2.5: Intemperie

2.5.1 Introducción a la intemperie

La meteorización es el término utilizado para la descomposición química y desintegración física del lecho rocoso en y justo debajo de la superficie terrestre. La intemperie actúa sobre todo el lecho rocoso cerca de la superficie, aunque con una naturaleza y tasa muy variables dependiendo de varios factores.

La roca a profundidad tiende a ser llevada hacia arriba hacia la superficie, al destapar gradualmente por la intemperie en la superficie y la eliminación de los productos de meteorización. Es una cuestión de movimiento relativo: el lecho rocoso a profundidad puede estar inmóvil (en relación con, digamos, el centro de la tierra) o moverse lentamente hacia arriba por elevación o hacia abajo por hundimiento, pero en cualquier caso se mueve hacia arriba en relación con la superficie de la tierra si el material en la superficie está siendo despojado . Astherock se acerca a la superficie, tiende a ser sometido a lo que se llama alteración cercana a la superficie: se encuentra a presiones y temperaturas mucho más bajas que a mayor profundidad, y las aguas derivadas de la superficie, que tienden a ser oxigenadas y transportan CO2 disuelto, tienen la oportunidad de causar ciertas reacciones químicas en muchos minerales constituyentes, como silicatos ferromagnesianos y feldespatos. En cierto sentido, se puede pensar en una alteración tan cercana a la superficie como un precursor o precursor de la meteorización en el sentido más estricto. Pero a pesar de tal alteración cercana a la superficie, la roca sigue siendo una roca sólida, y no se acerca a una condición que podría describirse como regolito.

La meteorización, en el sentido generalmente aceptado, actúa sobre roca que está lo suficientemente cerca de la superficie como para verse afectada no solo por la circulación activa de aguas derivadas de la superficie sino también por cosas como los cambios de temperatura y el crecimiento de las plantas. Pero al pensar en la meteorización no tienes que restringirte a la superficie real de la roca, ¡sobre la cual brilla el sol!

La meteorización se subdivide tradicionalmente en dos conjuntos de procesos:

• la meteorización química, la descomposición química de algunos o todos los minerales constituyentes o el lecho rocoso.
• la meteorización física, la avería mecánica o la desintegración del lecho rocoso en partículas grandes y pequeñas.

Esta es una distinción útil, pero aquí hay un dato muy importante para entender: la meteorización química y la meteorización física tienden a actuar simultáneamente y reforzarse mutuamente.

2.5.2 Resistencia a la intemperie química

Químicamente, la superficie terrestre es un lugar muy reactivo. Para empezar, en la mayoría de los lugares y al menos en ciertos momentos la superficie es un ambiente acuoso, y el agua no sólo es un disolvente muy efectivo en sí mismo sino también un medio necesario para muchas reacciones químicas.

Debido al alto contenido de oxígeno en la atmósfera, en la mayoría de los lugares la superficie terrestre es un ambiente bien oxigenado, como en el subsuelo poco profundo donde la concentración de materia orgánica no es tan grande y la permeabilidad tan baja (como es común en pantanos y pantanos) que el oxígeno es consumido en la oxidación de la materia orgánica antes de que pase hacia abajo a profundidades más profundas. (Si no está seguro de la naturaleza de la oxidación, habrá algún material de fondo sobre ella más adelante). Debido a que muchos de los minerales formadores de rocas comunes contienen hierro ferroso (es decir, hierro en estado reducido, y por lo tanto susceptible a la oxidación al estado férrico insoluble), las reacciones de oxidación son un aspecto importante de la meteorización química.

De la misma manera, debido a que la atmósfera contiene un porcentaje sustancial de dióxido de carbono (CO ₂), las aguas superficiales contienen invariablemente CO ₂ disuelto apreciable. Ya sabes que el CO ₂ se disuelve fácilmente en agua. Que el CO ₂ disuelto reacciona con el agua misma para formar un ácido débil, el ácido carbónico, según la reacción

\[\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3} \label{1}\]

En equilibrio, aproximadamente el uno por ciento del CO ₂ disuelto está en forma de ácido carbónico. La mayoría de los minerales son menos estables en un medio ácido que en un medio neutro, por lo que el CO ₂ disuelto mejora la resistencia a la intemperie de muchos minerales.

Específicamente, ¿qué está pasando con la Reacción 1? Una molécula de dióxido de carbono, que consiste en un átomo de carbono fuertemente unido con dos átomos de oxígeno, se combina con una molécula de agua, que consiste en un átomo de oxígeno fuertemente unido con dos átomos de hidrógeno, de tal manera que una molécula única, nueva, más grande, con la fórmula química H ₂ CO ₃, se produce. En la solución acuosa, este proceso continúa todo el tiempo, y al mismo tiempo las moléculas de H ₂ CO ₃ están siendo cambiadas de nuevo a moléculas de CO _{2 y H 2} O. Donde se logre el saldo depende de la concentración impuesta de CO ₂, que en este caso proviene ya sea de la atmósfera o de la descomposición química de la materia orgánica. (Probablemente sepas que, por fotosíntesis, las plantas toman agua y dióxido de carbono y lo convierten en moléculas complejas de carbohidratos, y cuando la planta muere y los tejidos de la planta se exponen a un ambiente acuoso oxigenado sucede lo contrario y la materia orgánica se descompone de nuevo en dióxido de carbono y agua.)

El ácido carbónico no es el único ácido común en las aguas naturales cercanas a la superficie: en la mayoría de las áreas terrestres, los organismos (tanto plantas como animales) que viven en o en el suelo (es decir, la parte superior de la capa de regolito) utilizan dióxido de carbono y diversos nutrientes para producir materia orgánica, que en su descomposición se remonta a la los compuestos constituyentes tienden a producir una variedad de ácidos orgánicos débiles.

En el resto de esta sección, varios tipos de reacciones químicas mostrarán el rango de reacciones de meteorización que son importantes en la descomposición química de los minerales del lecho rocoso. Implican solución, oxidación y carbonatación, de diversas maneras. Tenga en cuenta que aunque estas reacciones particulares son importantes, son solo reacciones representativas: los detalles varían dependiendo del ensamblaje de minerales que se están desgastando, y de sus composiciones particulares (que, recuerden, varían ampliamente debido a la amplia gama de iones sustituciones en minerales de silicato).

Solución

Algunos minerales simplemente se disuelven en agua. La halita (cloruro de sodio) y el yeso (sulfato de calcio hidratado) son buenos ejemplos:

\[\ce{NaCl (s) <=> Na^{+} + Cl^{-}} \label{2}\]

\[\ce{CaSO4 \cdot H2O <=> Ca^{2+} + SO4^{2-} + H2O} \label{3}\]

Este es el tipo de reacción de meteorización más simple de entender, pero no la más importante. Un tipo de solución más importante, y más complicado, involucra la calcita, el constituyente de la piedra caliza:

\[\ce{CaCO3 (s) + CO2 +H2O <=> Ca^{2+} + 2H^{+} + CO3^{2-}} \label{4}\]

La razón por la que esta reacción es más complicada es que involucra el dióxido de carbono atmosférico disuelto en el agua. El CO ₂ tiene que estar involucrado debido al ion CO ₃ ^{2 -} tanto en la estructura del mineral como como producto de la solución y luego disociación del CO ₂ en agua. (Nota incidental: esta reacción puede ir en cualquier dirección, dependiendo de la concentración de CO ₂: si se agrega CO ₂ al sistema, como en ambientes climáticos, la calcita se disuelve; si se extrae del sistema, como en ciertos ambientes oceánicos cálidos poco profundos, carbonato de calcio se precipita el sedimento. Piénsalo la próxima vez que estés tumbado en una playa blanca de carbonato-arena en el Caribe).

carbonatación de minerales de silicato que no contienen aluminio o hierro:

La mayoría de los minerales de silicato que no contienen aluminio contienen iones Fe ^{2 +} y Mg ^{2 +} en diversas proporciones. En lugar de escribir una sola reacción de meteorización para tales minerales, es más ordenado mirar reacciones separadas para aquellos con solo magnesio y aquellos con solo hierro. Tales minerales, aunque existen, no son comunes, pero sus reacciones de meteorización son instructivas. Primero mira la meteorización del olivino, que es un mineral común en las rocas ígneas, y uno que es muy susceptible a la intemperie química. La mayoría de los olivinos en las rocas ígneas contienen algo de hierro además del magnesio, pero supongamos, por simplicidad, que estamos tratando con un olivino de magnesio puro:

\[\ce{Mg2SiO4 + 4CO2 + 4H2O → 2Mg2+ + 4HCO3- + H4SiO4} \label{5}\]

(He usado la flecha simple a la derecha, en lugar de la flecha doble, aquí y abajo porque lo contrario de estas reacciones no es realmente cómo se construyen los minerales bajo condiciones profundas de la Tierra).

Tenga en cuenta que la “sílice” (es decir, SiO ₂ en alguna forma u otra) se extrae del mineral silicato original. En la mayoría de las aguas naturales, la especie dominante de sílice en solución es H ₄ SiO ₄, un ácido débil llamado ácido silícico. Está en la forma de una molécula que consta de cuatro átomos de hidrógeno, cuatro átomos de oxígeno y un átomo de silicio, todos fuertemente unidos entre sí.

carbonatación de minerales de silicato que no contienen aluminio pero sí contienen hierro:

Ahora mira un mineral ferromagnesiano con todo Fe y sin Mg. (Asumiremos que el mineral es un mineral de piroxeno; aquí no hay detalles). En nuestro ambiente cercano a la superficie rico en oxígeno, es un proceso de dos pasos. El primer paso es como el expresado en la Reacción 5 anterior, pero los valores numéricos de los coeficientes frente a los reactivos y productos son algo diferentes, porque empezamos con un mineral con una fórmula química diferente. Cualitativamente, el resultado es el mismo: el mineral de silicato que contiene hierro se descompone en presencia de agua y dióxido de carbono para poner hierro y sílice en solución. El hierro disuelto está en forma ferrosa (“más-dos”), que es libremente soluble en agua pura. Se convierte en presencia de oxígeno en óxido férrico de hierro y sílice en solución:

\[\ce{FeSiO3 + 2CO2 + 3H2O → Fe2+ + 2HCO3- + H4SiO4} \label{6}\]

Pero ese no es el final de la historia, porque el hierro ferroso en solución reacciona con

oxígeno disuelto en el agua, para precipitar un mineral de óxido de hierro, Fe ₂ O ₃:

\[\ce{2Fe2+ + 3O2 → 2Fe2O3} \label{7}\]

El hierro en el mineral Fe ₂ O ₃ está en forma férrica (“más-tres”), que es casi totalmente insoluble en agua pura.

La representación en la Reacción 7 sigue siendo un poco falsa, sin embargo, porque los óxidos férricos producidos en la superficie terrestre son comúnmente hidratados o hidratados: uno podría describirlos como óxidos férricos hidratados. Existen varios minerales de ese tipo estrechamente relacionados; los más comunes son goetita, FeO (OH) y ferrihidrita, 5Fe2O3.9H2O). Todas tienen colores que van desde el amarillo hasta el naranja hasta el marrón; es por eso que las superficies desgastadas en el lecho rocoso son tan comúnmente de esos colores. En cierto sentido, las rocas que contienen hierro ferroso se oxidan cuando se exponen en la superficie terrestre.

Si hubiéramos comenzado con un piroxeno real, con una combinación de iones Fe ^{2 +}, iones Mg ^{2 +} e iones Ca ^{2 +}, estos dos últimos habrían sido liberados a solución mientras que el primero habría encontrado su camino en óxidos insolubles; eso es porque el magnesio y el calcio son fácilmente solubles en agua pero el hierro férrico es casi completamente insoluble.

meteorización de aluminosilicatos:

Ahora al espectáculo más grande de todos en meteorización química. El ejemplo aquí será lo que sin duda es la reacción de meteorización más importante en la tierra: la hidrólisis y carbonatación del feldespato. Utilizaremos feldespato potásico como ejemplo; la meteorización del feldespato plagioclasa es similar.

\[\ce{2KAlSi3O8 + 2H2CO3 + 9H2O → Al2Si2O25(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+ + 2HCO3-} \label{8}\]

Comentarios:

1. El primer producto a la derecha es el mineral arcilloso caolinita. (Habrá más material sobre minerales arcillosos en una sección posterior.) Otros tipos de minerales arcillosos son posibles como productos sólidos de meteorización del feldespato también, dependiendo de los detalles del ambiente químico.
2. Los productos en solución son ácido silícico, como antes, e iones de potasio.
3. Si el feldespato hubiera sido plagioclasa, los iones Na ⁺ y Ca ^{2 +} habrían entrado en solución en lugar de iones K+.
4. La reacción podría haber sido reescrita ligeramente para comenzar con CO ₂ en lugar de con H ₂ CO ₃. Las diferencias son inmateriales. Aquellos de ustedes que estén bien versados en química pueden intentar reescribir la reacción agregándole la siguiente reacción: 2CO ₂ + 2H ₂ O ⇔ 2H ₂ CO ₃.

En conclusión, si no recuerdas nada más sobre la meteorización química, recuerda esto:

cuando el feldespato es meteorizado, por reacción con agua y dióxido de carbono, el resultado es un mineral arcilloso, iones positivos (K ⁺ y/o Na ⁺ y/o Ca ^{2 +} ) en solución, y sílice, principalmente en forma de H ₄ SiO ₄, en solución.

En situaciones de meteorización intensa, en ambientes cálidos y húmedos, la meteorización de minerales de aluminosilicato como el feldespato puede ir un paso más allá, hasta el producto de meteorización definitiva:

\[\ce{2Al2Si2O25(OH) 4 → 4Al(OH) 3 + 4H4SiO4 + 5H2O} \label{9}\]

La caolinita, que a su vez era el producto de meteorización del feldespato potásico, se despoja más de toda su sílice, para producir un mineral de hidróxido de aluminio totalmente insoluble y más sílice en solución. ¡Este es el último residuo de meteorización! Existen varios minerales de óxido de aluminio hidratado que salen de una reacción como esta; el mineral gibbsita es el más común. Los materiales superficiales que son especialmente ricos en tales óxidos de aluminio hidratados insolubles se llaman bauxita. Como probablemente sepa, tales mezclas de residuos atmosféricos de óxidos de aluminio hidratados son el suministro mundial de mineral de aluminio. Dependiendo de la composición de las rocas originales, tales residuos de meteorización final se mezclan comúnmente con óxidos de hierro hidratados insolubles también.

Un punto final, que será importante para nuestra posterior consideración de sedimentos y suelos: todos los productos sólidos de meteorización en las reacciones anteriores, minerales arcillosos y diversos óxidos de aluminio y hierro férrico, suelen tener un tamaño de partícula más fino que los minerales a partir de los cuales se producen durante meteorización.

¿Cuáles son los controles sobre la meteorización química? Visto a gran escala, hay cuatro controles principales sobre la meteorización química:

• clima: La intensidad de la meteorización química aumenta con la precipitación y la temperatura. La razón por la que aumenta con la precipitación es que la meteorización requiere un medio acuoso para las reacciones. Cuanto mayor sea el porcentaje de tiempo que una masa dada de roca resistente a la intemperie se satura con agua superficial, más meteorización química es probable que experimente. La razón por la que la intensidad de la meteorización química aumenta con la temperatura es que, como con todas las reacciones químicas, la velocidad de la reacción aumenta con la temperatura. Eso es básicamente porque el vigor de la agitación térmica de los átomos y moléculas aumenta con la temperatura.
• tipo de roca: Algunos tipos de rocas son más susceptibles a la intemperie química que otros. Las rocas que contienen minerales que se formaron bajo condiciones de las altas temperaturas y presiones de la corteza profunda o el manto superior son mucho más resistentes a la intemperie que las rocas que contienen abundantes minerales como el cuarzo, la calcita o la moscovita, que son estables, o al menos solo se pueden resistir lentamente, bajo la mayoría de la Tierra- condiciones de la superficie. Por esa razón, la mayoría de las rocas ígneas y metamórficas son generalmente más susceptibles a la intemperie que la mayoría de las rocas sedimentarias.
• relieve: Las regiones con alto relieve suelen tener también pendientes pronunciadas. Los movimientos de masa impulsados por la gravedad (más sobre eso en un capítulo posterior) entonces son efectivos para eliminar el material recién desgastado, exponiendo así el lecho de roca más fresco a la intemperie química continua. En regiones con bajo relieve, sin embargo, la capa de regolito se espesa hasta el punto en que el lecho de roca subyacente está en gran medida sellado de un mayor contacto con el entorno superficial de la intemperie química.
• vegetación: Como se mencionó anteriormente, cuando los materiales vegetales se descomponen liberan dióxido de carbono y ácidos débiles al ambiente del regolito. Estas sustancias acidifican el material superficial, tendiendo así a conducir a la derecha las diversas reacciones químicas de meteorización discutidas anteriormente.

Hay otra manera de ver los controles sobre la meteorización química: desde el punto de vista de lo que realmente percibe una pequeña masa de material resistente a la intemperie. Esta es la vista a pequeña escala, en contraste con la vista a gran escala anterior. Se reduce, en gran parte, a cuatro factores fisicoquímicos más específicos:

• composición mineral de la roca
• composición química del agua
• velocidad de paso del agua a través de la roca • temperatura

2.5.3 Meteorología Física

La mayoría de las rocas son fuertes: hay que golpearlas con un martillo para romperlas. Las rocas más fuertes, como las cuarcitas duras, ceden solo a regañadientes incluso a los golpes de martillo más vigorosos. Otras rocas, como las areniscas suaves, puedes romperte con tus propias manos. (De hecho, existe una gradación continua entre sedimentos sueltos y no consolidados y roca sedimentaria fuertemente litificada, dependiendo en gran parte de la profundidad del entierro). La fuerza de las rocas es un tema complicado, lo cual es importante para la industria de la construcción, así como para los geocientíficos que tratan de entender la fractura de roca que causa grandes sismos.

Permítanme un poco más específico sobre la naturaleza de la fuerza de sólidos como rocas. Existen tres formas de romper los sólidos: por compresión, por tensión y por cizallamiento (Figura 2-5). En las rocas, la resistencia a la compresión y la resistencia al corte son grandes, pero la resistencia a la tracción es mucho menor: generalmente, es mucho más fácil romper una roca separándola que apretándola. (Eso es cierto para el concreto, una roca artificial, también.)

Figura 2-5. Tres formas de romper sólidos.

La forma más fácil de romper una roca es abrirle una grieta preexistente. Eso se debe en parte a la baja resistencia a la tracción, pero también por un efecto conocido como concentración de esfuerzos en la punta de la grieta propagadora (por razones que están más allá del alcance de este curso). Una simple analogía puede servir bien aquí: es mucho más fácil “romper” una hoja de papel en tensión iniciando un corte y luego separando los bordes del corte que agarrando la hoja por los bordes opuestos y tirando de ella uniformemente. Cuando una roca se fractura en tensión, ya sea rápidamente como resultado de un golpe o una explosión, o lentamente, por una variedad de procesos naturales de meteorización, la grieta se agranda a medida que la punta de la grieta se propaga hacia la roca no fracturada.

La rotura de agregados policristalinos como rocas (o metales) es más complicada que la rotura de materiales homogéneos como el vidrio. Eso se debe a que los granos de cristal de la roca se unen entre sí en los límites de grano, por lo que se debe tener en cuenta la fuerza de los contactos de grano, así como la fuerza de los propios granos minerales. Cuando una roca está estresada, las grietas extremadamente finas tienden a desarrollarse primero a lo largo de los límites de grano.

Las rocas en la superficie tienden a ser desagregadas (desagregadas, desintegradas) por una variedad de procesos, cuya importancia varía mucho de un lugar a otro y de vez en cuando. Estos procesos físicos (también podrían llamarlos procesos mecánicos) tradicionalmente se han citado como importantes en la meteorización física, pero los estudios cuantitativos definitivos de los diversos efectos son desalentadoramente escasos. Los voy a exponer aquí para ustedes sin hacer mucho de un intento de clasificarlos en importancia, a excepción de algunos comentarios finales al final de esta sección.

láminas: El revestimiento es un estilo de fractura de roca que desarrolla conjuntos de fracturas justo debajo de la superficie del lecho rocoso y concordante con ella. La razón por la que tales fracturas tienden a formarse es que a medida que la roca sube a la superficie se descarga: se reduce el peso de la roca suprayacente. La roca intenta expandirse ligeramente (la roca tiene una compresibilidad pequeña pero definida), y solo puede expandirse hacia arriba, no hacia los lados. Esto conduce al desarrollo de fracturas que son aproximadamente paralelas a la superficie rocosa. El revestimiento es más común en roca de roca de otra manera masiva y no fracturada. Las juntas laminadas disminuyen rápidamente en el espaciamiento hacia abajo de la superficie, generalmente desapareciendo dentro de varios metros. La próxima vez que veas una foto de las laderas de las montañas en Yosemite, piensa en términos de fracturas laminares.

exfoliación: La exfoliación (Figura 2-6) es la separación, durante la meteorización, de cáscaras sucesivas, de unos milímetros a algunas decenas de centímetros de espesor, del macizo rocoso. El efecto mecánico es algo parecido al de las láminas: a medida que la delgada capa cercana a la superficie del lecho rocoso sufre meteorización química, los minerales del producto atmosférico tienden a ser de menor densidad que los minerales originales, lo que significa mayor volumen, por lo que la delgada zona superior de la roca intenta expandirse. Solo puede expandirse hacia arriba, por lo que se forman fracturas paralelas a la superficie rocosa. En esta situación, la meteorización química y la meteorización mecánica actúan juntas para desintegrar el lecho rocoso. Un proceso relacionado conduce a lo que se llama meteorización esferoidal: la exfoliación y desconchado es ligeramente más efectiva en los bordes y esquinas que en las caras rocosas, por lo que en un afloramiento cortado por conjuntos de fracturas planas en diversas orientaciones (tales fracturas se llaman juntas; son ubicuas en afloramientos de roca madre) los bordes y esquinas se redondean para producir un aspecto muy esferoidal o “blobby” al afloramiento. En casos avanzados, los esferoides se liberan completamente del afloramiento y se encuentran en la superficie o en la pendiente descendente del rollo.

Figura 2-6. Desintegración de una roca superficial por exfoliación. (De Hunt, 1972.)

desintegración granular: La desintegración granular es otro proceso que es en parte un efecto mecánico de la meteorización química. Muchas si no la mayoría de las rocas consisten en una mezcla de minerales, algunos susceptibles a la intemperie química y otros no. A medida que los minerales resistentes a la intemperie se expanden tras la incipiente meteorización química, mientras que los minerales no resistentes a la intemperie conservan su tamaño original, se establecen fuerzas intergranulares, que tienden a romper los enlaces entre los granos minerales. Los granos minerales caen de la superficie rocosa, uno a uno, para dejar una superficie global suavemente redondeada pero granular-rugosa. La masa de granos sueltos en la base del afloramiento se llama grus. Este tipo de meteorización es más común en rocas cristalinas como el granito.

expansión y contracción térmica: La expansión y contracción en respuesta a los cambios de temperatura pueden por sí misma ayudar en la propagación de fracturas en roca rocosa que van en escala desde fracturas intergranulares hasta juntas extendidas. Tal proceso es más efectivo en regiones áridas donde las diferencias de temperatura del día a la noche son grandes. No está claro si el proceso es efectivo en rocas completamente secas, o si la presencia de agua es un elemento importante en el proceso. Los experimentos de calentamiento y enfriamiento de muestras de roca, a lo largo de muchos ciclos para simular muchas décadas o incluso siglos del entorno natural, no han tenido éxito en producir fracturaciones no despreciables, pero tal vez las condiciones de la simulación no han sido representativas. Es bien sabido, sin embargo, que el fuego causa la ruptura de la roca por la expansión repentina de la capa superficial expuesta al calentamiento extremo.

acuñamiento de heladas: La acuñación de heladas (Figura 2-7) es importante en climas donde el agua superficial es abundante y el rango de temperatura del día a la noche abarca el punto de congelación muchas veces a lo largo del año, como en Nueva Inglaterra a fines del otoño y especialmente a principios de la primavera. El agua se expande al congelarse, al ritmo de aproximadamente 9% en volumen, un cambio extremadamente grande. Cuando el agua confinada profundamente en una fina grieta en el lecho rocoso se congela, puede ejercer enormes fuerzas laterales sobre las paredes de la grieta. La fuerza máxima posible, que ha sido calculada para ser superior a 2000 kilogramos por centímetro cuadrado (!) , no está cerca de lograrse, sin embargo, porque el hielo no sella la grieta con tanta fuerza como las propias paredes de roca, pero el proceso es, sin embargo, muy efectivo. Las cimas de las montañas con extensiones de lecho rocoso sometidas a ciclos de congelación-deshielo tienden a ser un revoltijo de roca destrozada por las heladas; los excursionistas en la Cordillera Presidencial en New Hampshire lo saben bien.

Figura 2-7. Desintegración de una roca superficial, probablemente por una combinación de congelación-descongelación, expansión y contracción térmica y meteorización química. (De Hunt, 1972.)

hidrofracturación: Algunos investigadores piensan que el efecto de acuñamiento de las heladas es más complicado que la simple expansión al congelarse. El agua como películas delgadas en grietas muy pequeñas puede permanecer líquida incluso a temperaturas muy bajas, por sutiles razones termodinámicas. A medida que el frente de congelación avanza hacia adentro desde la superficie de la roca, el agua puede ser forzada a altas presiones hacia grietas microscópicas, causando la propagación de fracturas. El fenómeno se conoce como hidrofracturación.

“levantamiento de rocas”: A menudo se dice que los cantos rodados “crecen” en los campos de Nueva Inglaterra. La acción de escarcha proporciona una buena explicación del efecto (Figura 2-8). A medida que el suelo saturado de agua se congela de arriba hacia abajo, la congelación alcanza la base de una gran roca antes de que llega al suelo circundante, porque la roca de la roca tiene una capacidad calorífica mucho menor que la del suelo rico en agua a su alrededor y, por lo tanto, se enfría más rápido. La congelación del agua debajo de la roca levanta o empuja la roca hacia arriba una distancia corta. Al descongelar el hielo debajo de la roca, la roca no cae hasta donde se levantó, debido a la tendencia al colapso y flujo de tierra y fragmentos de roca más finos al espacio debajo de la roca. Dados suficientes ciclos, la roca hace su aparición en la superficie.

Figura 2-8. Elevación de una roca por congelación y descongelación del regolito saturado de agua circundante.

crecimiento de raíces: El crecimiento de las raíces puede ser muy efectivo para ensanchar las grietas preexistentes en el lecho rocoso cerca de la superficie. Todos ustedes han visto plantas crecer heroicamente en grietas en roca. En muchos casos la planta apenas ocupa una grieta ya grande, pero en otros casos está claro que la raíz en crecimiento ha abierto la grieta.

¿Cuáles de estos diversos procesos son los más importantes y cuáles son los menos importantes? No puedo hacer más que hacer una conjetura educada. (Depende, por supuesto, del entorno particular del lecho rocoso y del clima, en todo caso.) En las circunstancias adecuadas, el acuñamiento de heladas es claramente de gran importancia, pero la desintegración granular, y quizás la exfoliación, son probablemente de mayor importancia general. La expansión y contracción térmica por sí solas generalmente se considera menos importante que los otros procesos, excepto quizás en ambientes particularmente favorecidos.

2.5.4 Perfiles de intemperie y frentes de intemperie

Probablemente hayas tenido la experiencia de recoger una piedra rota y notar que la parte exterior es de color rojizo o parduzco mientras que la parte interna luce un gris fresco. Lo que está pasando es que la piedra, habiendo sido derivada de algún afloramiento como una pieza fresca y luego tal vez redondeada al menos algo por transporte, descansó en algún lugar de la superficie de la Tierra durante el tiempo suficiente para que la zona exterior hubiera experimentado alguna meteorización química. El límite entre la zona exterior, erosionada y la zona interna, no meteorizada, se llama frente a la intemperie. Comúnmente hay un cambio muy abrupto en el grado de meteorización en el frente de meteorización. En muchos casos la diferencia característica de color surge de la conversión del hierro ferroso en minerales de la roca fresca a óxidos de hierro férrico en la zona desgastada.

El mismo efecto tiende a estar presente en una escala mucho mayor cuando un paisaje rocoso en una zona de bajo relieve es sometido a una erosión prolongada y los productos de meteorización permanecen donde se formaron. Para ver el efecto, es necesario tener un corte vertical o de inmersión abrupta a través de la roca desgastada, hasta llegar a un lecho de roca fresca, que puede estar a muchos metros o incluso decenas de metros por debajo de la superficie. Por encima del frente de meteorización hay una gradación desde el material más erosionado, en y cerca de la superficie terrestre, hasta la roca menos erosionada, en el frente de intemperie. La sucesión de zonas de grados de meteorización, desde la superficie hasta el frente de meteorización, se denomina perfil de meteorización.

Los perfiles de meteorización varían mucho en su naturaleza, dependiendo de los factores enumerados en una sección anterior (en gran parte una cuestión de composición de rocas y clima). La Figura 2-9 muestra un perfil de meteorización común, del tipo que tiende a desarrollarse en rocas ígneas de grano grueso profundamente desgastadas en el lugar, como el granito. El material justo encima del frente de meteorización, llamado saprock, consiste en minerales parcialmente degradados químicamente junto con minerales aún no degradados. El saprock conserva todas las texturas y estructuras originales de la roca madre, pero su composición ha cambiado algo y su fuerza se ha reducido. El saprock califica hacia arriba en material llamado saprolita, que está más alterado químicamente que el saprock de abajo pero aún conserva gran parte de las texturas y estructuras de la roca madre. Podrías describir esa roca como “roca podrida” (y esa es de hecho la etimología del término saprolita). Por encima del saprolita se encuentra aún más fuertemente alterado el material, que ha perdido aún más de la coherencia del padre y muestra poco de las texturas y estructuras originales. Por encima de esto, donde el material ha perdido su coherencia por completo y podría describirse como “suelto”, se le llama regolito (ver sección posterior). La capa superior es el suelo (ver sección posterior).

Figura 2-9. Un perfil típico de meteorización desarrollado por la erosión profunda en el lugar de rocas ígneas graníticas graníticas de grano grueso. (De Taylor y Eggleton, 2001.)

Obsérvese en la Figura 2-9 que la geometría del frente de meteorización está fuertemente controlada por la presencia de juntas en la roca fresca. La erosión puede progresar mejor a lo largo de las juntas que en la roca intermedia no articulada. En el proceso, hay una tendencia a que las masas no erosionadas se queden atrás a medida que el frente de meteorización avanza hacia abajo. Estas masas redondeadas e irregulares se llaman corestones. Son similares a los esferoides meteorológicos mencionados anteriormente, pero difieren en formarse muy por debajo de la superficie terrestre, mientras que los esferoides de meteorización se desarrollan en la superficie de la roca a medida que la intemperie avanza al mismo tiempo que los productos de meteorización se eliminan del afloramiento.