Meteorização: tipos e processos

A resistência é a desagregação de rochas por desintegração mecânica e a decomposição química. Muitos são formados a altas temperaturas e pressões profundas na crosta terrestre; quando expostos a temperaturas e pressões mais baixas na superfície e encontram ar, água e organismos, eles se decompõem e fraturam.

Os seres vivos também têm um papel influente no desgaste, uma vez que afeta rochas e minerais através de vários processos biofísicos e bioquímicos, a maioria dos quais são não conhecidos em detalhe.

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Marble of the Devil (mármores do diabo), uma rocha rachada pelo tempo, na Austrália. Fonte: https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Cracked_boulder_DMCR.jpg

Existem basicamente três tipos principais pelos quais o intemperismo ocorre; Isso pode ser físico, químico ou biológico. Cada uma dessas variantes possui características específicas que afetam as rochas de maneira diferente; Mesmo em alguns casos, pode haver uma combinação de vários fenômenos.

Intemperismo físico ou mecânico

Os processos mecânicos reduzem as rochas em fragmentos progressivamente menores, o que aumenta a superfície exposta a ataques químicos. Os principais processos de intemperismo mecânico são os seguintes:

– o download.

– A ação da geada.

– Estresse térmico causado pelo aquecimento e resfriamento.

A expansão.

– Encolhimento devido a umedecimento com secagem subsequente.

– As pressões exercidas pelo crescimento de cristais de sal.

Um fator importante no intemperismo mecânico é a fadiga ou a geração repetida de estresse, o que diminui a tolerância a danos. O resultado da fadiga é que a rocha fraturará com um nível de estresse menor do que uma amostra não fatigada.

Baixar

Quando a erosão remove o material da superfície, a pressão de confinamento nas rochas subjacentes diminui. A pressão mais baixa permite que os grãos minerais se separem mais e criem vazios; A rocha se expande ou se expande e pode fraturar.

Por exemplo, em minas de granito ou outras rochas densas, a liberação de pressão dos cortes para extração pode ser violenta e até causar explosões.

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Abóbada da esfoliação no parque nacional de Yosemite, EUA. Fonte: Diliff [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], do Wikimedia Commons

Fratura por congelamento ou gel

A água que ocupa os poros dentro de uma rocha se expande em 9% quando congelada. Essa expansão gera uma pressão interna que pode causar desintegração física ou fratura da rocha.

A gelifração é um processo importante em ambientes frios, onde os ciclos de congelamento e descongelamento ocorrem constantemente.

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Intemperismo físico de um marcador de concreto. Fonte: LepoRello. [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], do Wikimedia Commons

Ciclos de aquecimento-resfriamento (termoclastia)

As rochas têm baixa condutividade térmica, o que significa que não são boas para afastar o calor de suas superfícies. Quando as rochas esquentam, a superfície externa aumenta sua temperatura muito mais do que a parte interna da rocha. Por esse motivo, a parte externa passa por uma maior expansão que a parte interna.

Além disso, rochas compostas por diferentes cristais têm um aquecimento diferencial: cristais de cores mais escuras aquecem mais rapidamente e esfriam mais lentamente do que cristais mais leves.

Fadiga

Essas tensões térmicas podem causar a deterioração da rocha e a formação de escamas, conchas e enormes folhas. O aquecimento e o resfriamento repetidos produzem um efeito chamado fadiga que promove o desgaste térmico, também chamado termoclastia.

Em geral, fadiga pode ser definida como o efeito de vários processos que diminuem a tolerância de um material a danos.

Escalas de rocha

A esfoliação ou produção de chapas por estresse térmico também inclui a geração de escamas de rocha. Da mesma forma, o intenso calor gerado por incêndios florestais e explosões nucleares pode fazer com que a rocha se desfaça e acabe quebrando.

Por exemplo, na Índia e no Egito, o fogo foi usado por muitos anos como uma ferramenta de extração de pedreiras. No entanto, as flutuações diárias da temperatura, encontradas mesmo nos desertos, estão bem abaixo dos extremos atingidos pelos incêndios locais.

Umedecimento e secagem

Os materiais que contêm argilas – como lama e xisto – se expandem consideravelmente quando úmidos, o que pode induzir a formação de microfallas ou microfraturas ( microfissuras em inglês) ou a extensão de fissuras existentes.

Além do efeito da fadiga, os ciclos de expansão e retração – associados ao umedecimento e secagem – levam ao desgaste das rochas.

Meteorização por crescimento de cristais de sal ou haloclastia

Nas regiões costeiras e áridas, os cristais de sal podem crescer em soluções salinas concentradas por evaporação da água.

A cristalização do sal nos interstícios ou poros das rochas produz tensões que as ampliam, o que leva à desintegração granular da rocha. Esse processo é conhecido como intemperismo salino ou haloclastia.

Quando os cristais de sal formados dentro dos poros da rocha são aquecidos ou saturados com água, eles se expandem e exercem pressão contra as paredes dos poros próximos; Isso produz estresse térmico ou estresse de hidratação (respectivamente), que contribuem para o intemperismo da rocha.

Resistência química

Esse tipo de intemperismo envolve uma ampla variedade de reações químicas, que atuam juntas em muitos tipos diferentes de rochas em toda a gama de condições climáticas.

Essa grande variedade pode ser agrupada em seis tipos de reações químicas principais (todas envolvidas na decomposição da rocha), a saber:

A dissolução.

– Hidratação.

– Oxidação e redução.

– Carbonatação.

– Hidrólise.

Dissolução

Os sais minerais podem ser dissolvidos em água. Esse processo envolve a dissociação das moléculas em seus ânions e cátions e a hidratação de cada íon; isto é, os íons são cercados por moléculas de água.

A dissolução é geralmente considerada um processo químico, embora não envolva transformações químicas. Como a dissolução ocorre como uma etapa inicial para outros processos químicos de intemperismo, ela é incluída nesta categoria.

A solução é facilmente revertida: quando a solução é supersaturada, parte do material dissolvido precipita como um sólido. Uma solução saturada não tem capacidade para dissolver mais sólido.

Os minerais variam em sua solubilidade e entre os mais solúveis em água estão os cloretos de metais alcalinos, como sal de rocha ou halito (NaCl) e sal de potássio (KCl). Estes minerais são encontrados apenas em climas muito áridos.

O gesso ( CaSO 4 .2H 2 O) também é bastante solúvel, enquanto o quartzo tem uma solubilidade muito baixa.

A solubilidade de muitos minerais depende da concentração de íons livres de hidrogênio (H + ) na água. Os íons H + são medidos como o valor do pH, que indica o grau de acidez ou alcalinidade de uma solução aquosa.

Hidratação

O intemperismo da hidratação é um processo que ocorre quando os minerais absorvem ou absorvem as moléculas de água em sua superfície, incluindo-as em suas redes cristalinas. Essa água adicional gera um aumento no volume que pode causar fraturas nas rochas.

Em climas úmidos de latitudes médias, as cores do solo apresentam variações notáveis: pode ser observada de marrom a amarelo. Essas colorações são causadas pela hidratação da hematita de óxido de ferro avermelhado, que passa para a goethita (oxi-hidróxido de ferro) de uma cor de óxido.

A coleta de água por partículas de argila também é uma forma de hidratação que leva à sua expansão. Então, quando a argila seca, a crosta racha.

Oxidação e redução

A oxidação ocorre quando um átomo ou um íon perde elétrons, aumentando sua carga positiva ou diminuindo sua carga negativa.

Uma das reações de oxidação existentes envolve a combinação de oxigênio com uma substância. O oxigênio dissolvido na água é um agente oxidante comum no ambiente.

O desgaste da oxidação afeta principalmente minerais que contêm ferro, embora elementos como manganês, enxofre e titânio também possam oxidar.

A reação do ferro – que ocorre quando o oxigênio dissolvido na água entra em contato com os minerais que contêm ferro – é a seguinte:

4Fe 2+ + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e

Nesta expressão e representa os elétrons.

O ferro ferroso (Fe 2+ ) encontrado na maioria dos minerais formadores de rochas pode ser convertido em sua forma férrica (Fe 3+ ) alterando a carga neutra da rede cristalina. Essa mudança às vezes causa seu colapso e torna o mineral mais propenso a ataques químicos.

Carbonatação

Carbonatação é a formação de carbonatos, que são os sais do ácido carbônico (H 2 CO 3 ). O dióxido de carbono se dissolve nas águas naturais para formar o ácido carbônico:

CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3

Posteriormente, o ácido carbônico se dissocia em um íon hidrogênio hidratado (H 3 O + ) e um íon bicarbonato, seguindo a seguinte reação:

H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 + H 3 O +

O ácido carbônico ataca minerais formando carbonatos. A carbonatação domina o intemperismo das rochas calcárias (que são calcárias e dolomitas); Nesses, o principal mineral é a calcita ou o carbonato de cálcio (CaCO 3 ).

A calcita reage com o ácido carbônico para formar o carbonato de cálcio, Ca (HCO 3 ) 2 que, diferentemente da calcita, se dissolve facilmente na água. É por isso que algumas pedras calcárias são tão propensas à dissolução.

As reações reversíveis entre dióxido de carbono, água e carbonato de cálcio são complexas. Em essência, o processo pode ser resumido da seguinte forma:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔ Ca 2 + + 2HCO 3

Hidrólise

Em geral, a hidrólise – decomposição química por ação da água – é o principal processo de intemperismo químico. A água pode quebrar, dissolver ou modificar os minerais primários suscetíveis às rochas.

Nesse processo, a água dissociada em cátions de hidrogênio (H + ) e ânions hidroxila (OH ) reage diretamente com minerais de silicato em rochas e solos.

O íon hidrogênio é trocado por um cátion metálico de minerais de silicato, comumente potássio (K + ), sódio (Na + ), cálcio (Ca 2+) ou magnésio (Mg 2+ ). Então, o cátion liberado é combinado com o ânion hidroxil.

Por exemplo, a reação para a hidrólise do mineral chamado ortoclase, que tem a fórmula química KAlSi 3 O 8 , é a seguinte:

2KAlSi 3 O 8 + 2H + + 2OH → 2HAlSi 3 O 8 + 2KOH

Assim, a ortoclase é convertida em ácido aluminossílico, HAlSi 3 O 8 e hidróxido de potássio (KOH).

Esse tipo de reação desempenha um papel fundamental na formação de alguns relevos característicos; por exemplo, eles estão envolvidos na formação de alívio cársico .

Intemperismo biológico

Alguns organismos vivos atacam as rochas mecanicamente, quimicamente ou por uma combinação de processos mecânicos e químicos.

Plantas

As raízes das plantas – especialmente as das árvores que crescem em leitos planos – podem ter um efeito biomecânico.

Esse efeito biomecânico ocorre quando a raiz cresce, porque aumenta a pressão exercida por ela no ambiente circundante. Isso pode levar à fratura das rochas rochosas.

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Medição biológica Nudiflora de Tetrameles que cresce na ruína de um templo em Angkor, Camboja. Fonte: Diego Delso, delso.photo, Licença CC-BY-SA via https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Ta_Phrom,_Angkor,_Camboya,_2013-08-16,_DD_41.JPG

Líquen

Os líquenes são organismos constituídos por dois simbiontes: um fungo (micobiont) e uma alga que geralmente é cianobactéria (phycobiont). Esses organismos foram relatados como colonizadores que aumentam o desgaste das rochas.

Por exemplo, verificou-se que o Stereocaulon vesuvianum está instalado nos fluxos de lava, conseguindo aumentar até 16 vezes sua taxa de intemperismo quando comparado às superfícies não colonizadas. Essas taxas podem dobrar em locais úmidos, como no Havaí.

Também foi observado que, quando os líquenes morrem, eles deixam uma mancha escura nas superfícies rochosas. Esses pontos absorvem mais radiação do que as áreas claras circundantes da rocha, promovendo intemperismo térmico ou termoclastia.

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Mytilus edulis um mexilhão de broca de rocha. Fonte: Andreas Trepte [CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], do Wikimedia Commons

Organismos marinhos

Certos organismos marinhos raspam a superfície das rochas e as perfuram, promovendo o crescimento de algas. Esses organismos perfurantes incluem moluscos e esponjas.

Exemplos desse tipo de organismo são o mexilhão azul ( Mytilus edulis ) e o gastrópode herbívoro Cittarium pica .

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O líquen Stereocaulon vesuvianum é um colonizador instalado nos fluxos de lava, nas Ilhas Canárias Fuerteventura e Lanzarote, na Espanha. Fonte: Lairich Rig via https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_lichen_-_Stereocaulon_vesuvianum_-_geograph.org.uk_-_1103503.jpg

Quelação

A quelação é outro mecanismo de intemperismo que envolve a remoção de íons metálicos e, em particular, de alumínio, ferro e íons de manganês das rochas.

Isto é conseguido através da ligação e seqüestro por ácidos orgânicos (como ácido fúlvico e ácido húmico), para formar complexos solúveis de matéria orgânica-metal.

Nesse caso, os agentes quelantes provêm dos produtos de decomposição das plantas e das secreções radiculares. A quelação estimula o desgaste químico e a transferência de metais no solo ou na rocha.

Referências

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  2. Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2a edn. Com uma contribuição de APW Hodder. Oxford: Oxford University Press.
  3. Stretch, R. & Viles, H. (2002). A natureza e a taxa de intemperismo dos líquenes nos fluxos de lava em Lanzarote. Geomorfologia , 47 (1), 87-94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
  4. Thomas, MF (1994). Geomorfologia nos trópicos: um estudo sobre intemperismo e desnudação em baixas latitudes. Chichester: John
    iley & Sons.
  5. White, WD, Jefferson, GL e Hama, JF (1966) cárstico de quartzito no sudeste da Venezuela. International Journal of Speleology 2, 309–14.
  6. Yatsu, E. (1988). A natureza do intemperismo: uma introdução. Tóquio: Sozosha.

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