Scienze della Terra per le superiori/La degradazione meteorica delle rocce

Indice del libro

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La degradazione meteorica è il processo di disintegrazione delle rocce, causato dall'attacco degli agenti atmosferici, che può essere diretto oppure indiretto, sui materiali rocciosi (rocce e minerali affiorati sulla superficie terrestre), provocando così una degradazione che può essere di due diverse tipologie:

• degradazione fisica; processi che provocano la disgregazione delle rocce, senza modificare però la loro composizione chimica.
• degradazione chimica; processi in cui le rocce subiscono alterazioni o dissoluzioni.

Aspetto delle rocce alterate in un ambiente desertico

La meteorizzazione, o degradazione meteorica, rappresenta il primo stadio del processo sedimentario, un processo che al suo termine porta alla formazione di una roccia sedimentaria. La degradazione non è da confondere con l'erosione, poiché la prima avviene in situ, cioè con il processo che avviene nello stesso posto dove è situata la roccia, con al massimo lievi spostamenti, a differenza invece della seconda, l'erosione, che comporta lo spostamento di rocce e minerali attraverso vari agenti atmosferici (acqua, ghiaccio,vento...).

I materiali provocati dalla rottura sono detti materiali detritici, importantissimi perché elemento fondamentale che assieme ad altri materiali organici servono per la formazione del suolo (pedogenesi); un terreno per essere fertile deve essere composto da diverse tipologie di rocce. Un terreno più esposto alle intemperie sarà di conseguenza più fertile, perché grazie alle prime contiene più tipologie di minerali. Al contrario, un terreno derivato da un solo tipo di roccia è più carente di minerali necessari per una buona fertilità.

Quando le superfici rocciose dove avvengono i fenomeni di degradazione sono orizzontali oppure leggermente inclinati, i prodotti del processo rimangono sul posto e, in un arco di tempo variabile, finiscono per ricoprire la rocce madre sottostante, formando la regolite, un mantello detritico. Con il tempo questo nuovo strato diventa talmente spesso da rendere sempre più debole l'attacco delle rocce sottostanti, fino ad arrivare al suo annullamento. Allo stesso tempo nella parte superiore della regolite può avvenire la formazione del suolo.

Differente è quando la degradazione avviene su superfici rocciose inclinate, dove la gravità e altri agenti esogeni, come acqua e vento, tendono a spostare e allontanare i prodotti di questo fenomeno man mano che si formano, esponendo così nuove superfici all'azione degli agenti atmosferici.

Quando la pendenza delle superfici rocciose esposte è maggiore, quindi molto forte, i materiali prodotti da questo processo precipitano, accumulandosi così ai piedi di pareti e versanti, formando dei pendii di detriti di diverse e variabili inclinazioni.

Degradazione fisica

La degradazione fisica rappresenta tutti i processi che causano la frammentazione o disgregazione delle rocce ma senza cambiamenti nella composizione chimica. Ce ne sono di diversi tipi: termoclastismo, crioclastismo, aloclastismo, decompressione e idroclastismoazione idraulica .

Termoclastismo

Come dice la parola stessa è riguardo alla temperatura, questo avviene principalmente in zone desertiche dove le rocce espandono il loro volume durante il giorno a causa del calore che possono superare i 50 °C e mentre di notte quando la temperatura si abbassa avviene la contrazione, così con questi cicli di contrazione e espansione finiscono con il rompersi. Anche se questo processo è regolato dalla temperatura, l'espansione termica non può avvenire senza la presenza di un sufficiente grado di umidità, con la condensazione notturna del vapore per l'abbassamento termico.

Esfoliazione di una roccia dovuta al termoclastismo

Per effetto del termoclastismo le rocce granitoidi spesso si sfarinano diventando una sabbia arosica . Le rocce che presentano discontinuità planari possono sviluppare il fenomeno della esfoliazione (distacco delle parti più superficiali della roccia in forma di foglietti e scaglie), quando questo fenomeno interessa dei massi o dei ciottoli di grandi dimensioni, i foglietti si sviluppano in strutture concentriche che ricordano le squame delle cipolle così viene chiamato desquamazione cipollare.

Crioclastismo

Avviene quando l’acqua si insinua nelle fratture già aperte o nelle porosità delle rocce e successivamente congela aumentando il suo volume e andando a esercitare pressioni spesso superiori alla resistenza alla rottura di molte rocce. Questo ciclo avviene soprattutto in presenza di elevata umidità e frequenti escursioni termiche sopra e sotto zero.

Una roccia fratturata a causa del fenomeno del crioclastismo

Questo ciclo avviene soprattutto in presenza di elevata umidità e frequenti escursioni termiche sopra e sotto zero. Quando l'acqua congela in una fessura, il ghiaccio dilatandosi cambia il punto di giunzione aumentando di fatto la dimensione della frattura, fino a renderla definitiva, con la completa rottura. Questo processo avviene in quanto il volume dell'acqua ghiacciata è maggiore del 9% rispetto al volume dell'acqua a temperatura ambiente. Quando il ghiaccio si scioglie, l'acqua può entrare un'altra volta nella roccia. Poi, quando la temperatura va nuovamente sottozero l'acqua congela di nuovo causando un ulteriore allargamento della frattura. Con questi cicli ripetuti indebolisce la roccia fino a romperla formando clasti che si accumulano nei pendii sotto forma di detrito di falda. Questo processo può avvenire sia molto lentamente, su scala stagionale, sia giornalmente ed è più rapido laddove l’escursione termica diurna oscilla spesso da sopra a sotto lo zero. Il gelo-disgelo agisce anche su suoli interessati dal permafrost, con la formazione dei cosiddetti cunei di ghiaccio che penetrano nel terreno fino a 10 m.

Rilascio di pressione

Un'altra possibile causa di disgregazione è il rilascio di pressione avviene quando la massa di materiale che sovrasta una roccia è molto pesante, questa è sottoposta a una pressione elevata, come nel caso di rocce sotto grandi ghiacciai.Quando l'erosione o il ritiro del ghiacciaio eliminano questa copertura, Il rilascio di pressione tende a far gonfiare la roccia disarticolandola e può anche provocare azioni di esfoliazione.

Rilascio di pressione nel granito

Per esempio il granito, si formano nella profondità della crosta,è sottoposta a una grande pressione e con il diminuire della pressione comincia a espandersi così creando fratture nelle rocce.

Azione idraulica

Questo fenomeno avviene quando l'acqua ,principalmente le onde, si infiltrano nelle fessure delle rocce bloccando l'aria contenuta nelle fessure comprimendole e quando l'acqua va via l'aria intrappolata viene improvvisamente rilasciata con una forza esplosiva.È uno dei meccanismi che agiscono sulle scogliere marine.

Degradazione chimica

La degradazione chimica delle rocce, operata principalmente dagli agenti atmosferici comprende:

• l'alterazione
• la dissoluzione

Entrambi questi processi consistono in reazioni chimiche che si verificano tra i minerali, l'aria e/o l'acqua meteorica (pioggia o neve). L'aggressività delle degradazione delle rocce è strettamente legata alle condizioni ambientali, il fenomeno accelera quando ci sono alte temperature ed intense precipitazioni, quando invece un luogo presenta basse temperature ed aridità il fenomeno viene rallentato.

Ossidazione

L'ossidazione avviene quando l'ossigeno (${\ce {O2}}$) contenuto nell'aria o disciolto in acqua, agisce principalmente sulle rocce costituite da minerali formati da ioni di ferro, alcune rocce sono coperte da una patina rossastra ed essa è il risultato della reazione chimica avvenuta tra il ferro e l'ossigeno. Alcuni elementi presenti nei minerali in forma bivalente (per esempio ${\ce {Fe2+}}$, ${\ce {Mn2+}}$) passano ad una forma ossidata (${\ce {Fe3+}}$, ${\ce {Mn4+}}$) dando origine a ossidi o idrossidi. Tali elementi, hanno scarsa solubilità allo stato ossidato e tendono a concentrarsi nel terreno.

Il metallo subisce una sottrazione di elettroni da parte dell'ossigeno, poiché quest'ultimo è più elettronegativo di qualsiasi metallo. La maggior parte delle reazioni di ossidazione comportano lo svilupparsi di energia sotto forma di calore, luce o elettricità.

Idratazione

L'idratazione di un minerale si manifesta quando vengono inglobate delle molecole d'acqua nella struttura (reticolo cristallino) facendone così aumentare il volume. Per esempio, l'anidrite, esposta all'azione dell'acqua, si trasforma in gesso perché essa acquista due molecole d'acqua per ogni unità formula (${\ce {CaSO4 + 2H2O <=> CaSO4 * 2H2O}}$). Con l'esposizione all'acqua, le argille possono idratarsi ed espandersi mentre si disidratano e riducono il loro volume nei periodi di siccità. L’aumento di volume e lo stress nella roccia, come nel caso dello sgravio di pressione, facilita la disgregazione della roccia.

L'idratazione è un fenomeno definito reversibile perché con l'evaporazione dell'acqua inglobata nel reticolo cristallino, il minerale torna alle sue condizioni iniziali.

Idrolisi

L'idrolisi è il fenomeno più frequente, consiste nella reazione chimica tra gli ioni ${\ce {H+}}$ e ${\ce {OH-}}$dell'acqua, interessa i silicati, presenti in percentuali variabili come costituenti fondamentali delle rocce ignee, le rocce metamorfiche e quelle sedimentarie. L'acqua si comporta come un acido debole quindi riesce ad attaccare i sali degli acidi più deboli (sali dei silicati).

Il processo di idrolisi modifica il reticolo cristallino del minerale e si distingue in due fasi:

1. deformazione e distruzione del reticolo cristallino: gli ioni ${\ce {H+}}$, provenienti dalla dissociazione dell’acqua, penetrano nel reticolo del silicato e vanno a sostituire i diversi cationi che passano perciò in soluzione; la struttura del minerale è deformata da tale sostituzione, fino a rompersi, liberando ${\ce {SiO2}}$ e ${\ce {Al2O3}}$.
2. ricostruzione di nuovi reticoli: il liquido insolubile di ${\ce {SiO2}}$ e ${\ce {Al2O3}}$ rimasto, si riorganizza costituendo nuovi minerali; essi sono diversi da quelli di partenza e più stabili nell’ambiente atmosferico: questi sono i fillosilicati o minerali argillosi. I silicati vengono trasformati in minerali argillosi con il processo di caolinizzazione

Nelle regioni equatoriali la ricca vegetazione e il clima caldo-umido spingono il processo fino alla decomposizione dei minerali delle argille liberando così acido silicico (${\ce {SiO2}}$) e allumina (${\ce {Al2O3}}$) che, essendo insolubile, si concentra in superficie formando una crosta spessa e indurita assieme a ossidi e idrossidi di ferro e manganese.

Le caratteristiche dell'idrolisi sono determinate da fattori come:

• la natura del silicato: determina la velocità del processo
• la maggiore efficacia nelle zone caldo-umide, con precipitazioni abbondanti ed elevate temperature
• il possibile arresto del processo nei luoghi aridi e a clima freddo
• l'accelerazione del fenomeno dovuta alla presenza di vegetazione, di sostanze organiche in decomposizione e di batteri

Dissoluzione

Effetto della dissoluzione chimica su una roccia calcarea

La dissoluzione è l'azione operata dall'acqua che riesce a portare in soluzione minerali molto solubili come il salgemma e il gesso.

Ci sono quattro fattori principali che regolano la dissoluzione delle rocce e dei minerali:

• tipo di roccia
• tipo di clima
• tipo di suolo
• condizioni meteorologiche

Il diossido di carbonio (${\ce {CO2}}$), contenuto nell'aria o proveniente dai processi di decomposizione delle sostanze organiche, si scioglie facilmente in acqua formando così acido carbonico (come quello contenuto nelle bevande gassate). L'acqua diventa chimicamente «aggressiva» aumentando il suo potere solvente, è massima nei climi equatoriali umidi e minima nei climi freddi.

L'acido carbonico può reagire con i carbonati di calcari e dolomie che sono insolubili e li trasforma così in bicarbonati rendendoli solubili in acqua, per essere poi trasportati sotto forma di ioni. L'acido carbonico è un acido debole che reagisce con il carbonato di calcio per formare uno ione ${\ce {Ca^2+}}$ e due ioni di ${\ce {HCO3-}}$ in soluzione. Essi non si legano in modo stabile a meno che non si abbia un'evaporazione del solvente.

Diossido di carbonio + acqua → acido carbonico

${\ce {CO2 + H2O <=> H2CO3}}$

Acido carbonico + carbonato di calcio → ione calcio + 2 ioni di acido carbonico

${\ce {H2CO3 + CaCO3 <=> Ca^2+ + 2HCO3-}}$

Il fenomeno del carsismo

Processo carsico

La dissoluzione dei calcari comporta la formazione dei cosiddetti paesaggi carsici. Il processo si divide in 5 fasi:

1) La pioggia assorbe piccole quantità di anidride carbonica dall'aria.

2) Avviene una reazione chimica tra acqua e ${\ce {CO_2}}$, con conseguente formazione di un acido.

3) Questo acido (${\ce {H_2CO_3}}$) viene a contatto con il calcare (${\ce {CaCO_3}}$).

4) In condizioni standard, il carbonato di calcio è praticamente insolubile in acqua distillata. Ma se viene a contatto con l'acido carbonico (${\ce {H_2CO_3}}$) si trasforma in ${\ce {Ca(HCO_3)_2}}$, che si scioglie.

5) Infine l'acqua meteorica preleva il bicarbonato di calcio ${\ce {Ca(HCO_3)_2}}$.

Quando le 5 fasi sono terminate, si possono osservare dei fenomeni geologici sulla superficie delle rocce (forme carsiche epigee, cioè "in superficie") e all'interno delle formazioni rocciose, grazie a fratture esterne (forme carsiche ipogee, cioè "sotto il terreno")

Formazioni carsiche

Questo fenomeno provoca delle particolari formazioni geologiche nelle rocce calcaree, come avvallamenti, sporgenze e solchi.

Karren

Karren

Un karren è un solco sul terreno causato dall'erosione dell'acqua che scorre su di esso. I karren possono essere di grandezze variabili, da pochi centimetri di lunghezza a decine di metri. Possono essere liberi, semiliberi o coperti, in base alla loro copertura.

Dolina

Una dolina è una forma di carsismo superficiale, che consiste in una depressione del terreno con pareti di ripidità variabile. Le doline solitamente hanno una forma ad imbuto, e spesso a causa della natura del terreno lasciano scorrere l'acqua nelle cavità sotterranee, creando bacini idrografici.

Dolina

Uvala

Si tratta della fusione di una o più doline ad imbuto, che con il tempo hanno formato un'unica depressione. Hanno forma varia e possono essere circondate da terreno ghiaioso.

Polje

Un polje (dallo sloveno 'campo coltivato') è una vasta dolina, che ha avuto la stessa origine di fusione di una uvala. I polje hanno il fondo piatto e sono molto fertili, ed hanno la caratteristica di essere delimitati interamente da un bordo roccioso. Spesso presentano laghi sul loro fondo.

Grotte

Le grotte sono l'esempio più comune di formazione carsica, e sono presenti in quasi tutti i paesaggi carsici montuosi. Le grotte possono svilupparsi orizzontalmente o verticalmente, ed essere formate rispettivamente da gallerie o pozzi. Nelle grotte si possono formare fiumi sotterranei, stalattiti e stalagmiti.

Grotta con stalattiti e stalagmiti a Mallorca

Formazione di stalattiti e stalagmiti

Le stalattiti (formazioni pendenti) e le stalagmiti (formazioni originate dal suolo) sono depositi calcarei causati dall'accumulo di carbonato di calcio. Attraverso gocce d'acqua che cadono dal soffitto della grotta, viene trasportato del bicarbonato di calcio. Esso libera ${\ce {CO_2}}$ e ritorna ad essere carbonato di calcio, restando depositato sulle rocce. Questo processo è molto lento, e può impiegare anche migliaia di anni per giungere a termine.

Quando una stalattite ed una stalagmite si incontrano nelle rispettive sommità, si fondono formando una colonna. Questo fenomeno non si verifica sempre, a causa delle particolari forme che possono assumere le stalattiti: l'esempio più comune è quello delle stalattiti eccentriche, che si sviluppano in orizzontale. Gli speleologi non sono ancora arrivati ad una conclusione attendibile sul fattore scatenante dell'evento. Si suppone che dipenda da variabili come le correnti d'aria e dalla cristallizzazione della calcite

Fauna ipogea

L'ambiente umido e freddo delle cavità carsiche non permette la vita ad animali a sangue caldo (eccetto il pipistrello), ma soprattutto ad artropodi, invertebrati ed anfibi.

Ci sono molti fattori che influenzano l'ambiente ipogeo, come la temperatura, l'umidità, la disponibilità di luce solare, le risorse alimentari e la presenza di flora. In base a queste varianti, le varie specie si sono evolute per garantirsi la sopravvivenza.

Adattamenti evolutivi

La maggior parte degli animali che vivono in ambienti bui e umidi, come le grotte, presenta depigmentazione, perdita parziale o totale della vista, evoluzione di antenne e recettori ambientali. Sono poi presenti caratteristiche come la resistenza senza cibo per lunghi periodi, la termoregolazione in base all'ambiente esterno e il metabolismo rallentato.

Fonti

• https://it.wikipedia.org/wiki/Degradazione_meteorica_(meteorizzazione)
• https://it.wikipedia.org/wiki/Degradazione_meteorica_(meteorizzazione)#Ossidazione
• https://it.wikipedia.org/wiki/Degradazione_meteorica_(meteorizzazione)#Dissoluzione
• https://www.gmpe.it/geomorfologia/degradazione-meteorica
• http://www.sapere.it/enciclopedia/rocce%2C+alterazi%C3%B3ne+delle-.html
• https://www.lemiescienze.net/modellamento_terremoti_vulcani/superiori/degradazione_rocce.htm
• http://scienzeambientali.unicam.it/matdid/geomorfologia/degrocce.pdf
• http://www.alexstrekeisen.it/sedi/degradazione.php