17.1: Intemperie

Taludes

Una pendiente es una superficie de suelo inclinada. La mayoría de las pendientes están cubiertas con regolito no consolidado, producto de la intemperie. El regolito sirve como material padre para el suelo arriba y se clasifica hacia abajo en el lecho rocoso inalterado debajo. El regolito suelto sirve como fuente de coluvio, sedimento que ha sido erosionado, transportado y depositado cuesta abajo. Para ello, las fuerzas erosivas deben superar las fuerzas de resistencia: fricción, inercia (resistencia al movimiento) y cohesión de partículas.

La superficie terrestre responde constantemente a las fuerzas endógenas y exógenas que dan forma a la Tierra. Al ser un sistema abierto, una pendiente busca un estado de equilibrio entre las fuerzas de resistencia y las de cambio. La superficie alcanza un estado de equilibrio dinámico, una condición en la que el sistema se ajusta constantemente a los procesos que elevan la superficie (por ejemplo, elevación tectónica) y aquellos que la desgastan (por ejemplo, erosión por agua). El sistema fluctúa alrededor de un estado promedio estable a menos que las fuerzas impulsoras del cambio superen un umbral geomórfico, como un terremoto masivo, tsunami, vulcanismo. Una vez que esto ocurre, se produce un periodo de ajuste del sistema, terminando finalmente en un nuevo estado estable.

Weathering

La meteorización es la descomposición y descomposición del material terrestre, es decir, las rocas. La meteorización es un mecanismo importante para desestabilizar los materiales superficiales para su eventual eliminación mediante procesos erosivos. La meteorización de minerales formadores de rocas puede crear nuevos productos a partir de rocas preexistentes. La desintegración física de las rocas afecta el desarrollo y la textura del suelo. La meteorización libera compuestos químicos que están disponibles para procesos biológicos. La meteorización de los minerales carbonatados libera carbono a la atmósfera, lo que impacta la química atmosférica y la temperatura. Y la lista continúa. La meteorización, no hace falta decir que, es un proceso ambiental importante que une todos los elementos de nuestro entorno físico y sostiene la noción de una Tierra cambiante.

Figura\(\PageIndex{1}\): Taludes de astrágalo creadas por meteorización física. (Cortesía USGS DDS21)

La meteorización ocurre de dos maneras. La meteorización física, también llamada meteorización mecánica, implica la desintegración de materiales rocosos. La meteorización física no incurre en ningún cambio en la química del material que se está alterando. En cambio, simplemente rompe piezas grandes en piezas más pequeñas. La meteorización química implica la descomposición de rocas y sedimentos. En este caso, se produce un cambio químico y se crea un nuevo producto a partir del material que ha sufrido meteorización. Los procesos de meteorización están determinados por el clima y la vegetación de un lugar. Los lugares secos tienden a estar dominados por la intemperie física y los lugares húmedos por la intemperie química.

Meteorología física

El resultado de la meteorización física es simplemente hacer piezas más pequeñas con otras más grandes. Al hacerlo, la meteorización física facilita que los materiales superficiales se descompongan químicamente y se erosionen. Cuando un bloque grande de material se rompe en piezas más pequeñas, se expone una superficie adicional para que actúe la intemperie química. Examine la figura\(\PageIndex{2}\) a continuación. A la izquierda se encuentra un bloque cuyo largo, ancho y alto es igual a un centímetro. Esto significa que el volumen del bloque es igual a 1 centímetro cúbico y la superficie total es igual a 6 centímetros cuadrados. Si dividimos el bloque en lo largo y ancho (líneas discontinuas) creamos ocho piezas más pequeñas, cada una con una altura, anchura y profundidad de .5 centímetros. Aunque el volumen de las ocho piezas tomadas juntas sigue siendo de 1 centímetro cúbico, la cantidad total de superficie se incrementa en gran medida a 12 cm ².

Figura\(\PageIndex{2}\): Efecto del tamaño de partícula y área superficial.

Procesos físicos de meteorización

Hay una serie de procesos físicos de meteorización que rompen los materiales de la tierra, uno muy común se llama acuñamiento de raíces. Las raíces de las plantas se abren camino hacia las grietas de las rocas llamadas juntas. A medida que crecen, las raíces crean presión en los lados de la grieta agrandándola hasta que la roca se rompe. Este es un problema común para los dueños de viviendas donde los árboles crecen demasiado cerca de una casa. Las raíces de los árboles pueden entrar a la fuerza en la base, separándola y dejando que el agua se filtre en el sótano del propietario.

Figura\(\PageIndex{3}\): Raíces de árboles que crecen en lecho rocoso. (Cortesía USGS DDS21)

El acuñamiento por heladas ocurre cuando el agua se congela en fracturas de rocas. A medida que el agua se congela se expande ejerciendo presión en los lados de la grieta, agrandándola hasta que la roca se rompe. La expansión y contracción térmica pueden debilitar la roca y hacer que se desintegre. En los desiertos, los materiales superficiales se calientan excesivamente durante el día y se exponen a temperaturas frías por la noche. La expansión al calentarse y la contracción durante el enfriamiento debilita la roca rompiéndola. La humectación y el secado alternos hacen que el material se expanda y se contraiga, debilitando así las rocas e induciendo a romperse Independientemente del proceso, el resultado es una masa de material no consolidado.

Meteorología química

Los minerales en las rocas formadas debajo de la superficie están en equilibrio con las condiciones de temperatura y presión en el momento de su formación y por lo tanto son bastante estables. Sin embargo, muchos minerales ya no están en equilibrio con sus condiciones ambientales cuando se exponen en la superficie y son susceptibles a la intemperie. La meteorización química da como resultado la formación y retención de minerales en equilibrio con las condiciones ambientales en la superficie terrestre. Los minerales menos estables en las rocas ígneas y metamórficas son el olivino y la plagioclasa, el más estable es el cuarzo.

El entrelazado y espaciado de los granos minerales controla la tendencia a la intemperie. Las rocas con granos minerales que se entrelazan libremente permiten que los agentes de meteorización química penetren, acelerando así su descomposición. La piedra caliza está compuesta principalmente por calcita, un mineral que es bastante soluble en condiciones superficiales y se disuelve fácilmente en ambientes húmedos. En regiones secas, la textura apretada de la piedra caliza impide su desintegración y por lo tanto es una roca relativamente resistente cuando se encuentra en desiertos.

El proceso de meteorización química tiende a:

• aumentar el volumen creando estrés dentro de las rocas
• disminuir la densidad de minerales
• disminución del tamaño de partícula que resulta en un aumento de la superficie
• crea más materiales móviles
• crea minerales más estables

Procesos químicos de meteorización

La oxidación se produce cuando el oxígeno reacciona con los materiales terrestres. El oxígeno disuelto en agua se combina con átomos de elementos metálicos abundantes en minerales de silicato. Atacando a los metales en el suelo, la oxidación hace que se oxiden dejando el suelo de color rojo parduzco a rojo. Cuando el oxígeno se combina con el hierro, se forma la hematita de óxido de hierro rojizo (Fe ₂ O ₃):

\(4Fe^{+3}\,+\,3O_2\,\to\,2Fe_2O_3\)

La hidrólisis es una reacción de intercambio que involucra minerales y agua. Hidrógeno libre (H ⁺) e hidróxido (OH) ^- iones en agua son capaces de reemplazar los iones minerales y conducirlos a la solución. Como resultado, la estructura atómica del mineral se transforma en una nueva forma. Es un proceso mediante el cual los minerales de silicato como el feldespato potásico son degradados y se forma un mineral arcilloso.

\(2KAlSi_3O_8\,+\,2H^+\,+\,9H_2O\,\to\,Al_2Si_2O_5(OH)_4\,+\,4H_4SiO_4\,+\,2K^{2+}\)

La hidratación implica la absorción de agua como la que ocurre durante la conversión de hematita en limonita:

\(2Fe_2O_3\,+\,3H_20\,\to\,2Fe_2O_3\,\cdot\,3H_20\)

Algunos geocientíficos cuestionan si la hidratación es un verdadero proceso químico de meteorización porque el proceso es fácilmente reversible y el nuevo producto no es químicamente diferente de su precursor. Algunos preferirían llamar a la hidratación un proceso físico de meteorización.

La acción del ácido carbónico implica la combinación de dióxido de carbono y agua. Aunque está presente en agua pura, el dióxido de carbono disuelto en el agua proporciona iones que producen hidrógeno libre. El dióxido de carbono en la atmósfera se combina con el agua de lluvia para formar ácido carbónico (H ₂ CO ₃):

\(H_2O\,+\,CO_2\,\to\,H_2CO_3\)

Aunque débil, cuando el ácido carbónico se combina con un mineral como la calcita (CaCo ₃) común a la piedra caliza, los iones calcio y bicarbonato son liberados y transportados por las aguas subterráneas.

\(CaCO_3\,+\,H_2CO_3\,\to\,Ca^{+2}\,+\,2HCO_{-3}\)

Resistencia de la roca a la intemperie

Las rocas reaccionan de manera diferente a la intemperie debido a las diferencias en el contenido mineral y la estructura. Algunos minerales son inestables bajo condiciones superficiales y son fácilmente solubles. Otros son estables y resisten a los agentes de la intemperie. Algunos minerales formadores de rocas son físicamente blandos, se trituran y dividen fácilmente, mientras que los minerales más duros se rompen con menos facilidad. La disposición y el tamaño de los granos minerales controlan los procesos de meteorización. El agua tiene dificultades para penetrar en granos minerales intrincadamente cerrados y estrechamente espaciados para promover la intemperie. Los minerales más grandes y poco cementados se desintegran y se descomponen más fácilmente. Los minerales en forma de láminas mal unidas se rompen fácilmente.

Figura\(\PageIndex{4}\): Granito, un tipo de roca predominante que compone las masas continentales de tierra.

El granito es una roca de grano grueso compuesta por cuarzo y feldespato. Tanto el cuarzo como el feldespato son minerales duros, pero el feldespato es menos estable en condiciones superficiales que el cuarzo. El feldespato se acondiciona fácilmente para convertirse en arcilla en condiciones húmedas. El feldespato resistirá en climas secos ya que el granito algo poroso permite que la humedad penetre. A medida que el feldespato se descompone debilita los lazos que mantienen unida la roca y se desintegra

Paisajes Karst

La meteorización química de rocas ricas en carbonato crea un paisaje único que abunda en cuevas, arroyos que desaparecen y manantiales. Karst, término yugoslavo que proviene de una estrecha franja de meseta caliza que se destaca por el ensamblaje de accidentes geográficos de solución. El karst se desarrolla en regiones sustentadas por piedra caliza y en menor medida dolomita. La solución química de la piedra caliza, especialmente cuando se fractura, desgasta el lecho rocoso dejando fisuras y posiblemente socavando la superficie. Algunos de los complejos de cuevas más espectaculares se encuentran en tales áreas. Se encuentran regiones cársticas significativas en Jamaica, el norte de Yucatán, Nueva Gales del Sur, el norte de Puerto Rico, la región del Gran Valle de Pensilvania, Maryland, Virginia y Tennessee, Kentucky central y Florida central en los Estados Unidos

Figura\(\PageIndex{5}\): Las estalactitas cuelgan del techo y las estalagmitas crecen del piso de las Cavernas Carlsbad, NM (Crédito de la foto: Servicio de Parques Nacionales)

Generalmente cuatro condiciones son importantes para el desarrollo kárstico. Primero, debe haber piedra caliza en o cerca de la superficie. Aunque el karst se encuentra en áreas sustentadas por dolomita, generalmente es mucho menos soluble que la piedra caliza. En segundo lugar, la piedra caliza debe ser densa, altamente articulada y delgada. Si la roca es demasiado porosa, el agua se absorberá rápidamente en toda la masa y no se concentrará a lo largo de líneas de flujo restringidas. En tercer lugar, la existencia de valles atrincherados por debajo de las tierras altas sustentados por rocas solubles y bien articuladas asegura el movimiento descendente del agua subterránea, favorable para el desarrollo del karst. Finalmente, las precipitaciones por lo menos moderadas deben caer en la región. Pocas regiones áridas o semiáridas exhiben características cársticas, aunque algunas reliquias pueden existir de un período húmedo anterior en el pasado.

accidentes geográficos kársticos

Una de las características más comunes de las áreas sustentadas por piedra caliza son los sumideros. Los sumideros se forman desde debajo de la superficie o desde la superficie hacia abajo. Colapsar los sumideros se forman cuando la piedra caliza se disuelve lejos de abajo, quitando el soporte para la superficie y se derrumba en. Los sumideros de colapso pueden ser particularmente peligrosos porque uno podría no saber que el soporte para la superficie debajo de sus pies se está comiendo lentamente de manera. También se pueden crear sumideros donde el agua se infiltra en la superficie ensanchar la fisura hacia la que fluye. Estos sumideros se llaman dolinas.

Figura\(\PageIndex{6}\): Los sumideros de la disolución (Cortesía USGS)

Los sumideros suelen tener forma de embudo y se abren ampliamente hacia arriba. Pueden ser de unos pocos pies a más de 100 pies de profundidad, aunque generalmente van de 10 a 30 pies. Los tamaños de diámetro de los sumideros van desde unos pocos metros cuadrados hasta varios acres en el área.

Figura\(\PageIndex{7}\): Colapso de sumidero (Cortesía USGS)

Las corrientes que fluyen a lo largo de la superficie pueden entrar en un sumidero como una "corriente que desaparece" y fluyen bajo tierra por cierta distancia para reaparecer en la superficie. Se forma una ventana kárstica cuando el techo sobre el arroyo subterráneo se derrumba en. Los sistemas de caverna son tallados por estos arroyos subterráneos con el tiempo

Figura\(\PageIndex{8}\): Sinkhole, Cabo Bretón, Canadá (Imagen cortesía de Geological Survey Canada)