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Desgaste Es el proceso de desintegración de rocas y suelos y los minerales que contienen a través del contacto directo o indirecto con la atmósfera. El desgaste de un área ocurre "sin movimiento". Por el contrario, la erosión implica el movimiento y la desintegración de rocas y minerales por procesos como el flujo de agua, viento o hielo.

Hay dos tipos principales de meteorización: mecánico (o físico) y químico. La meteorización mecánica implica la descomposición de rocas y suelos a través del contacto directo con condiciones atmosféricas como calor, agua, hielo y presión. La meteorización química implica el efecto directo de los químicos atmosféricos o químicos producidos biológicamente (también llamado biológico desgaste). La meteorización química altera la composición química del material original, pero la meteorización mecánica no. Sin embargo, la meteorización química y física a menudo van de la mano. Por ejemplo, las grietas explotadas por la intemperie mecánica aumentarán el área de superficie expuesta a la acción química. Además, la acción química de los minerales en las grietas puede ayudar al proceso de desintegración física.

Los productos de descomposición después de la meteorización química de minerales de rocas y sedimentos, y la lixiviación de las partes más solubles, se pueden combinar con material orgánico en descomposición para constituir el suelo. El contenido mineral del suelo está determinado por el material parental (o roca madre) del que se derivan los minerales. Un suelo derivado de un solo tipo de roca a menudo es deficiente en uno o más minerales para una buena fertilidad, mientras que un suelo resistido por una mezcla de tipos de roca es a menudo más fértil.

Meteorización mecánica (física)

La meteorización mecánica conduce a la desintegración de rocas y madera. Por lo general, produce fragmentos de material angulares más pequeños con las mismas propiedades que el material original original (como la pantalla).

Expansión térmica

La expansión térmica, también conocida como meteorización de la piel de cebolla, exfoliación o choque térmico, es causada principalmente por cambios en la temperatura. A menudo ocurre en áreas cálidas como los desiertos, donde hay un amplio rango de temperatura diurna. Las temperaturas se elevan mucho durante el día, mientras que bajan a unos pocos grados negativos por la noche. A medida que la roca se calienta y se expande durante el día y se enfría y contrae por la noche, sus capas externas sufren estrés. Como resultado, las capas externas de la roca se desprenden en láminas delgadas. La expansión térmica se ve reforzada por la presencia de humedad.

Meteorización inducida por las heladas

Una roca en el sur de Islandia fragmentada por la acción de congelación-descongelación.

La meteorización inducida por las heladas, aunque a menudo se atribuye a la expansión del agua congelada capturada en las grietas, generalmente es independiente de la expansión del agua al hielo. Desde hace tiempo se sabe que los suelos húmedos se expanden (o "heladas") al congelarse, como resultado del crecimiento de las lentes de hielo: el agua migra de las áreas no congeladas a través de películas delgadas para acumularse en las lentes de hielo en crecimiento. Este mismo fenómeno ocurre dentro de los espacios porosos de las rocas. Crecen más grandes a medida que atraen agua que no se ha congelado de los poros circundantes. El desarrollo de cristales de hielo debilita la roca, que, con el tiempo, se rompe.

Las fuerzas intermoleculares entre las superficies minerales, el hielo y el agua sostienen estas películas no congeladas que transportan la humedad y generan presión entre las superficies minerales a medida que las lentes se agregan. Los experimentos muestran que las rocas porosas como la tiza, la piedra arenisca y la piedra caliza no se fracturan a la temperatura de congelación nominal del agua ligeramente por debajo de 0 ° C, incluso cuando se someten a un ciclo o se mantienen a bajas temperaturas durante períodos prolongados, como cabría esperar si la meteorización resultara de La expansión del agua al congelarse. Para los tipos de rocas más porosas, el rango de temperatura crítico para la fractura rápida inducida por lentes de hielo es de -3 a -6 ° C, significativamente por debajo de las temperaturas de congelación.12

La acción de la intemperie inducida por la congelación ocurre principalmente en entornos donde hay mucha humedad y las temperaturas fluctúan con frecuencia por encima y por debajo del punto de congelación, es decir, principalmente áreas alpinas y periglaciales. Este proceso se puede ver en Dartmoor, una región del sudoeste de Inglaterra, donde da como resultado la formación de cimas de granito o tors expuestos.

Cuña helada

Anteriormente se creía que era el modo dominante, la formación de cuñas heladas aún puede ser un factor en la erosión de las rocas no porosas, aunque investigaciones recientes han demostrado que es menos importante de lo que se pensaba. La formación de cuñas heladas, a veces conocida como crecimiento de cristales de hielo, cuñas de hielo o congelación-descongelación, ocurre cuando el agua en las grietas y juntas de las rocas se congela y se expande. En la expansión, se argumentó que la expansión del agua puede ejercer presiones de hasta 21 megapascales (MPa) (2100 kilogramo-fuerza / cm²) a -22 ° C, y esta presión es a menudo mayor que la resistencia de la mayoría de las rocas, causando la roca. destrozar.12

Cuando el agua que ha entrado en las juntas se congela, el hielo en expansión filtra las paredes de las juntas y hace que las juntas se profundicen y ensanchen. Esto se debe a que el volumen de agua se expande aproximadamente un diez por ciento cuando se congela.3

Cuando el hielo se descongela, el agua puede fluir más hacia la roca. Una vez que la temperatura cae por debajo del punto de congelación y el agua se congela nuevamente, el hielo agranda aún más las juntas.

La acción repetida de congelación y descongelación debilita las rocas, que eventualmente se rompen a lo largo de las juntas en pedazos angulares. Los fragmentos de roca angular se juntan al pie de la pendiente para formar una pendiente de talud (o pendiente de pedregal). La división de rocas a lo largo de las juntas en bloques se llama desintegración de bloques. Los bloques de rocas que se desprenden tienen varias formas, dependiendo de su estructura mineral.

Liberación de presión

Liberación a presión de granito.

En la liberación de presión (también conocida como descarga), los materiales superpuestos (no necesariamente rocas) se eliminan por erosión u otros procesos, lo que hace que las rocas subyacentes se expandan y se fracturen paralelas a la superficie. El material que lo recubre a menudo es pesado y las rocas subyacentes experimentan una alta presión debajo de él, como en un glaciar en movimiento. La liberación de presión también puede causar exfoliación.

Intrusivas rocas ígneas (como el granito) se forman profundamente debajo de la superficie de la Tierra. Están bajo una presión tremenda debido al material de roca suprayacente. Cuando la erosión elimina el material de roca suprayacente, estas rocas intrusivas quedan expuestas y se libera la presión sobre ellas. Como respuesta a la disminución de la presión, las rocas subyacentes se expanden hacia arriba. La expansión crea tensiones que provocan la formación de fracturas paralelas a la superficie de la roca. Con el tiempo, las capas de roca se separan de las rocas expuestas a lo largo de las fracturas. La liberación de presión también se conoce como "exfoliación" o "laminado". Estos procesos dan como resultado batolitos y cúpulas de granito, como se encuentra en Dartmoor.4

Accion hidraulica

La acción hidráulica se refiere a la acción del agua, generalmente de olas poderosas, que se precipitan en grietas en la superficie de la roca. Este proceso atrapa una capa de aire en el fondo de la grieta, comprimiéndola y debilitando la roca. Cuando la ola se retira, el aire atrapado se libera repentinamente con fuerza explosiva. La liberación explosiva de aire altamente presurizado rompe fragmentos en la superficie de la roca y ensancha la grieta, de modo que queda más aire atrapado en la próxima ola. Este sistema progresivo de retroalimentación positiva puede dañar los acantilados y causar meteorización rápida.

Crecimiento de cristales de sal (haloclastia)

Envejecimiento de sal de piedra de construcción en la isla de Gozo, Malta

La cristalización de la sal, también conocida como haloclastia, provoca la desintegración de las rocas cuando las soluciones salinas se filtran en las grietas y juntas en las rocas y se evaporan, dejando cristales de sal. Estos cristales de sal se expanden a medida que se calientan, ejerciendo presión sobre la roca de confinamiento.

La cristalización de la sal también puede tener lugar cuando las soluciones descomponen las rocas. Por ejemplo, la piedra caliza y la tiza forman soluciones salinas de sulfato de sodio o carbonato de sodio, de las cuales la humedad se evapora para formar sus respectivos cristales de sal.

Las sales que han demostrado ser más efectivas en la desintegración de rocas son sulfato de sodio, sulfato de magnesio y cloruro de calcio. Algunas de estas sales pueden expandirse hasta tres veces o incluso más.

La meteorización por cristalización de sal normalmente se asocia con climas áridos, donde un fuerte calentamiento provoca una rápida evaporación, lo que conduce a la formación de cristales de sal. También es común a lo largo de las costas, y se puede ver un ejemplo de meteorización por sal en las piedras alveolares en los diques.

Meteorización biótica

Los organismos vivos pueden contribuir a la intemperie mecánica, así como a la intemperie química (ver la intemperie 'biológica' a continuación) Los líquenes y musgos crecen en superficies de rocas esencialmente desnudas y crean un microambiente químico más húmedo. La unión de estos organismos a la superficie de la roca mejora la descomposición física y química de la microcapa superficial de la roca. A mayor escala, las plántulas que brotan en una grieta y las raíces de las plantas ejercen presión física y proporcionan una vía para la infiltración de agua y productos químicos. Los animales e insectos excavadores perturban la capa de suelo adyacente a la superficie de la roca madre, aumentando aún más la infiltración de agua y ácido y la exposición a los procesos de oxidación.

Otro ejemplo bien conocido de meteorización biótica causada por animales es el molusco bivalvo conocido como Piddock. Estos animales, que se encuentran aburridos en las rocas carboníferas (como los acantilados de piedra caliza de Flamborough Head) se adentraron aún más en la cara del acantilado.

Meteorización química

La meteorización química implica cambios en la composición química de la roca, lo que a menudo conduce a la descomposición en su forma.

Solución

En la solución climática, los minerales de roca se disuelven en agua y la solubilidad depende del pH y la temperatura.

La lluvia es naturalmente ligeramente ácida porque el dióxido de carbono atmosférico se disuelve en el agua de lluvia, produciendo ácido carbónico débil. En ambientes no contaminados, el pH de la lluvia es de alrededor de 5.6. La lluvia ácida ocurre cuando gases como el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno están presentes en la atmósfera. Estos óxidos reaccionan en el agua de lluvia para producir ácidos más fuertes y pueden reducir el pH a 4.5 o incluso 4.0.

Dióxido de azufre (SO2) de las erupciones volcánicas o los combustibles fósiles pueden convertirse en ácido sulfúrico cuando se exponen al agua de lluvia, lo que puede provocar la erosión de las rocas sobre las que cae.

Uno de los procesos de meteorización en solución más conocidos es la carbonatación, el proceso en el cual el dióxido de carbono atmosférico conduce a la meteorización en solución. La carbonatación ocurre en rocas que contienen carbonato de calcio, como la piedra caliza y la tiza. Esto ocurre cuando la lluvia se combina con dióxido de carbono o un ácido orgánico para formar un ácido carbónico débil, que reacciona con el carbonato de calcio (como la piedra caliza) y forma bicarbonato de calcio. Este proceso se acelera con una disminución de la temperatura y, por lo tanto, es una gran característica de la meteorización glacial.

Las reacciones son las siguientes:

CO2 + H2O -> H2CO3
dióxido de carbono + agua -> ácido carbónico
H2CO3 + CaCO3 -> Ca (HCO3)2
ácido carbónico + carbonato de calcio -> bicarbonato de calcio

Hidratación

La hidratación es una forma de meteorización química que implica la fuerte unión de H+ y OH- iones a los átomos y moléculas de un mineral. Por ejemplo, el mineral anydrite forma el yeso con la unión de estos iones durante la hidratación.

Cuando los minerales de las rocas absorben agua, aumenta su volumen, lo que genera tensiones físicas dentro de la roca. Un ejemplo se encuentra en los óxidos de hierro que se convierten en hidróxidos de hierro. La hidratación puede provocar descamación, desprendimiento y picaduras en la superficie.5

Una roca recién quebrada muestra meteorización química diferencial (probablemente principalmente oxidación) progresando hacia adentro. Este pedazo de arenisca fue encontrado en la deriva glacial cerca de Angelica, Nueva York.

Hidrólisis

La hidrólisis es un proceso de meteorización química que afecta a los minerales de silicato (compuestos que contienen silicio, oxígeno y un metal). En tales reacciones, el agua pura se ioniza ligeramente y reacciona con minerales de silicato. Un ejemplo de reacción:

Mg2SiO4 + 4H+ + 4OH -> 2Mg2+ + 4OH + H4SiO4
olivina (forsterita) + cuatro moléculas de agua ionizada -> iones en solución + ácido silícico en solución

Esta reacción da como resultado la disolución completa del mineral original, suponiendo que haya suficiente agua disponible para impulsar la reacción. Sin embargo, la reacción anterior es hasta cierto punto engañosa porque el agua pura rara vez actúa como un H+ donante. El dióxido de carbono, sin embargo, se disuelve fácilmente en agua formando un ácido débil y H+ donante.

Mg2SiO4 + 4CO2 + 4H2O -> 2Mg2+ + 4HCO3 + 4H4SiO4
olivina (forsterita) + dióxido de carbono + agua -> Iones de magnesio y bicarbonato en solución + ácido silícico en solución

Esta reacción de hidrólisis es mucho más común. El ácido carbónico se consume por la intemperie de silicato, lo que da como resultado más soluciones alcalinas debido al bicarbonato. Esta es una reacción importante en el control de la cantidad de CO2 en la atmósfera y puede afectar el clima.

Los aluminosilicatos, cuando se someten a la reacción de hidrólisis, producen un mineral secundario en lugar de simplemente liberar cationes.

2KAlSi3O8 + 2H2CO3 + 9H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+ + 2HCO3
ortoclasa (feldespato de aluminosilicato) + ácido carbónico + agua -> caolinita (un mineral de arcilla) + ácido silícico en solución + iones de potasio y bicarbonato en solución

Oxidación

El proceso de meteorización puede involucrar oxidación química de una variedad de metales. La más comúnmente observada es la oxidación de Fe.2+ (hierro) en combinación con oxígeno y agua para formar Fe3+ hidróxidos y óxidos como goethita, limonita y hematita. Las rocas afectadas obtienen una coloración marrón rojiza en la superficie, que se desmorona fácilmente y debilita la roca. Este proceso se conoce mejor como "oxidación".

Sulfatación

La adición de dióxido de azufre a la piedra caliza produce yeso (sulfato de calcio), que es más soluble que el carbonato de calcio y es fácilmente disuelto y arrastrado por la lluvia posterior. En áreas de un edificio que están protegidas de la lluvia, se puede acumular una corteza de yeso y atrapar partículas de hollín derivadas de la combustión de combustibles fósiles.

Biológico

Varias plantas y animales pueden promover la meteorización química a través de la liberación de compuestos ácidos.

La forma más común de meteorización biológica es la liberación de compuestos (como los ácidos) secretados por los árboles, para descomponer elementos como el aluminio y el hierro en el suelo circundante. Estos elementos pueden ser tóxicos y perjudiciales para el crecimiento de las plantas si se dejan solos. Una vez descompuestos, el agua de lluvia elimina con mayor facilidad estos elementos, y la liberación extrema de compuestos quelantes puede afectar fácilmente las rocas y los suelos circundantes mediante la lixiviación de estos elementos del suelo, conocida como podsolización.

Envejecimiento de edificios y estatuas

Los edificios hechos de piedra caliza son particularmente susceptibles a la intemperie. Además, las malezas a veces pueden germinar en las canaletas de los edificios donde han sido arrastradas por el viento. A medida que crecen, plantan sus raíces en los cimientos rocosos del edificio, forzando su camino hacia abajo. Esto hace que la roca se exfolie durante mucho tiempo, presenciando pequeños fragmentos que se desmoronan de vez en cuando.

Además, las estatuas y las características ornamentales pueden dañarse gravemente por la intemperie, especialmente en áreas severamente afectadas por la lluvia ácida, causada por contaminantes en el aire.

Ver también

  • Erosión
  • Mineral
  • Roca (geología)
  • Suelo
  • Meteorización espacial

Notas

  1. 1.0 1.1 J. B. Murton, R. Peterson, J.-C. Ozouf Ciencia, 314, 1127, 2006.
  2. 2.0 2.1 J. G. Dash, A. W. Rempel, J. S. Wettlaufer, Rev. Mod. Phys. 78, 695, 2006.
  3. ^ "Expansión del agua después de congelado" Pregúntele a un científico: Environmental Science Archive. Newton Diciembre de 2004. Consultado el 7 de marzo de 2008.
  4. ^ David McConnell, "Weathering and Soils: Physical Weathering" Good Earth, 09 de septiembre de 2001. Consultado el 7 de marzo de 2008.
  5. ^ "Meteorización" Consultado el 7 de marzo de 2008.

Referencias

  • Gore, Pamela J.W. 1998-2004. "Envejecimiento de rocas y formación de sedimentos" Georgia Perimeter College. Consultado el 7 de marzo de 2008.
  • McConnell, David. 2001. "Meteorización y suelos" La buena tierra. Consultado el 7 de marzo de 2008.
  • Pidwirney, Michael. 1999-2006. "Introducción a la litosfera: meteorización" Physical Geography.net. Consultado el 7 de marzo de 2008.

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