Procese in aria sursa

Procese in aria sursa

Clastogeneza

Dezagregarea mecanica a rocilor de la suprafata scoartei terestre este facilitata de prezenta fracturilor si eventual a porozitatii care actioneaza ca discontinuitati de-a lungul carora fluidele (apa, aerul) sau diverse organisme pot patrunde si actiona.

1. frost wedging:

. common to areas where temperature flucuates above and below freezing on a regular basis

. during the day, water percolates into fractures in the source rock

. during the night, the water freezes and expands in volume by 9%

. the expansion of the ice fractures the source rock

. the liberated sedimentary particles are coarse, and exactly the same composition as the source rock

. the particles fall and slide down the mountain and accumulate in large talus piles

. used in ancient mines and quarries

2. sheeting:

. rocks in the subsurface are subjected to the great lithostatic pressure of the rocks overlying them

. the rock fractures, but the fractures remain closed by the high pressure

. the rocks are uplifted, and the litho load is reduced

. the fractures relax and open up, and the rock starts to fall apart

3. thermal expansion and contraction:

. caused by daily fluctuations in the temperature on the order of 30°C +

. common to deserts and mountains

. heat causes microscopic expansion of source rocks, fracturing them, and cold causes contractions, opening the fractures

4. organic activity:

. tree root wedging into fractures

. clams boring into source rocks in tidal zone

Alterarea chimica

Alterarea chimica este un proces tipic pentru rocile care au fost formate in conditii genetice foarte diferite de cele cu care au ajuns sa interactioneze la un moment dat. Este cazul rocilor magmatice si metamorfice formate in crusta terestra, ajunse la suprafata scoartei sub directa actiune a apei, oxigenului, temperaturii si presiunii mult inferioare celor de geneza, mineralele componente fiind astfel in stare de instabilitate chimica in raport cu factorii exogeni.

Procesul de alterare este selectiv, in sensul ca sunt afectate mai mult anumite minerale, iar potentialul acestora de a fi alterate este data de seria lui Bowen:

mineralele bogate in Fe, Mg, Ca si Na (primele care cristalizeaza dintr-o topitura) au legaturi slabe, sunt instabile chimic si deci primele care vor fi alterate. In consecinta minerale ca: olivina, piroxeni, amfiboli sau plagioclazi, vor fi rare in rocile sedimentare fiind cele mai alterabile la suprafata scoartei terestre.

mineralele bogate in Si, Al si K (ultimele minerale care cristalizeaza) au legaturi chimice mai puternice, sunt mai stabile si deci mai putin afectate de alterare. De aceea acestea constuie mineralele cele mai frecvente in rocile sedimentare: cuart, feldspati potasici, muscovit.

Soarta mineralelor alterabile poate fi completa dizolvare sau formarea de minerale noi pe baza celor alterate. Dizolvarea duce la aparitia unei porozitati care astfel contribuie la dezagregarea rocii parentale si la avansarea frontului de alterare. Exista patru procese majore de alterare chimica:

Hidroliza:

Hidroliza este reactia intre moleculele de apa si ionii metalici din structura mineralelor silicatice. Cei doi atomi de H si atomul de O sunt legati covalent in molecula de apa, dar electronii pusi in comun sunt ceva mai apropiati de atomul mare de oxigen, astfel incat molecula de apa are un caracter bipolar, slab negativ in zona oxigenului si slab pozitiv in dreptul hidronului. Acest caracter bipolar duce la formarea de legaturi ionice cu metalele din diverse structuri cristaline, distrugandu-le.

Un efect esential in procesul de hidroliza il are acidul carbonic. Acesta este omniprezent in soluri sau la suprafata scoartei, datorita activitatii biotice precum respiratia plantelor si descompunerea bacteriana a substantelor organice. In lipsa acidului carbonic, reactia de hidroliza este foarte lenta. Exemplu :

MgFeSiO₄+4H₂0=>Mg⁺²+Fe⁺²+4OH^-+H₄SiO₄

(olivina) (acid silicic)

Mai departe doar ionii de fier in prezenta apei si a oxigenului ajunge sa formeze o faza minerala noua:

4Fe⁺²+O₂+6H₂O=>4FeOOH+8H⁺

(hematit)

In prezenta substantei organice si respectiv a acidului carbonic, reactia devine:

MgFeSiO₄+4H₂CO₃=>Mg⁺²+Fe⁺²+4HCO₃^-+H₄SiO₄

Similar, apa serveste ca mediu pentru schimbul de metale si in alte structuri minerale; iar cantitatea de apa (respectiv rata de precipitatii=climat) conditioneaza produsele de reactie rezultate. Exemplul reactiilor de hidroliza a feldspatilor alcalini in conditii de climat temperat si in prezenta acidului carbonic:

2KAlSi₃O₈+9H₂0+2H₂CO₃ =>

=>2K⁺+Al₂Si₂O₅(OH)₄+2HCO₃-+4H₄SiO₄

(feldspat K) => (caolinit)

Exemplul reactiilor de hidroliza a feldspatilor alcalini in climat foarte umed si in prezenta acidului carbonic:

2KAlSi₃O₈+14H₂0+2H₂CO₃ =>

=>2K⁺+2Al(OH)₃+2HCO₃-+6H₄SiO₄

(feldspat K) => (gibbsit)

Oxidarea

Oxidarea este procesul de desfacere a structurilor minerale (silicati) in care exista metale polivalente precum Fe, Mg, Mn si de realizare a legaturilor intre aceste metale si oxigenul cu formare de minerale noi: oxizi metalici. Exemplu:

4FeSiO₃ + O₂ => 2Fe₂O₃ + 4SiO₄

(piroxen) (hematit) (cuart)

sau daca in roca parentala exista sulfuri, iar climatul este umed, atunci reactia este mai violenta formandu-se solutii foarte acide care pot cauza la randul lor reactii de dizolvare si reprecipitare. Spre exemplu reactia de oxidare a piritei:

4FeS₂ + 15O₂ + 10H₂O => 4FeOOH + 8H₂SO₄

(pirita) (goethit)

Hidratarea/Deshidratarea

La suprafata scoartei terestre mobilitatea apei poate afecta mineralele ce contin apa in structura lor datorita proceselor de deshidratare in cazul in care rata de evaporare este foarte ridicata, sau minerale (saruri) care nu contin apa se pot hidrata in prezenta apei. In ambele cazuri se formeaza noi minerale. Exemplu:

CaSO₄ ^. 2H₂0 - 2H₂0 => CaSO₄

(gips) (anhidrit)

Dizolvarea

Dizolvarea mineralelor solubile (cu legaturi ionice) de catre apa de ploaie slab acida (bogata in CO₂) produce eliberarea de cationi si anioni, care ulterior se pot combina si pot conduce la precipitari de noi minerale. Exemplu:

H₂0 + CO₂ + CaCO₃ =>Ca⁺² + 2HCO₃^-

(calcit) (ion bicarbonic)

Produsele alterarii

Dezagregarea si alterarea rocilor in situ produc impreuna un nivel superficial format din fragmente mici de roci mai si minerale mai mult sau mai putin nealterate si o matrice minerala fina formata din noile minerale rezultate prin alterarea celor instabile. Acest nivel superficial poarta numele de regolit, sau scoarta de alterare. Partea superioara a regolitului este de regula mai bogata in substanta organica si reprezinta solul. Solul contine:

granule de minerale stabile sau roci care au supravietuit alterarii (=restite) avand diverse dimensiuni;

granule fine de oxizi si minerale argiloase provenite din oxidarea si hidroliza mineralelor silicatice;

humus, fragmente de materie organica vegetala si animala aflate in diferite grade de descompunere (oxidare);

apa interstitiala, care transporta prin porii dintre particule, mineralele argiloase si oxizii dinspre partea superioara spre cea inferioara (eluviere[2]), dizolva si transporta diversi ioni si contibuie la intretinerea proceselor de alterare chimica in soluri.

Pornind de la roca nealterata se pot observa o serie de orizonturi cu treceri gradate intre ele, fiecare avand anumite caracteristici compozitionale si texturale dependente de gradul de alterare. Toate aceste orizonturi formeaza un profil de sol sau mai corect spus ar fi un profil de regolit, dar termenul de "profil de sol" este mult mai utilizat. Totalitatea proceselor de alterare si descompunere a substantei organice care duc la formarea unui profil de sol poarta denumirea de procese pedogenetice.

Alterarea avanseaza in timp dinspre suprafata spre adancime, asa incat cel mai nou orizont afectat de alterare va fi intotdeauna in baza succesiunii, la limita cu roca parentala nealterata. Un profil complet contine patru orizonturi dispuse peste roca parentala:

Orizontul O - organic, este un nivel subtire situat la partea superioara si este alcatuit dominant din humus recent, aflat intr-un stadiu incipient de descompunere.

Orizontul A - este alcatuit din fragmente minerale stabile (restite), humus si apa. La randul sau, acest orizont este zonat, format din: zona de dizolvare (din care ionii dizolvati sunt transportati descendent in solutie) si zona de eluviere (din care mineralele argiloase si oxizii neoformati sunt transportati descendent de catre apa). Orizonturile O si A impreuna alcatuiesc "solul" propriuzis adica partea sa organica si fertila.

Orizontul B - "subsol", este alcatuit din fragmente minerale stabile si instabile, minerale argiloase si oxizi din acumularea celor transportate din orizontul A. Adesea precipitarea oxizilor si ionilor transportati in solutie duce la formarea unor cruste dure: fericreturi (cruste feruginoase), silcreturi (cruste silicioase), calcreturi sau caliche (cruste carbonatice).

Orizontul C - este de fapt partea inferioara a regolitului in care nu se gaseste substanta organica insa domina fragmente minerale aflate intr-un stadiu incipient de dezagregare mecnica si alterare chimica.

Existe mute tipuri de sol, care difera ca grosime, textura si compozitie. Diferentele sunt datorate conditiilor climatice, tipului de vegetatie, tipul de roca parentala si tipul de relief. Climatul este un factor decisiv in formarea solurilor, el controleaza direct temperatura, umezeala, tipul si densitatea vegetatiei, determina rata de dezagregare mecanica si alterare chimica a rocilor parentale si deci grosimea si compozitia solurilor.

Compozitia rocii parentale are un rol determinant in formarea regolitului prin intensitatea dezagregarii si alterarii mineralelor componente. Prezenta fracturilor si a porozitatii faciliteaza avansarea proceselor de dezagregare si apoi de alterare a mineralelor componente.

Procesul de pedogeneza este indelungat si necesita o constanta a factorilor determinanti. Un relief dinamic, cu pante abrupte este deci impropiu pentru formarea unui profil de sol bine dezvoltat, in schimb un relief inactiv, cu suprafete plane este ideal.

Functie de variatia tuturor acestor factori determinanti, exista o multitudine de tipuri de sol, care pot fi grupate in trei clase majore:

- pedalfer: bogate in minerale argiloase si Al, Fe; orizonturile O si A puternic levigate, deschise la culoare iar orizontul B brun roscat bogat in oxizi. Sunt formate in conditii climatice temperat-umede cu vegetatie abundenta.

- pedocal: bogate in Ca (caliche), deschise la culoare. Sunt formate in zone cu climat temperat-arid, cu vegetatie ierbacee si tufisuri.

- laterite: bogate in Fe si Al, restul elementelor complet levigate; au culoare rosie-caramizie si sunt formate in climat tropical-umed cu vegetatie de padure sau ierbacee densa.