 O 4 ) son muy comunes.

La presencia de agua durante la oxidación puede provocar otra reacción. Se puede formar un compuesto de hierro, oxígeno y agua llamado goetita. Goethita es de color marrón amarillento en color. Cuando la goetita se deshidrata, se forma hematita. La presencia de hematita o goetita en los suelos da un color marrón rojizo o amarillo.

Oxidación del óxido de hierro en presencia de agua:

Deshidratación de goethita

La oxidación provoca la descomposición de la roca debido al siguiente efecto. Cuando el oxígeno se combina con el hierro, los enlaces químicos entre el hierro y otros elementos se rompen, lo que debilita la estructura. Incluso el aluminio y el silicio, cuando se someten a oxidación, forman óxidos que pueden debilitarse.

2. Hidratación, hidrólisis, solución:

El agua presente en la superficie de la tierra es un agente importante de la meteorización química. Una reacción del agua con otra sustancia se llama hidratación.

Ej: Hidratación de la anhidrita para formar yeso.

El agua también puede romperse en iones de hidrógeno (H +) e iones de hidróxido (OH-). Si estos iones reemplazan los iones del mineral, la reacción se llama hidrólisis. Los minerales comunes que se someten a hidrólisis son feldespato, anfíbol y biotita. Este proceso resulta en hinchazón y desmenuzamiento en polvo.

El agua puede disolver la materia de roca y provocar la intemperie. Este proceso se llama meteorización por solución. La halita (sal de roca) y el yeso son ejemplos de minerales solubles en agua. A medida que el agua disuelve lentamente algunos minerales de la roca, los minerales de las rocas circundantes quedan expuestos a la intemperie.

En algunos casos, la estructura de la roca puede debilitarse debido a las cavidades vacías creadas que llevan al desmoronamiento de la roca. Los minerales disueltos en solución pueden reaccionar químicamente entre sí para formar nuevos compuestos. Si los compuestos resultantes son insolubles en agua, pueden precipitarse.

3. Carbonatación:

La combinación química de dióxido de carbono con otra sustancia se llama carbonatación. El dióxido de carbono en estado gaseoso puede no tener efecto en las rocas. Pero, cuando el dióxido de carbono entra en contacto con el agua, se forma ácido carbónico que puede actuar sobre minerales de roca comunes. Los minerales que contienen sodio, potasio, magnesio y calcio son afectados por el ácido carbónico para formar carbonatos.

La calcita mineral se ve gravemente afectada por el ácido carbónico a casi la destrucción. La piedra caliza se disuelve totalmente por el ácido carbónico presente en las aguas subterráneas o de lluvia. A medida que las aguas subterráneas que contienen ácido carbónico se filtran a través de rocas formadas por calcita, se forman cavernas espectaculares, debido a la formación de agujeros muy grandes.

4. Otro factor químico:

También hay otros ácidos además del ácido carbónico que atacan rocas y minerales. Algunos de estos ácidos se producen durante la descomposición de la materia orgánica. Algunos ácidos se producen en forma de productos de desecho de ciertas plantas y animales. Estos ácidos se disuelven en el agua de lluvia y se filtran por el suelo hasta llegar a la roca y actúan químicamente con la roca.

Algunas plantas primitivas, como los líquenes, pueden crecer en la roca desnuda cuando la roca está húmeda y permanecen latentes cuando la roca está seca, la secreción de los líquenes corroe la superficie de la roca y disuelve los nutrientes minerales que aflojan las partículas minerales. Las partículas minerales sueltas junto con el polvo se acumulan en las grietas de la roca. Algunas semillas pueden penetrar en estas partículas del suelo y crecer, lo que lleva a un mayor desgaste físico.

Las actividades humanas también se convierten en fuentes de ácidos que pueden causar la erosión de las rocas. Hogares, automóviles, autobuses, camiones, etc. liberan grandes cantidades de gases residuales y otros contaminantes a la atmósfera. Muchos de estos, como los óxidos de nitrógeno y azufre, reaccionan químicamente con el agua para formar ácidos reactivos.

Las bacterias también pueden ejercer una influencia importante en la promoción de la desintegración y descomposición de las rocas. Se sabe que algunos de ellos producen ácido nítrico que puede actuar químicamente sobre las rocas. Las bacterias microscópicas penetran en cada pequeña grieta producida por las agencias atmosféricas y durante los largos períodos de tiempo provocan la desintegración de las rocas superficiales, su período de actividad se limita a los meses de verano.

Se han observado en rocas de caracteres muy diferentes, como granitos, esquistos, calizas, areniscas, rocas volcánicas y en picos de alta montaña, así como en niveles más bajos. También se informa que cierta variedad de hormigas vierten continuamente ácido carbónico en el suelo, lo que conduce a la intemperie.

Ciertas otras especies de hormigas conocidas como saubas o sauvas viven en grandes colonias, excavadas en la tierra, donde excavan cámaras con galerías que irradian en todas direcciones en las que llevan grandes cantidades de hojas.

En las regiones de complejos industriales, los ácidos se encuentran en cantidades alarmantes. El agua en las precipitaciones en estas regiones contiene una cantidad considerable de ácido y la lluvia a menudo se llama lluvia ácida. Las rocas pueden degradarse y degradarse por la acción de la lluvia ácida. La lluvia ácida también puede descomponer las estructuras hechas por el hombre y puede dañar la vida vegetal y animal.

Formas de meteorización química:

1. Solución a la intemperie:

Esta es otra forma de meteorización química. Esto ocurre cuando los minerales se disuelven en el agua (ir en solución). Esto sucede porque algunos tipos de roca se disuelven fácilmente en el agua de lluvia. La meteorización por solución típicamente produce superficies festoneadas más bien lisas. Por ejemplo, la calcita blanda y el yeso a menudo muestran evidencia de la intemperización de la solución.

2. La meteorización esferoidal:

La meteorización esferoidal se refiere a la alteración de los bloques de roca de las juntas progresivamente hacia adentro desde sus bordes. La región del borde de las fracturas de la roca se convierte parcial o totalmente en arcilla u otros productos.

Mientras que las regiones interiores de la roca permanecen relativamente frescas y sólidas, los exteriores están sujetos a expansiones diferenciales y el material en esta región se afloja a lo largo de las juntas concéntricas. Los núcleos formados varían en tamaño desde el canto rodado hasta las piedras. Se redondean por la intemperie. Este tipo de meteorización se debe a la roca sometida a meteorización mecánica y química.

Primero se dividen las rocas desarrollando las articulaciones. Los bloques separados de la roca sufren un desgaste químico debido a que los bordes y las superficies de los bloques separados individuales sufren corrosión. Como consecuencia, los bloques separados se cambian en bloques redondeados.

3. La meteorización diferencial:

A menudo observamos en muchas capas de rocas cortadas / cortadas en la carretera, que se encuentran a la intemperie a diferentes ritmos, lo que hace que el cultivo se vea como una pila desigual de rocas planas. Esto se llama meteorización diferencial.

Esto ocurre cuando las capas en un afloramiento contienen más de un tipo de roca, por ejemplo, ciertos ambientes marinos antiguos pueden depositar capas separadas de arena y limo, creando una cosecha de arenisca y pizarra. Cuando estos dos tipos de clima de roca, el resultado es a menudo un clima diferencial, en el que las areniscas son más resistentes a la intemperie que las lutitas.