Meteorização: tipos e processos
O intemperismo é a decomposição de rochas por decomposição mecânica e decomposição química. Muitos são formados em altas temperaturas e pressões profundas na crosta terrestre; Quando expostos a temperaturas e pressões mais baixas na superfície e encontrando ar, água e organismos, eles se decompõem e fraturam.
Os seres vivos também têm um papel influente no intemperismo, uma vez que afetam rochas e minerais através de vários processos biofísicos e bioquímicos, a maioria dos quais não são conhecidos em detalhe.
Basicamente, existem 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 diferentes maneiras; mesmo, em alguns casos, pode haver uma combinação de vários fenômenos.
Resistência física ou mecânica
Os processos mecânicos reduzem as rochas a fragmentos progressivamente menores, que por sua vez aumentam a superfície exposta ao ataque químico. Os principais processos mecânicos de intemperismo são os seguintes:
- O download.
- A ação da geada.
- Estresse térmico causado por aquecimento e resfriamento.
- A expansão.
- O encolhimento devido a umedecimento com subsequente secagem.
- As pressões exercidas pelo crescimento de cristais de sal.
Um fator importante no intemperismo mecânico é a fadiga ou geração repetida de tensão, o que diminui a tolerância a danos. O resultado da fadiga é que a rocha irá fraturar em um nível de estresse menor do que um espécime não fatigado.
Baixar
Quando a erosão remove o material da superfície, a pressão confinante sobre as 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 se fraturar.
Por exemplo, em minas de granito ou outras rochas densas, a liberação de pressão devido a cortes para extração pode ser violenta e até causar explosões.
Fratura por congelamento ou gelifração
A água que ocupa os poros dentro de uma rocha aumenta em 9% quando congelada. Essa expansão gera uma pressão interna que pode causar a desintegração física ou fratura da rocha.
A gelificação é um processo importante em ambientes frios, onde os ciclos de congelamento e descongelamento ocorrem constantemente.
Ciclos de aquecimento-arrefecimento (termoclastos)
As rochas têm uma baixa condutividade térmica, o que significa que elas não são boas para afastar o calor de suas superfícies. Quando as rochas são aquecidas, a superfície externa aumenta sua temperatura muito mais do que a parte interna da rocha. Por causa disso, a parte externa sofre mais dilatação do que a parte interna.
Além disso, rochas compostas por diferentes cristais apresentam um aquecimento diferencial: os cristais de cores mais escuras aquecem mais rapidamente e resfriam mais lentamente que os cristais mais leves.
Fadiga
Estas tensões térmicas podem causar a desintegração da rocha e a formação de grandes escamas, conchas e lençóis. Aquecimento e resfriamento repetidos produzem um efeito chamado fadiga que promove o intemperismo térmico, também chamado de termoclastia.
Em geral, a fadiga pode ser definida como o efeito de vários processos que diminuem a tolerância de um material a danos.
Balanças de pedra
A esfoliação ou produção de folhas por estresse térmico também inclui a geração de escamas de rocha. Da mesma forma, o calor intenso gerado por incêndios florestais e explosões nucleares pode fazer com que a rocha se desfaça e, eventualmente, quebre.
Por exemplo, na Índia e no Egito, o fogo foi usado por muitos anos como uma ferramenta de extração em pedreiras. No entanto, as flutuações diárias de temperatura, encontradas mesmo em desertos, estão bem abaixo dos extremos atingidos pelos incêndios locais.
Umedecendo e secando
Materiais contendo argila, como o lamito e o xisto, expandem-se consideravelmente após o molhamento, o que pode induzir a formação de microtrincas ou microfraturas ( microtrincas em inglês) ou o alargamento das rachaduras existentes.
Além do efeito da fadiga, os ciclos de expansão e retração - associados a umedecimento e secagem - levam ao intemperismo da rocha.
Meteorização por crescimento de cristais de sal ou haloclastia
Nas regiões costeiras e áridas, os cristais de sal podem crescer em soluções salinas concentradas pela evaporação da água.
A cristalização do sal nos interstícios ou poros das rochas produz tensões que os ampliam, e isso leva à desintegração granular da rocha. Este 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 das rochas.
Meteorização química
Esse tipo de intemperismo envolve uma ampla variedade de reações químicas, que atuam em conjunto em muitos tipos diferentes de rochas em todas as condições climáticas.
Esta 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.
Geralmente a dissolução é considerada um processo químico, embora não envolva transformações químicas adequadas. Como a dissolução ocorre como um passo inicial para outros processos químicos de intemperismo, ela está incluída nesta categoria.
A solução inverte-se facilmente: quando a solução é supersaturada, parte do material dissolvido precipita como um sólido. Uma solução saturada não tem capacidade de dissolver mais sólido.
Os minerais variam em sua solubilidade e entre os mais solúveis em água estão os cloretos dos metais alcalinos, como o sal-gema ou halita (NaCl) e o 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 de hidrogênio livres (H +) na água. Os íons H + são medidos como o valor de pH, que indica o grau de acidez ou alcalinidade de uma solução aquosa.
Hidratação
O intemperismo por hidratação é um processo que ocorre quando os minerais absorvem moléculas de água em sua superfície ou a absorvem, incluindo-as dentro de suas redes cristalinas. Essa água adicional gera um aumento no volume que pode causar a fratura da rocha.
Em climas úmidos de latitudes médias as cores do solo apresentam variações notórias: pode-se observar desde a cor acastanhada até a amarelada. Essas colorações são causadas pela hidratação da hematita de óxido de ferro vermelho, que passa a goethita cor de óxido (oxihidróxido de ferro).
A absorção de água pelas partículas de argila também é uma forma de hidratação que leva à expansão do mesmo. Então, quando a argila seca, a casca racha.
Oxidação e Redução
A oxidação ocorre quando um átomo ou 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 meio ambiente.
O desgaste por oxidação afeta principalmente os minerais que contêm ferro, embora elementos como manganês, enxofre e titânio também possam ser oxidados.
A reação do ferro - que ocorre quando o oxigênio dissolvido na água entra em contato com os minerais que contêm ferro - é a seguinte:
4Fe2 + + 3O2 → 2Fe 2 O 3 + 2e-
Nesta expressão e representa os elétrons.
O ferro ferroso (Fe2 +) encontrado na maioria dos minerais formadores de rochas pode ser convertido em sua forma férrica (Fe3 +), 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 em águas naturais para formar ácido carbônico:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Subsequentemente, 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 os minerais formando carbonatos. Carbonatação domina o intemperismo das rochas calcárias (que são calcários e dolomitos); 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, ao contrário da calcita, se dissolve facilmente na água. É por isso que alguns calcários são tão propensos 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 pela ação da água - é o principal processo de intemperismo químico. A água pode se decompor, dissolver ou modificar os minerais primários suscetíveis às rochas.
Neste 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 dos minerais de silicato, comumente potássio (K +), sódio (Na +), cálcio (Ca2 +) ou magnésio (Mg2 +). Então, o cátion liberado é combinado com o ânion hidroxila.
Por exemplo, a reação para a hidrólise do mineral chamada ortoclase, que possui a fórmula química KAlSi 3 O 8, é a seguinte:
2KAlSi3O8 + 2H + + 2OH- → 2HAlSi3O8 + 2KOH
Assim, a ortoclase é convertida em ácido aluminossilícico, HAlSi 3 O 8 e hidróxido de potássio (KOH).
Este tipo de reações desempenha um papel fundamental na formação de alguns relevos característicos; por exemplo, eles estão envolvidos na formação do relevo cárstico.
Meteorização biológica
Alguns organismos vivos atacam as rochas mecanicamente, quimicamente ou por uma combinação de processos mecânicos e químicos.
Plantas
As raízes das plantas - especialmente aquelas de árvores que crescem em leitos rochosos planos - podem exercer um efeito biomecânico.
Esse efeito biomecânico acontece quando a raiz cresce, porque aumenta a pressão exercida por ela em seu meio ambiente. Isso pode levar à fratura das rochas do leito da raiz.
Líquenes
Os líquenes são organismos constituídos por dois simbiontes: um fungo (mycobiont) e uma alga que é geralmente cianobactéria (phycobiont). Estes organismos foram relatados como colonizadores que aumentam o intemperismo das rochas.
Por exemplo, descobriu-se que Stereocaulon vesuvianum é instalado em fluxos de lava, conseguindo aumentar até 16 vezes sua taxa de intemperismo quando comparado a superfícies não-colonizadas. Essas taxas podem dobrar em lugares úmidos, como no Havaí.
Também se observou que, quando os liquens morrem, deixam uma mancha escura nas superfícies da rocha. Estas manchas absorvem mais radiação do que as áreas claras circundantes da rocha, promovendo assim a intemperização térmica ou termoclastias.
Organismos marinhos
Certos organismos marinhos raspar a superfície das rochas e perfurá-los, promovendo o crescimento de algas. Estes organismos perfurantes incluem moluscos e esponjas.
Exemplos deste tipo de organismos são o mexilhão azul ( Mytilus edulis ) e o gastrópode herbário Cittica pica .
Quelação
A quelação é outro mecanismo de intemperismo que envolve a remoção de íons metálicos e, em particular, de íons de alumínio, ferro e manganês das rochas.
Isto é conseguido através da união e sequestração por ácidos orgânicos (tais como ácido fúlvico e ácido húmico), para formar complexos solúveis de matéria orgânica-metal.
Neste caso, os agentes quelantes provêm dos produtos de decomposição das plantas e das secreções das raízes. A quelação promove o intemperismo químico e a transferência de metais para o solo ou rocha.
