DEZAGREGAREA ROCILOR COMPACTE SI FORMAREA EPICLASTITELOR

DEZAGREGAREA ROCILOR COMPACTE SI FORMAREA EPICLASTITELOR

In ariile continentale, rocile preexistente - de natura magmatica, metamorfica si sedimentara - sunt supuse unor modificari continui sub actiunea, de cele mai multe ori simultana, a unor factori fizico-chimici. Principalul efect al acestor transformari il reprezinta dezagregarea si alterarea rocilor.

Materialul sedimentar de la suprafata scoartei este, partial, o consecinta a tendintei de adaptare a mineralelor si rocilor preexistente la noile conditii in care se gasesc. Modificarea echilibrelor se realizeaza de cele mai multe ori prin actiunea simultana a factorilor fizici si chimici, care determina procesele exogene din zona superficiala a scoartei si care au ca efect dezagregarea si alterarea rocilor preexistente. Cele doua fenomene reprezinta si principala cauza a formarii materialului sedimentar.

La suprafata scoartei terestre, o parte din procesele care conduc la formarea de roci sedimentare se afla sub controlul direct al energiei solare, al deplasarii maselor de apa, aer si gheata, al gravitatiei terestre etc.. Rocile terestre - magmatice, metamorfice, sedimentare - nascute sub un ciclu geologic, ajung sub influenta directa a atmosferei si hidrosferei. In acest moment, echilibrul asociatiilor mineralogice formate in alte conditii termodinamice se strica. Rocile respective sunt nevoite sa se adapteze temperaturii si presiunii "normale" de la suprafata scoartei. Factorii de natura fizica si chimica controleaza in ariile continentale dezagregarea edificiilor petrografice si deplasarea lor spre bazinele de sedimentare.

1.Dezagregarea rocilor preexistente

Dezagregarea este o consecinta a scaderii coeziunii particulelor minerale, provocata in momentul expunerii rocilor la factorii exogeni. Astfel, presiunile exercitate de miscarea maselor de apa, aer si gheata cu care acestea vin in contact direct, variatiile termice ale atmosferei, fortele de cristalizare din solutiile naturale duc in final la dezagregarea rocilor preexistente. Dezagregarea este un proces complex, conditionat de natura petrografica a rocilor preexistente, de pozitia lor in raport cu factorii de clima si relief. Ea are doua implicatii majore:

1) constituie o sursa de material detritic si intretine permanent transportul acestuia spre bazinele de sedimentare;

2) mareste suprafata specifica a materialului supus transformarii si permite astfel, desfasurarea accelerata a proceselor chimice de alterare a rocilor. In continuare vom prezenta pe scurt cateva aspecte legate de actiunea acestor factori exogeni.

Produsele rezultate in urma dezagregarii - blocuri si grohotisuri la baza pantelor, acumulari de gruss (detritusul din ariile de dezagregare a masivelor granitice) si particulele nisipoase - se caracterizeaza prin suprafete specifice considerabil mai mari decat suprafata de aflorare (aparitie) a rocilor masive. Ele reprezinta in cadrul ciclului sedimentar, fie un material primar, acumulat "in situ" si supus in continuare unor modificari chimice, fie un material antrenat de ape si deplasat spre bazinele de sedimentare. Intensitatea proceselor care genereaza astfel de produse este controlata de pozitia climatica si altitudinea zonelor in care afloreaza rocile.

Dezagregarea este cu alte cuvinte, procesul prin care rocile coezive (tari) sau cele relativ coezive se descompun in fragmente mai mici, numite claste exogene sau epiclaste (clast = fragment, epi = la suprafata). Dimensiunile epiclastelor pot fi extrem de variate si de aceea ele pot fi impartite in cateva categorii, cu denumiri specifice:

dimensiuni "ruditice" sau "psefitice", de peste 2 mm;

dimensiuni "arenitice" sau "psamitice", cuprinse intre 2 mm si aproximativ 0,05 mm;

dimensiuni "siltitice", "aleuritice" (sau microcristaline), cu dimensiuni ale clastelor cuprinse intre 0,05 mm si 0,005 mm.

Dimensiunile mai mici decat cele siltitice, numite si dimensiuni pelitice se obtin, de regula, prin procese de alterare sau prin precipitatii din solutii si numai in mod exceptional, pot sa apara prin dezagregarea rocilor.

Epiclastele cu dimensiuni sub 1 mm sunt formate, de regula dintr-un singur cristal, adica sunt fragmente monocristaline si de aceea se mai numesc si cristaloclaste sau "granoclaste". Dimensiunile acestora pot fi exprimate si prin termeni ca 'macrocristalin' (adica se pot vedea cu ochiul liber), "microcristalin" (daca se vad cu lupa sau la microscop) si "criptocristalin" (daca nu se vad la microscopul optic, ci doar la cel electronic, mult mai performant). Epiclastele cu dimensiuni de peste 1 mm, sunt de regula policristaline, iar daca in aceste fragmente se poate vedea nota specifica structurala si compozitionala a rocii initiale (parentale), atunci se numesc "litoclaste".

Cauzele dezagregarii rocilor holocristaline (complet cristalizate) coezive sunt numeroase, dar cele mai eficiente sunt variatiile termice diurne, relativ rapide. La variatiile de temperatura, cristalele componente ale rocilor se dilata (sau se contracta) cu amplitudini si directii diferite. Prin urmare apar forte de forfecare intergranulare care rup coeziunile dintre cristale. Asa se explica de ce dezagregarea rocilor este foarte activa nu numai la suprafata Pamantului, dar si la suprafata Lunii, chiar daca pe aceasta din urma nu exista nici apa, nici aer si nici o vietuitoare (socurile provocate de apa si aerul in miscare, presiunea exercitata de cristalizarea apei in pori, ca urmare a inghetului, presiunea exercitata de cresterea radacinilor de plante etc., sunt alte cauze posibile ale dezagregarii, dar de importanta mai mica - Seclaman et al., 1999).

Forta destructiva a apei si aerului in miscare

In ariile continentale, forta apelor imbraca doua aspecte:

- eroziunea fluviatila;

- abraziunea marina.

Ambele au o actiune mai mare in zonele de relief accidentat si, respectiv, in zonele cu tarmuri inalte. Prin urmare, in regiunile cu energie de relief mai mare, procesul este accelerat in rocile cu proprietati anizotrope (fisurate, stratificate, sistoase) si constitutii poliminerale, in rocile faneritice si porifirice (granite, gabbrouri, andezite). Acestea se fragmenteaza mai repede si mai usor decat cele aflate in zonele plate, marine, monominerale si afanitice (cuartite, bazalte). In aria unui bazin hidrografic pot fi denudate anual, pe fiecare Km², sute si mii de tone (ex. Dunarea transporta 100 t /Km²/an; Gange - 1040 t /Km²/an; Mekong - 1200 t /Km² /an).

Actiunea distructiva a vantului - coroziunea

Se manifesta in zonele aride si lipsite de vegetatie prin intermediul particulelor de nisip pe care curentii le transporta si le proiecteaza in peretii stancosi.

Efectele variatiei termice din atmosfera

Insolatia = expunerea rocilor la radiatiile solare (radiatii diurne sau sezoniere). Ea contribuie la fragmentarea rocilor in zonele desertice sau temperate.

Gelivatia = alternanta inghetului sau dezghetului, este procesul care actioneaza drastic in regiunile montane inalte, cu umiditate accentuata. Procesul este mai putin pregnant in regiunile cu inghet permanent. Produsele rezultate prin gelivatie, formeaza acumulari de fragmente colturoase cu diametre dependente de natura petrografica si structura substratului.

Umezirea si uscarea influenteaza starea fizica a rocilor si duce la aparitia de crapaturi si apoi de descuamari (cojiri, jupuiri sau scorojiri). In perioadele si zonele cu evaporatie intensa este stimulata circulatia ascendenta a solutiilor prin pori si formarea eflorescentelor sau crustelor de saruri. In regiunile cu evaporatie intensa, influente sufera si rocile compacte, eruptive (ex. dezagregarea constructiilor din Egipt este intensa in portiunile ingropate in nisip, unde apa este mai mult in contact cu ele).

Alte aspecte. Extremele termice de la suprafata scoartei (-83 ⁰ C, +58 ⁰ C) supun rocile alcatuite din minerale cu conductibilitati termice diferite, la incalziri si raciri separate care slabesc coeziunea acestora. Dilatarea diferentiata a mineralelor conduce la aparitia fisurilor si treptat la descuamarea si exfolierea invelisurilor superficiale. Materialul astfel dezagregat, se acumuleaza la baza deschiderilor naturale sub forma unui detritus (el se mai numeste gruss - in aria masivelor granitice).

Efectele cristalizarii solutiilor. Cristalizarea substantelor din solutiile care se gasesc in pori sau care circula in lungul fisurilor din roci, dezvolta presiuni considerabile pe peretii spatiilor in care se formeaza si contribuie la dezagregarea acestora (ea poate creea presiuni cuprinse intre 100 si 1000 atm).

Pentru conditiile desertice, presiunile care se dezvolta in cursul trecerii de la compusii anhidri la compusii hidratati sunt de asemenea mari:

Na₂CO₃ .H₂O Na₂CO₃ .7H₂O - 15 atm

CaSO₄ CaSO₄ .2H₂O - 1100 atm.

anhidrit gips

Efectele activitatii organismelor

Activitatea plantelor si animalelor contribuie la dezagregarea rocilor.

ex. Lichenii gelatinosi distrug suprafata substratului (argile, granite) pe care traiesc.

ex. Radacinile arborilor instalati deasupra zonelor stancoase, patrund pe fisuri pana la adancimi cuprinse intre 5 - 15 m (P = 30 - 50 Kg/cm³). Largirea fisurilor favorizeaza patrunderea apelor care determina desprinderea blocurilor.

ex. Organismele perforante precum spongierii, echinidele, anelizii, algele albastre, gauresc substratul pe care traiesc (calcare, gresii, granite) sau il fragmenteaza, transformandu-l in pulbere. Organismele litofage contribuie de asemenea la perforarea si macinarea rocilor.

ex. Viermii (frecventa g =50000/acru, produc 18 t/an de material).

1. Procesul depozitional

Momentul depunerii materialului coincide cu momentul reducerii competentei curentului si deci, a vitezei sale critice, sub limita de tinere in suspensie a particulelor. In opozitie, forta gravitationala determina acumularea sedimentelor sub forma de strate si lamine.

STRATUL reprezinta o unitate de sedimentare caracterizata prin omogenitate interna, alcatuire mineralogica, granulometrica, culoare si prin existenta unor suprafete de separatie (limite) fata de alte strate. Grosimea sa este mai mare de 1 cm. Unitatile subcentrimetrice se numesc lamine. Dezvoltarea in suprafata poate atinge sute si mii de metri patrati. Limitele intre strate pot fi nete (intreruperea brusca a sedimentarii), gradate (continuitatea sedimentarii) sau neregulate (de natura eroziva).

Din curgerile fluidale se formeaza stratele in care sortarea materialului este buna (gruparea se face dupa dimensiunea diametrelor si greutate); transportul in masa (curgerile gravitationale), toate conduc la strate cu sortare slaba si foarte slaba.

Transportul eolian formeaza dune (sortare foarte buna), iar transportul glaciar formeaza morene cu grad slab de sortare.

2. Sedimentarea debitului solid

Caracterisica esentiala a debitului solid este continua miscare pe orizontala a cestuia, in sensul de miscare a agentului fluid. Incetarea miscarii pe orizontala a unei parti sau a intregului debit solid este considerata sedimentare, iar debitul solid/imobilizat este sediment. In acest context se pot deosebi doua categorii de sedimentari: dinamica si statica.

a. Sedimentarea dinamica are loc atunci cand agentul fluid transportor continua miscarea pe orizontala, dar cu viteza incetinita. In acest caz, forta de impact suportata de particule scade treptat, iar cand ajunge sa fie mai mici decat forta de frecare a unor particule, acestea din urma raman pe loc. Consecinta este ca sedimentarea dinamica este selectiva, implicand doar o parte din debitul solid, anume doar acea parte a debitului solid alcatuit din particule de o anumita densitate sau o anumita forma. In mediile fluviatile, sedimentarea selectiva conduce la formarea unor depozite sedimentare cunoscute ca aluviuni. Acestea pot fi simetrice (de exemplu aluviuni cu particule relativ mari, grosiere, in mijlocul albiei de rau) si aluviuni mai fine, pe maluri (fig. C).

Tot astfel, daca viteza curentului este variabila in lungul directiei de transport, poate sa apara o sedimentare selectiva de tip longitudinal. Pentru exemplificare, aluviunile din amonte pot fi mai grosiere decat cele din aval daca viteza raului scade continuu de la izvor spre varsare (Seclaman et al., 1999).

O alta caracteristica esentiala a sedimentarii dinamice este relativa instabilitate a sedimentului. Un depozit sedimentar odata format poate sa treaca din nou in debit solid, daca viteza curentului incepe sa creasca. Acest proces de autoeroziune a propriului sediment poate fi succedat de o noua resedimentare dinamica. In acest fel sedimentarea si remanierea (retransformarea, reluarea) sedimentului se pot succeda de mai multe ori. Formarea dunelor (de nisip) si migrarea lor in directia de bataie a vantului, exemplifica destul de elocvent aceasta caracteristica a sedimentarii dinamice.

b. Sedimentarea statica (fig. D) are loc atunci unde viteza agentului de transport este zero (nula), respectiv in apele linistite si in aer linistit. Mediile acvatice care asigura astfel de sedimentari statice sunt baltile, lacurile, bazinele marine, lagunele etc., desemnate mai ales prin termenul de "bazin de sedimentare", lacustre, marine etc.. Debitul solid, ajuns intr-un astfel de bazin se depune gravitational, formand depozitul sedimentar al bazinului (fig. D,a). Daca suspensia este eterogena (heterogena dupa alti autori) in ceea ce priveste densitatea, marimea si forma particulelor, depozitul sedimentar va fi stratificat (fig. D,b): la baza va fi un strat alcatuit din particulele care s-au sedimentat cu viteza mai mare (particulele cele mai mari si cele mai dense), iar la suprafata va fi stratul format din particulele care s-au sedimentat cel mai lent (particulele cele mai mici si cele mai putin dense).

Daca suspensia contine particule uniforme ca dimensiuni si densitate (caz teoretic extrem), prin sedimentare se obtine un singur strat omogen. Umplerea succesiva a bazinului cu suspensii solide da nastere la alternante stratiforme (fig. D,c).

Depozitele stratiforme obtinute prin sedimentarea gravitationala statica in bazinele acvatice (aquatice) sunt, de obicei, stabile. Totusi, in cazul bazinelor de mica adancime, poate fi parasita conditia statica, datorita valurilor puternice sau datorita instalarii unor curenti de mai lunga durata. In aceste situatii, sedimentele pot fi partial remobilizate, iar sedimentarea statica poate fi combinata sau total inlocuita cu o alta dinamica. Daca sedimentarea are loc pe un fund de bazin inclinat (ca de exemplu un povarnis continental), este posibil ca depozitul sedimentar sa alunece pe panta si prin urmare sa genereze curenti turbulenti de mare amploare, capabili sa ridice in suspensie o mare parte din masa sedimentelor. In acest caz sedimentarea statica poate fi succedata de o alta dinamica.

Ori de cate ori se produc astfel de situatii, stratificatia tipica de tip gravitational (specifica depunerii statice) este perturbata (Seclaman et. al., 1999).

(dupa Seclaman et. al., 1999)

3. Procesul erozional

Dupa depunere, un strat poate fi erodat partial sau total. In patul curentului suprafata stratului sufera modificari importante, cum ar fi:

- urmele particulelor tarate;

- impactul particulelor saltate;

- excavatiile curentilor turbionari;

- urmele generate de obstacole (fig. 48 - plansa XVI)

In timpul deplasarii particulelor clastice care alcatuiesc masa transportata, au loc manifestari intense (fig.49 - plansa XVI) :

a. - scaderea dimensiunilor particulelor in josul curentului;

b. -cresterea gradului de rulare (mai ales a galetilor de dimensiuni mari);

c.-spargerea granulelor datorata ciocnirilor si formarea de fragmente colturoase.

d. -modificarea suprafetelor particulelor prin abraziune, determinata de frecarea dintre ele.

AERUL este un factor de transport cu o actiune de 300 de ori mai mica ca a apei. El poate antrena numai particule de mici dimensiuni pe care le mentine in suspensie un timp relaiv scurt (la altitudini pana la 2-3000 m) si timp mai indelungat (10-15000 m). In primul caz este caracteristic transportul unidirectional; in al doilea caz se poate realiza o dispersare foarte larga a particulelor. Suprafata sedimentelor transportate prin intermediul aerului se caracterizeaza prin existenta ondulatiilor (dunelor) cu inaltimi si lungimi variabile.

GHEATA. In cazul ghetarilor alpini si a calotelor glaciare este specific transportul subnival. Este vorba de fragmentele existente pe suprafata ghetei, prinse in masa ei ori tarate pe fund. Depozitele care se nasc in momentul topirii acestuia poarta numele de morene. Ele se caracterizeaza prin heterogenitate granulometrica si petrografica. Transportul subnival este redus si este bine delimitat pe suprafata globului.

Precipitarea abiotica nu implica organismele vii. Un exemplu concludent il constituie precipitarea cauzata de evaporarea apei in unele bazine lagunare. In acest caz, evaporarea puternica a apei saline, policomponente, poate determina o precipitare selectiva a substantelor si mai ales intr-o anumita ordine: mai intai precipita substantele mai greu solubile si apoi cele mai usor solubile. Ordinea generala pare a fi: carbonati - sulfati - halogenuri. In aceste cazuri precipitarea abiotica poate fi cauzata de situatii specifice (particulare). De exemplu, depresurizarea apei sau incalzirea ei poate cauza precipitarea calcitului in golurile subterane (pesteri) sau la gura unor izvoare carstice (calcaroase).

Precipitarea relativ lenta, in bazinele aquatice, conduce la formarea a numeroase cristale care cresc treptat, in decursul timpului. Aceste cristale sunt mai dense decat apa si prin urmare sunt supuse sedimentarii gravitationale, ca orice suspensie solida. Din acest punct de vedere, suspensia abiotica se poate confunda cu o sedimentare statica. In final ea genereaza depozite sedimentare stratificate. De pilda, intr-o laguna pot aparea depozite evaporitice stratificate, avand la baza strate carbonatice, iar la partea superioara, strate cu halogenuri. In schimb, precipitarea abiotica de la gura izvoarelor sau cele din golurile carstice se desfasoara dupa alt mecanism: cristalele nu apar ca suspensii in apa, ci sunt fixate pe pereti sau pe alte suporturi solide preexistente, astfel incat sedimentarea gravitationala este evitata.

Precipitarea biotica este intim asociata cu metabolismul organismelor. In urma acestor procese metabolice (respiratii, fotosinteza etc.), anumite substante din solutia apoasa, aflata in imediata apropiere a organismului respectiv (fie el vegetal sau animal), devin suprasaturate si precipita chiar pe corpul organismului viu, generand asa numitul schelet extern. Precipitarea carbonatului de calciu (CaCO₃) in corpurile recifale, unde exista numeroase alge, este cauzata de diminuarea concentratiei de CO₂ in apa, ca urmare a fotosintezei algelor. Scheletul extern al molustelor (cu cochilii carbonatice) se formeaza ca urmare a consumului de CO₂ din apa, determinat de niste alge minuscule ce traiesc in simbioza cu molusca. Prin mecanisme mai putin elucidate, in jurul unor organisme se realizeaza suprasaturatii ale silicei, determinand aparitia scheletelor silicioase. Asa sunt scheletele de radiolari, de diatomee sau cele de spongieri.

Precipitarea biotica in sine nu este un proces sedimentar propriu-zis, nefiind implicata gravitatia. Totusi, dupa moartea microorganismelor cu schelete minerale minuscule (foraminifere, radiolari, diatomee - organisme planctonice) scheletele acestora (testele) sunt antrenate intr-o sedimentare statica putand forma, in ultima instanta, depozite sedimentare stratiforme. Exista si situatii particulare cand precipitarea biotica poate genera depozite stratificate, fara sa aiba loc o sedimentare de tip gravitational. Asa se intampla cand algele se fixeaza pe fundul apelor mai putin adanci, unde fotosinteza oscileaza sezonier ca intensitate, generand depuneri ritmice de carbonat, ca strate succesive. In final se realizeaza recifi stratificati (stromatitici).

Precipitarea biotica poate avea urmatoarele consecinte:

Formarea testelor. Testul este scheletul extern al unui anumit individ, apartinand unei anumite specii. Acumularea unui numar mare de teste individuale sau a fragmentelor de teste conduce la formarea, in ultima instanta, a unui corp petrografic special, numit corp bioacumulat. Testele pot apartine unor organisme bentonice (care traiesc pe fundul bazinelor), asa cum sunt gastropodele, bivalvele etc., sau al unor organisme pelagice (foraminifere, radiolari). Daca testele sunt cimentate intre ele, corpul bioacumulat mai este denumit "lumasel", iar daca nu sunt cimentate, faluna.

Formarea corpurilor recifale, respectiv a corpurilor petrografice bioconstruite. Acestea au structuri interne si forme variate in functie de conditia in care se dezvolta, dar mai ales de specia biotica implicata in recif (corali, alge, briozoare etc.). Corpurile recifale cu dezvoltare predominant pe verticala, fara stratificatie evidenta, se numesc bioherme, pe cand cele cu tendinta de dezvoltare tabulara si cu o structura interna de tip stratificat, se numesc biostrome.

Atat corpurile bioacumulate, cat si cele recifale, mai sunt denumite corpuri petrografice organogene, pentru a sublinia aportul organismelor vii la edificarea acestora.