Alterazione delle rocce: fisica e chimica

Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere l'alterazione fisica e chimica delle rocce.

Agenti atmosferici meccanici o agenti atmosferici:

L'alterazione meccanica o fisica si riferisce a modifiche che riguardano solo la forma. A causa di questo tipo di agenti atmosferici, grandi masse solide possono rompersi in frammenti sciolti di dimensioni e forme diverse mantenendo la loro composizione originale. Tali processi che abbattono le rocce senza modificare la loro composizione chimica sono chiamati agenti atmosferici fisici o meccanici.

L'invecchiamento meccanico può essere di due tipi vale a dire. blocco disintegrazione e disintegrazione granulare. La disintegrazione del blocco avviene a causa dello sviluppo di giunture che spezzano la massa rocciosa in un numero di singoli blocchi o frammenti più piccoli. La disintegrazione granulare ha luogo a causa della perdita di coesione tra le singole particelle che rendono la roccia in pezzi granulari incoerenti.

La disintegrazione granulare è limitata alle rocce a grana grossa e colpisce le rocce particolari come i graniti a grana grossa. La disintegrazione del blocco colpisce le rocce di tutte le trame e risulta particolarmente evidente nelle varietà a tessitura più fine. Oltre al blocco e alla disintegrazione granulare, anche l'impatto e l'abrasione possono causare la disintegrazione delle rocce.

L'esposizione agli agenti atmosferici può essere dovuta a quanto segue:

(i) Espansione termica differenziale

(ii) variazioni di temperatura

(iii) indebolimento

(iv) Abrasione, macinazione e impatto

(v) esfoliazione

(vi) Azione di gelo

(vii) Azione per piante e animali

(viii) Scarico della pressione

1. Espansione termica differenziale:

I minerali in una roccia hanno coefficienti di dilatazione termica variabili. A causa dell'innalzamento della temperatura, saranno predisposti degli sforzi. Ciò porterà alla disintegrazione granulare di minerali e rocce. I minerali di colore scuro hanno una maggiore velocità di assorbimento del calore rispetto ai minerali di colore chiaro. Questo può anche contribuire alla formazione di stress che può portare a crepe.

2. Variazioni di temperatura:

Le rocce sono soggette a riscaldamento e raffreddamento ripetuti a causa di cambiamenti di temperatura diurni e stagionali. Durante il periodo di calore intenso gli strati esterni della massa rocciosa si espandono introducendo tensioni di trazione. Ciò potrebbe causare una separazione parallela alla superficie della roccia. Quando c'è un notevole calo di temperatura, il materiale vicino alla superficie si contrae di più e questo si traduce in fessure radiali.

3. Indebolimento:

L'erosione dei fiumi e del mare può portare a cadute di massi e frane che possono causare fratture. Questo è comune lungo le coste del mare dove si verifica la rimozione di argilla dal sottostante calcare sovrastante. L'abbattimento su larga scala può anche derivare dall'erosione del vento di letti morbidi a livelli più bassi, con la conseguente caduta di rocce più dure ai piedi delle scogliere.

4. Abrasione, molatura e impatto:

Queste tre operazioni riducono la dimensione delle particelle. L'abrasione è tipica dell'azione di sfregamento di masse di ghiaccio carichi di detriti che passano su un pavimento roccioso. La macinazione è l'effetto prodotto da piccoli frammenti che vengono catturati tra quelli più grandi e che vengono macinati fino a diventare quasi farina di roccia. Tali azioni sono probabilmente lungo i canali fluviali e lungo le coste. L'impatto si riferisce all'improvvisa collisione di corpi rocciosi che porta alla desquamazione e alla frammentazione dei frammenti.

5. Esfoliazione:

Questo si riferisce al ridimensionamento o al distacco di gusci successivi dalla superficie della roccia. L'esfoliazione si osserva in rocce a grana grossa contenenti feldspato. Quando la superficie della roccia si bagna, l'umidità penetra nei pori e nelle fessure tra i grani minerali e reagisce con il feldspato. Come conseguenza della reazione chimica, si forma una nuova sostanza, il caolino, che è una forma di argilla.

Questa argilla ha un volume maggiore rispetto al feldspato originario. Questa espansione fa perdere i grani minerali circostanti. Come risultato di questa azione, un sottile guscio di materiale superficiale si sfalda (Si noti che questo è un processo fisico causato da un cambiamento chimico). Questo processo viene ripetuto a causa di successivi bagni della superficie rocciosa.

6. Azione gelo:

L'azione del gelo è dovuta a una proprietà contrastante dell'acqua. Sappiamo che la maggior parte dei materiali si espande quando viene riscaldata e contratta quando viene raffreddata. Questo è vero per l'acqua tranne che quando l'acqua viene raffreddata da 4 ° C a 0 ° C si espande.

L'estensione dell'espansione è maggiore a 0 ° C mentre si solidifica in ghiaccio, il volume aumenta del 9%. Tale espansione dell'acqua mentre si raffredda e solidifica può esercitare enormi forze producendo tensioni di molte migliaia di Newton per millimetro quadrato. Quando l'acqua piovana, la neve sciolta o la condensa penetrano nei pori o nelle fessure delle rocce, quando la temperatura scende sotto il punto di congelamento, l'acqua che filtra nelle fessure e nei pori, si trasforma in ghiaccio.

Il ghiaccio in espansione esercita un'enorme pressione contro la roccia confinante, agendo come un cuneo e allarga e estende l'apertura. Successivamente, quando il ghiaccio si scioglie, l'acqua penetra più in profondità nell'apertura. Mentre l'acqua si raffredda, il processo si ripete. Tale ripetuto scongelamento e congelamento dell'acqua, ad esempio l'azione del gelo, rompono la roccia.

L'azione del gelo è prominente dove la roccia del letto è direttamente esposta all'atmosfera e dove l'umidità esiste e la temperatura fluttua spesso sopra e sotto il punto di congelamento dell'acqua.

Tale condizione esiste in inverno in climi temperati e possono verificarsi anche sulle cime delle montagne e anche in regioni di alta quota in primavera o in autunno. Le temperature diurne aumentano al di sopra del punto di congelamento causando la fusione di neve e ghiaccio e quando la temperatura scende nuovamente sotto il punto di congelamento durante la notte, producendo un'azione di congelamento.

A causa dell'azione del gelo sulle scogliere, i frammenti sciolti rotti cadono alla base della scogliera. Mentre questo processo continua, una pila di frammenti chiamata pendio di Tallus si accumula alla base della scogliera. Le buche sulle strade nelle regioni fredde sono dovute all'azione del gelo sulle superfici stradali esposte.

7. Azione per piante e animali:

Le rocce possono scomporre in pezzi più piccoli grazie all'interazione su di loro da parte di piante e animali. Quando una roccia sviluppa crepe, piccole particelle di roccia e terreno vengono lavati in una tale fessura dalla pioggia o dal vento. Se un seme dovesse cadere in una tale fessura, può germinare e crescere fino a diventare una pianta.

Una tale pianta può inviare le sue radici più profonde nelle rocce alla ricerca dell'acqua. Mentre le radichette crescenti si addensano, premono contro i lati della fessura e per un periodo di tempo possono rompere la roccia. Radici di piante minuscole come licheni e muschi producono un acido che scioglie la roccia mentre crescono e decadono ulteriormente accelerando la demolizione delle rocce.

Gli animali (con l'eccezione degli umani) contribuiscono anche agli agenti atmosferici delle rocce. I lombrichi possono portare particelle in superficie. Queste particelle sono esposte all'atmosfera e sottoposte ad ulteriore degradazione. Formiche, termiti, talpe e tali animali scavatori possono causare agenti atmosferici. Le tane create da loro permettono all'aria e all'acqua di penetrare per causare l'invecchiamento della roccia sottostante.

Anche gli umani hanno contribuito all'erosione fisica. L'estrazione delle rocce, l'estrazione a strisce sono esempi di attività umane in cui le rocce si rompono. Inoltre, tali attività espongono enormi quantità di roccia fresca ad altri processi di invecchiamento.

8. Scarico della pressione (rilascio della pressione):

Le rocce formate a grandi profondità sono sottoposte ad alta pressione. In essi sono sviluppate tensioni di compressione molto elevate che non possono essere rilasciate a causa della pressione.

Alcune forze all'interno della terra portano queste rocce in superficie e in tali situazioni la pressione viene rilasciata portando all'espansione e al rilascio di stress. In questo processo le rocce sviluppano grandi fessure o articolazioni dove sono deboli. Lo scarico può avvenire anche quando i ghiacciai molto pesanti si sciolgono e la pressione viene rilasciata.

Nota: l'esposizione agli agenti atmosferici fisici espone ampie superfici necessarie per l'attività chimica.

Esposizione chimica agli agenti atmosferici:

L'alterazione chimica è un processo in cui le rocce vengono degradate cambiando le loro composizioni chimiche. La maggior parte delle rocce si formano in un ambiente molto diverso dall'ambiente prevalente sulla superficie della terra. Molte delle sostanze presenti nell'atmosfera non sono presenti nell'ambiente in cui si formano le rocce.

Quindi, quando il minerale della roccia è esposto alla sostanza dell'atmosfera, si verificano reazioni chimiche con conseguente formazione di nuovi composti, le cui proprietà differiscono da quelle dei minerali originali. Questi cambiamenti indeboliscono la struttura della roccia e, di conseguenza, la roccia viene rotta da agenti atmosferici fisici.

È degno di nota le seguenti caratteristiche generali delle reazioni chimiche nel contesto di diversi ambienti meteorologici.

(i) Le reazioni chimiche tendono a procedere più rapidamente a temperature più elevate.

(ii) Per una reazione efficiente, i reagenti devono essere riuniti rapidamente e facilmente e i prodotti devono essere rimossi. In natura l'acqua fornisce generalmente i reagenti alle superfici minerali e elimina i prodotti di reazione.

(iii) Più piccoli sono i grani reagenti, più rapidamente le reazioni chimiche procedono fino al completamento. Tutti questi fattori hanno un ruolo nel processo di alterazione chimica. Il clima locale controlla la temperatura media della reazione e l'apporto di acqua per la reazione.

La granulometria dei reagenti minerali dipende in gran parte dal processo di alterazione meccanica (disintegrazione) delle rocce e dall'abrasione e dalla rottura durante il trasporto. Il periodo di tempo disponibile per le reazioni agli agenti atmosferici dipende dal tasso di erosione e quindi dal tasso di sollevamento o cedimento.

Se l'erosione o la deposizione si verificano rapidamente, le reazioni agli agenti atmosferici saranno interrotte perché i sedimenti saranno sepolti e rimossi dall'ambiente meteorologico; se l'erosione o la deposizione si verificano lentamente, le reazioni agli agenti atmosferici possono protrarsi per un tempo più lungo.

L'alterazione chimica è causata principalmente da ossigeno, anidride carbonica e acqua.

1. Ossidazione

Ossidazione significa la combinazione di ossigeno con altre sostanze. Questo è un importante processo di alterazione chimica. La maggior parte dei minerali contenenti ferro come magnetite, pirite anfibolo. Le biotiti sono facilmente influenzate dall'ossigeno, di cui ematite (Fe ₂ O ₃ ) e magnetite (Fe ₃ O ₄ ) sono molto comuni.

La presenza di acqua durante l'ossidazione può causare un'altra reazione. Si può formare un composto di ferro, ossigeno e acqua chiamato goethite. Goethite è di colore marrone giallastro. Quando la goethite è disidratata, si forma ematite. La presenza di ematite o goethite nei terreni conferisce un colore bruno rossastro o giallo.

Ossidazione dell'ossido di ferro in presenza di acqua:

Disidratazione di goethite:

L'ossidazione causa la rottura della roccia a causa del seguente effetto. Quando l'ossigeno si combina con il ferro, i legami chimici tra ferro e altri elementi si rompono indebolendo così la struttura. Persino l'alluminio e il silicio se sottoposti agli ossidi di ossidazione possono indebolirsi nella struttura.

2. Idratazione, idrolisi, soluzione:

L'acqua presente sulla superficie terrestre è un importante agente di agenti atmosferici chimici. Una reazione di acqua con un'altra sostanza è chiamata idratazione.

Es: idratazione di anidrite per formare gesso

L'acqua può anche penetrare in ioni idrogeno (H +) e ioni idrossido (OH-). Se questi ioni sostituiscono gli ioni del minerale, la reazione è chiamata idrolisi. I minerali comuni che subiscono l'idrolisi sono feldspato, anfibolo e biotite. Questo processo provoca gonfiore e sbriciolatura in polvere.

L'acqua può sciogliere la materia rocciosa e provocare gli agenti atmosferici. Questo processo è chiamato weathering per soluzione. L'alite (salgemma) e il gesso sono esempi di minerali solubili in acqua. Mentre l'acqua dissolve lentamente alcuni minerali dalla roccia, i minerali di roccia circostanti sono esposti per ulteriori agenti atmosferici.

In alcuni casi la struttura della roccia può indebolirsi a causa di cavità vuote create che portano al crollo della roccia. I minerali disciolti in soluzione possono reagire chimicamente l'uno con l'altro per formare nuovi composti. Se i composti risultanti sono insolubili in acqua, possono precipitare all'esterno.

3. Carbonatazione:

Combinazione chimica di anidride carbonica con un'altra sostanza è chiamata carbonatazione. L'anidride carbonica allo stato gassoso può non avere alcun effetto sulle rocce. Ma, quando l'anidride carbonica entra in contatto con l'acqua, si forma acido carbonico che può agire su minerali di roccia comuni. I minerali contenenti sodio, potassio, magnesio e calcio sono influenzati dall'acido carbonico per formare carbonati.

La calcite minerale è gravemente colpita dall'acido carbonico fino quasi alla distruzione. Il calcare è completamente disciolto dall'acido carbonico presente nelle acque sotterranee o piovose. Poiché le acque sotterranee contenenti acido carbonico filtrano attraverso rocce di letto costituite da calcite, si formano caverne spettacolari, a causa della formazione di fori molto grandi.

4. Altro fattore chimico:

Ci sono anche altri acidi oltre all'acido carbonico che attaccano rocce e minerali. Alcuni di questi acidi sono prodotti durante il decadimento della materia organica. Alcuni acidi sono prodotti sotto forma di prodotti di scarto di determinate piante e animali. Questi acidi si sciolgono nell'acqua piovana e filtrano attraverso il terreno raggiungendo la base rocciosa e agendo chimicamente con la roccia.

Alcune piante primitive come i licheni possono crescere sulla roccia nuda quando la roccia è umida e giacciono dormienti quando la roccia è secca, la secrezione dai licheni corrode la superficie della roccia dissolvendo i nutrienti minerali che allentano le particelle minerali. Le particelle minerali allentate insieme alla polvere si accumulano nelle fessure della roccia. Alcuni semi possono entrare in queste particelle del suolo e crescere portando a ulteriori agenti atmosferici fisici.

Le attività umane diventano anche fonti di acidi che possono causare l'invecchiamento delle rocce. Case, automobili, autobus, camion ecc. Rilasciano nell'atmosfera grandi quantità di gas di scarico e altri inquinanti. Molti di questi come gli ossidi di azoto e zolfo reagiscono chimicamente con l'acqua per formare acidi reattivi.

I batteri possono anche esercitare un'influenza importante nel promuovere la disintegrazione e la decomposizione della roccia. Alcuni di loro sono noti per rilasciare acido nitrico che può agire chimicamente sulle rocce. I batteri microscopici penetrano in ogni piccola fessura prodotta dalle agenzie atmosferiche e durante i lunghi periodi di tempo provocano la disintegrazione delle rocce superficiali, il loro periodo di attività è limitato ai mesi estivi.

Sono stati notati su rocce di caratteri molto diversi come, graniti, scisti, calcari, arenarie, rocce vulcaniche e su alte vette e livelli più bassi. Si dice anche che una certa varietà di formiche versa continuamente acido carbonico nel terreno portando ad agenti atmosferici.

Alcune altre specie di formiche conosciute come saubas o sauvas vivono in grandi colonie, scavando nella terra, dove scavano camere con gallerie che irradiano in ogni direzione in cui trasportano grandi quantità di foglie.

Nelle regioni di complessi industriali gli acidi sono in quantità allarmante. L'acqua piovana in queste regioni contiene una notevole quantità di acido e la pioggia è spesso chiamata pioggia acida. Le rocce possono essere alterate e degradate dall'azione delle piogge acide. La pioggia acida può anche danneggiare le strutture artificiali e danneggiare la vita delle piante e degli animali.

Forme di agenti atmosferici chimici:

1. Soluzione agli agenti atmosferici:

Questa è un'altra forma di alterazione chimica. Ciò si verifica quando i minerali si dissolvono in acqua (vai in soluzione). Questo accade perché alcuni tipi di roccia si dissolvono facilmente nell'acqua piovana. Gli agenti atmosferici per soluzione producono in genere superfici smerlate piuttosto lisce. Ad esempio, calcite e gesso morbidi mostrano spesso segni di resistenza agli agenti atmosferici.

2. Agenti atmosferici sferoidali:

Gli agenti atmosferici sferoidali si riferiscono all'alterazione dei blocchi di roccia articolari progressivamente verso l'interno dai loro bordi. La regione marginale delle fratture della roccia viene parzialmente o interamente convertita in argilla o altri prodotti.

Mentre le regioni interne della roccia rimangono relativamente fresche e solide, gli esterni sono soggetti a espansioni differenziali e il materiale in questa regione si allenta lungo le giunture concentriche. I nuclei formati variano in dimensioni da boulder a ciottoli. Si arrotondano per gli agenti atmosferici. Questo tipo di invecchiamento è dovuto alla roccia soggetta ad agenti atmosferici sia meccanici che chimici.

Per prima cosa le rocce si dividono in articolazioni in via di sviluppo. I blocchi separati della roccia subiscono agenti atmosferici chimici a causa dei quali i bordi e le superfici dei singoli blocchi separati subiscono corrosione. Di conseguenza, i blocchi separati vengono trasformati in massi arrotondati.

3. Agenti atmosferici differenziali:

Osserviamo spesso in molti strati di roccia tagliati fuori strada che sono tutti agenti atmosferici a velocità diverse, rendendo il raccolto fuori come una pila irregolare di rocce piatte. Questo è chiamato weathering differenziale.

Ciò si verifica quando gli strati in un affioramento contengono più di un tipo di roccia, ad esempio, alcuni antichi ambienti marini possono depositare strati separati di sabbia e limo creando un raccolto di arenaria e scisto. Quando si verificano questi due tipi di condizioni meteorologiche, il risultato è spesso un'erosione differenziata, in cui le arenarie sono più resistenti agli agenti atmosferici rispetto agli scisti.