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Meteorización

Un arco natural producido por la erosión de una roca erosionada diferencialmente en Jebel Kharaz ( Jordania )

La meteorización es el deterioro de rocas , suelos y minerales (así como de madera y materiales artificiales) a través del contacto con agua, gases atmosféricos , luz solar y organismos biológicos. La meteorización se produce in situ (en el sitio, con poco o ningún movimiento), por lo que se diferencia de la erosión , que implica el transporte de rocas y minerales por agentes como el agua , el hielo , la nieve , el viento , las olas y la gravedad .

Los procesos de meteorización se dividen en meteorización física y química . La meteorización física implica la descomposición de rocas y suelos mediante los efectos mecánicos del calor, el agua, el hielo u otros agentes. La meteorización química implica la reacción química del agua, los gases atmosféricos y las sustancias químicas producidas biológicamente con rocas y suelos. El agua es el principal agente detrás de la meteorización física y química, [1] aunque el oxígeno atmosférico y el dióxido de carbono y las actividades de los organismos biológicos también son importantes. [2] La meteorización química por acción biológica también se conoce como meteorización biológica. [3]

Los materiales que quedan después de que la roca se descompone se combinan con material orgánico para crear suelo . Muchos de los accidentes geográficos y paisajes de la Tierra son el resultado de procesos de erosión combinados con erosión y redeposición. La meteorización es una parte crucial del ciclo de las rocas , y las rocas sedimentarias , formadas a partir de los productos de la meteorización de rocas más antiguas, cubren el 66% de los continentes de la Tierra y gran parte de su fondo oceánico . [4]

Meteorización física

La meteorización física , también llamada meteorización mecánica o disgregación , es la clase de procesos que provoca la desintegración de las rocas sin cambio químico. La meteorización física implica la descomposición de las rocas en fragmentos más pequeños mediante procesos como expansión y contracción, debido principalmente a cambios de temperatura. Dos tipos de degradación física son la erosión por congelación y descongelación y la fractura térmica. La liberación de presión también puede causar erosión sin cambio de temperatura. Generalmente es mucho menos importante que la meteorización química, pero puede ser significativa en ambientes subárticos o alpinos. [5] Además, la meteorización química y física a menudo van de la mano. Por ejemplo, las grietas extendidas por la erosión física aumentarán el área de superficie expuesta a la acción química, amplificando así la tasa de desintegración. [6]

La erosión por heladas es la forma más importante de erosión física. El siguiente en importancia es el acuñamiento de las raíces de las plantas, que a veces entran en las grietas de las rocas y las separan. Las excavaciones de gusanos u otros animales también pueden ayudar a desintegrar las rocas, al igual que el "arranque" de los líquenes. [7]

Meteorización por heladas

Una roca en Abisko , Suecia, fracturada a lo largo de las juntas existentes , posiblemente por erosión por heladas o estrés térmico.

La erosión por heladas es el nombre colectivo de aquellas formas de erosión física causadas por la formación de hielo dentro de afloramientos rocosos. Durante mucho tiempo se creyó que el más importante de ellos era el acuñamiento por escarcha , que resulta de la expansión del agua de los poros cuando se congela. Sin embargo, un creciente conjunto de trabajos teóricos y experimentales sugiere que la segregación del hielo , en la que el agua sobreenfriada migra a lentes de hielo que se forman dentro de la roca, es el mecanismo más importante. [8] [9]

Cuando el agua se congela, su volumen aumenta un 9,2%. En teoría, esta expansión puede generar presiones superiores a 200 megapascales (29.000 psi), aunque un límite superior más realista es 14 megapascales (2.000 psi). Esto sigue siendo mucho mayor que la resistencia a la tracción del granito, que es de unos 4 megapascales (580 psi). Esto hace que el acuñamiento por escarcha, en el que el agua de los poros se congela y su expansión volumétrica fractura la roca circundante, parezca ser un mecanismo plausible para la erosión por escarcha. Sin embargo, el hielo simplemente se expandirá a partir de una fractura recta y abierta antes de que pueda generar una presión significativa. Por lo tanto, el acuñamiento por escarcha sólo puede producirse en fracturas pequeñas y tortuosas. [5] La roca también debe estar casi completamente saturada con agua, o el hielo simplemente se expandirá hacia los espacios de aire en la roca no saturada sin generar mucha presión. Estas condiciones son lo suficientemente inusuales como para que sea poco probable que el acuñamiento por heladas sea el proceso dominante de erosión por heladas. [10] El acuñamiento de heladas es más efectivo donde hay ciclos diarios de fusión y congelación de rocas saturadas de agua, por lo que es poco probable que sea significativo en los trópicos, en las regiones polares o en los climas áridos. [5]

La segregación del hielo es un mecanismo de erosión física menos caracterizado. [8] Ocurre porque los granos de hielo siempre tienen una capa superficial, a menudo de solo unas pocas moléculas de espesor, que se parece más al agua líquida que al hielo sólido, incluso a temperaturas muy por debajo del punto de congelación. Esta capa líquida prefundida tiene propiedades inusuales, incluida una fuerte tendencia a absorber agua por acción capilar desde partes más cálidas de la roca. Esto da como resultado un crecimiento del grano de hielo que ejerce una presión considerable sobre la roca circundante, [11] hasta diez veces mayor de lo que es probable con el acuñamiento por escarcha. Este mecanismo es más eficaz en rocas cuya temperatura promedio es justo por debajo del punto de congelación, de -4 a -15 °C (25 a 5 °F). La segregación del hielo da como resultado el crecimiento de agujas y lentes de hielo dentro de las fracturas de la roca y paralelas a la superficie de la roca, que gradualmente separan la roca. [9]

Estrés termal

La meteorización por estrés térmico resulta de la expansión y contracción de la roca debido a los cambios de temperatura. La erosión por tensión térmica es más efectiva cuando la porción calentada de la roca está reforzada por la roca circundante, de modo que pueda expandirse libremente en una sola dirección. [12]

La meteorización por estrés térmico comprende dos tipos principales, choque térmico y fatiga térmica . El choque térmico se produce cuando las tensiones son tan grandes que la roca se agrieta inmediatamente, pero esto es poco común. Más típica es la fatiga térmica, en la que las tensiones no son lo suficientemente grandes como para causar la falla inmediata de la roca, pero los ciclos repetidos de tensión y liberación debilitan gradualmente la roca. [12]

La erosión por estrés térmico es un mecanismo importante en los desiertos , donde hay una gran variación de temperatura diurna , calurosa durante el día y fría durante la noche. [13] Como resultado, la erosión por estrés térmico a veces se denomina erosión por insolación , pero esto es engañoso. La erosión por estrés térmico puede ser causada por cualquier cambio importante de temperatura, y no solo por un intenso calentamiento solar. Probablemente sea tan importante en climas fríos como en climas cálidos y áridos. [12] Los incendios forestales también pueden ser una causa importante de rápida erosión por estrés térmico. [14]

Los geólogos han descartado durante mucho tiempo la importancia de la erosión por estrés térmico, [5] [9] basándose en experimentos de principios del siglo XX que parecían demostrar que sus efectos no eran importantes. Desde entonces, estos experimentos han sido criticados por ser poco realistas, ya que las muestras de roca eran pequeñas, estaban pulidas (lo que reduce la nucleación de las fracturas) y no estaban reforzadas. Por lo tanto, estas pequeñas muestras pudieron expandirse libremente en todas direcciones cuando se calentaron en hornos experimentales, lo que no logró producir los tipos de estrés probables en entornos naturales. Los experimentos también fueron más sensibles al choque térmico que a la fatiga térmica, pero la fatiga térmica es probablemente el mecanismo más importante en la naturaleza. Los geomorfólogos han comenzado a volver a enfatizar la importancia de la erosión por estrés térmico, particularmente en climas fríos. [12]

Liberación de presión

Láminas de granito exfoliadas en Texas, posiblemente causadas por liberación de presión

La liberación o descarga de presión es una forma de erosión física que se observa cuando se exhuma roca profundamente enterrada . Las rocas ígneas intrusivas, como el granito , se forman en las profundidades de la superficie terrestre. Están bajo una tremenda presión debido al material rocoso que los recubre. Cuando la erosión elimina el material rocoso suprayacente, estas rocas intrusivas quedan expuestas y se libera la presión sobre ellas. Las partes exteriores de las rocas tienden entonces a expandirse. La expansión genera tensiones que provocan la formación de fracturas paralelas a la superficie de la roca. Con el tiempo, las láminas de roca se desprenden de las rocas expuestas a lo largo de las fracturas, un proceso conocido como exfoliación . La exfoliación debida a la liberación de presión también se conoce como lámina . [15]

Al igual que con la meteorización térmica, la liberación de presión es más efectiva en rocas apuntaladas. Aquí, la tensión diferencial dirigida hacia la superficie no reforzada puede alcanzar los 35 megapascales (5100 psi), con suficiente facilidad para romper la roca. Este mecanismo también es responsable del desconchado en minas y canteras, y de la formación de juntas en afloramientos rocosos. [dieciséis]

El retroceso de un glaciar suprayacente también puede provocar una exfoliación debido a la liberación de presión. Esto puede verse reforzado por otros mecanismos de desgaste físico. [17]

Crecimiento de cristales de sal

Tafoni en Salt Point State Park , condado de Sonoma, California

La cristalización de la sal (también conocida como erosión de la sal , acuñamiento de la sal o haloclastia ) provoca la desintegración de las rocas cuando las soluciones salinas se filtran en las grietas y uniones de las rocas y se evaporan, dejando cristales de sal . Al igual que con la segregación del hielo, las superficies de los granos de sal atraen sales disueltas adicionales a través de la acción capilar, lo que provoca el crecimiento de lentes de sal que ejercen una alta presión sobre la roca circundante. Las sales de sodio y magnesio son las más efectivas para producir meteorización salina. La erosión de la sal también puede tener lugar cuando la pirita en la roca sedimentaria se erosiona químicamente hasta formar sulfato de hierro (II) y yeso , que luego cristalizan como lentes de sal. [9]

La cristalización de la sal puede tener lugar dondequiera que las sales se concentren por evaporación. Por tanto, es más común en climas áridos donde el fuerte calentamiento provoca una fuerte evaporación y a lo largo de las costas. [9] La erosión salina probablemente sea importante en la formación de tafoni , una clase de estructuras de meteorización de rocas cavernosas. [18]

Efectos biológicos sobre la meteorización mecánica.

Los organismos vivos pueden contribuir a la meteorización mecánica, así como a la meteorización química (ver § Meteorización biológica a continuación). Los líquenes y musgos crecen esencialmente sobre superficies rocosas desnudas y crean un microambiente químico más húmedo. La unión de estos organismos a la superficie de la roca mejora la descomposición física y química de la microcapa superficial de la roca. Se ha observado que los líquenes arrancan granos minerales del esquisto desnudo con sus hifas (estructuras de unión en forma de raíces), un proceso descrito como arrancado , [15] y atraen los fragmentos hacia su cuerpo, donde luego se someten a un proceso de erosión química no a diferencia de la digestión. [19] A mayor escala, las plántulas que brotan en una grieta y las raíces de las plantas ejercen presión física además de proporcionar una vía para la infiltración de agua y productos químicos. [7]

Meteorización química

Comparación de piedra caliza no erosionada (izquierda) y erosionada (derecha)

La mayoría de las rocas se forman a temperatura y presión elevadas, y los minerales que las componen suelen ser químicamente inestables en las condiciones relativamente frías, húmedas y oxidantes típicas de la superficie de la Tierra. La meteorización química se produce cuando el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y otras sustancias químicas reaccionan con la roca para cambiar su composición. Estas reacciones convierten algunos de los minerales primarios originales de la roca en minerales secundarios , eliminan otras sustancias como solutos y dejan los minerales más estables como un resistente químicamente sin cambios . En efecto, la meteorización química cambia el conjunto original de minerales de la roca en un nuevo conjunto de minerales que está en mayor equilibrio con las condiciones de la superficie. Sin embargo, rara vez se alcanza el verdadero equilibrio, porque la meteorización es un proceso lento y la lixiviación arrastra los solutos producidos por las reacciones de meteorización antes de que puedan acumularse hasta niveles de equilibrio. Esto es particularmente cierto en ambientes tropicales. [20]

El agua es el principal agente de la meteorización química, ya que convierte muchos minerales primarios en minerales arcillosos u óxidos hidratados mediante reacciones descritas colectivamente como hidrólisis . El oxígeno también es importante, ya que actúa oxidando muchos minerales, al igual que el dióxido de carbono, cuyas reacciones de erosión se describen como carbonatación . [21]

El proceso de levantamiento de bloques montañosos es importante al exponer nuevos estratos rocosos a la atmósfera y la humedad, lo que permite que se produzca una importante meteorización química; Se produce una liberación significativa de Ca 2+ y otros iones en las aguas superficiales. [22]

Disolución

Muestras de núcleos de piedra caliza en diferentes etapas de erosión química, desde muy altas a poca profundidad (abajo) hasta muy bajas a mayores profundidades (arriba). La piedra caliza ligeramente erosionada muestra manchas marrones, mientras que la piedra caliza muy erosionada pierde gran parte de su contenido mineral de carbonato, dejando arcilla. Núcleo de perforación de piedra caliza extraído del depósito de carbonato del Congo Occidental en Kimpese , República Democrática del Congo .

La disolución (también llamada solución simple o disolución congruente ) es el proceso en el que un mineral se disuelve por completo sin producir ninguna sustancia sólida nueva. [23] El agua de lluvia disuelve fácilmente minerales solubles, como la halita o el yeso , pero también puede disolver minerales muy resistentes como el cuarzo , con el tiempo suficiente. [24] El agua rompe los enlaces entre los átomos del cristal: [25]

La reacción general para la disolución del cuarzo es

SiO 2 + 2 H 2 O → H 4 SiO 4

El cuarzo disuelto toma la forma de ácido silícico .

Una forma de disolución particularmente importante es la disolución de carbonatos, en la que el dióxido de carbono atmosférico mejora la meteorización de la solución. La disolución de carbonato afecta a las rocas que contienen carbonato de calcio , como la piedra caliza y la creta . Tiene lugar cuando el agua de lluvia se combina con dióxido de carbono para formar ácido carbónico , un ácido débil , que disuelve el carbonato de calcio (piedra caliza) y forma bicarbonato de calcio soluble . A pesar de una cinética de reacción más lenta , este proceso se ve favorecido termodinámicamente a baja temperatura, porque el agua más fría retiene más dióxido de carbono disuelto (debido a la solubilidad retrógrada de los gases). Por tanto, la disolución de carbonatos es una característica importante de la erosión glacial. [26]

La disolución de carbonato implica los siguientes pasos:

CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
dióxido de carbono + agua → ácido carbónico
H2CO3 + CaCO3 Ca ( HCO3 ) 2 _
ácido carbónico + carbonato de calcio → bicarbonato de calcio

La disolución de carbonatos en la superficie de piedra caliza bien unida produce un pavimento de piedra caliza disecado . Este proceso es más eficaz a lo largo de las articulaciones, ampliándolas y profundizándolas. [27]

En ambientes no contaminados, el pH del agua de lluvia debido al dióxido de carbono disuelto es de alrededor de 5,6. La lluvia ácida se produce cuando gases como el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno están presentes en la atmósfera. Estos óxidos reaccionan en el agua de lluvia para producir ácidos más fuertes y pueden reducir el pH a 4,5 o incluso 3,0. El dióxido de azufre , SO 2 , proviene de erupciones volcánicas o de combustibles fósiles, y puede convertirse en ácido sulfúrico en el agua de lluvia, lo que puede provocar la erosión de las rocas sobre las que cae. [28]

Hidrólisis y carbonatación.

Olivino erosionado hasta iddingsite dentro de un xenolito del manto

La hidrólisis (también llamada disolución incongruente ) es una forma de meteorización química en la que solo una parte de un mineral se disuelve. El resto del mineral se transforma en un nuevo material sólido, como por ejemplo un mineral arcilloso . [29] Por ejemplo, la forsterita ( olivino de magnesio ) se hidroliza en brucita sólida y ácido silícico disuelto:

Mg 2 SiO 4 + 4 H 2 O ⇌ 2 Mg (OH) 2 + H 4 SiO 4
forsterita + agua ⇌ brucita + ácido silícico

La mayor parte de la hidrólisis durante la erosión de los minerales es hidrólisis ácida , en la que los protones (iones de hidrógeno), que están presentes en el agua ácida, atacan los enlaces químicos de los cristales minerales. [30] Los enlaces entre diferentes cationes e iones de oxígeno en los minerales difieren en fuerza, y los más débiles serán atacados primero. El resultado es que los minerales de las rocas ígneas se erosionan aproximadamente en el mismo orden en que se formaron originalmente ( serie de reacciones de Bowen ). [31] La fuerza de unión relativa se muestra en la siguiente tabla: [25]

Esta tabla es sólo una guía aproximada del orden de meteorización. Algunos minerales, como la illita , son inusualmente estables, mientras que la sílice es inusualmente inestable dada la fuerza del enlace silicio-oxígeno . [32]

El dióxido de carbono que se disuelve en agua para formar ácido carbónico es la fuente más importante de protones, pero los ácidos orgánicos también son importantes fuentes naturales de acidez. [33] La hidrólisis ácida del dióxido de carbono disuelto a veces se describe como carbonatación y puede provocar la erosión de los minerales primarios a minerales carbonatados secundarios. [34] Por ejemplo, la erosión de la forsterita puede producir magnesita en lugar de brucita mediante la reacción:

Mg 2 SiO 4 + 2 CO 2 + 2 H 2 O ⇌ 2 MgCO 3 + H 4 SiO 4
forsterita + dióxido de carbono + agua ⇌ magnesita + ácido silícico en solución

El ácido carbónico se consume por la erosión de los silicatos , lo que da como resultado soluciones más alcalinas debido al bicarbonato . Esta es una reacción importante para controlar la cantidad de CO 2 en la atmósfera y puede afectar el clima. [35]

Los aluminosilicatos que contienen cationes altamente solubles, como iones de sodio o potasio, liberarán los cationes como bicarbonatos disueltos durante la hidrólisis ácida:

2 KAlSi 3 O 8 + 2 H 2 CO 3 + 9 H 2 O ⇌ Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4 H 4 SiO 4 + 2 K + + 2 HCO 3
ortoclasa (feldespato de aluminosilicato) + ácido carbónico + agua ⇌ caolinita (un mineral arcilloso) + ácido silícico en solución + iones de potasio y bicarbonato en solución

Oxidación

Un cubo de pirita se ha disuelto lejos de la roca huésped, dejando partículas de oro .
Cubos de pirita oxidada

En el entorno de meteorización se produce la oxidación química de una variedad de metales. La más comúnmente observada es la oxidación de Fe 2+ ( hierro ) por oxígeno y agua para formar óxidos e hidróxidos de Fe 3+ como goetita , limonita y hematita . Esto da a las rocas afectadas una coloración marrón rojiza en la superficie que se desmorona fácilmente y debilita la roca. Muchos otros minerales metálicos se oxidan e hidratan para producir depósitos coloreados, al igual que el azufre durante la erosión de minerales de sulfuro como las calcopiritas o el CuFeS 2 que se oxida a hidróxido de cobre y óxidos de hierro . [36]

Hidratación

La hidratación mineral es una forma de meteorización química que implica la unión rígida de moléculas de agua o iones H+ y OH- a los átomos y moléculas de un mineral. No se produce ninguna disolución significativa. Por ejemplo, los óxidos de hierro se convierten en hidróxidos de hierro y la hidratación de la anhidrita forma yeso . [37]

La hidratación masiva de minerales tiene una importancia secundaria a la disolución, hidrólisis y oxidación, [36] pero la hidratación de la superficie del cristal es el primer paso crucial en la hidrólisis. Una superficie fresca de un cristal mineral expone iones cuya carga eléctrica atrae moléculas de agua. Algunas de estas moléculas se rompen en H+ que se une a los aniones expuestos (generalmente oxígeno) y OH- que se une a los cationes expuestos. Esto altera aún más la superficie, haciéndola susceptible a diversas reacciones de hidrólisis. Protones adicionales reemplazan los cationes expuestos en la superficie, liberando los cationes como solutos. A medida que se eliminan los cationes, los enlaces silicio-oxígeno y silicio-aluminio se vuelven más susceptibles a la hidrólisis, liberando ácido silícico e hidróxidos de aluminio para que se lixiven o formen minerales arcillosos. [32] [38] Los experimentos de laboratorio muestran que la erosión de los cristales de feldespato comienza con dislocaciones u otros defectos en la superficie del cristal, y que la capa de erosión tiene solo unos pocos átomos de espesor. La difusión dentro del grano mineral no parece ser significativa. [39]

Una roca recién rota muestra una meteorización química diferencial (probablemente principalmente oxidación) que avanza hacia adentro. Este trozo de arenisca se encontró en la deriva glaciar cerca de Angelica, Nueva York .

Meteorización biológica

La meteorización mineral también puede ser iniciada o acelerada por microorganismos del suelo. Los organismos del suelo constituyen alrededor de 10 mg/cm 3 de los suelos típicos, y experimentos de laboratorio han demostrado que la albita y la moscovita se degradan dos veces más rápido en suelos vivos que en suelos estériles. Los líquenes sobre rocas se encuentran entre los agentes biológicos más eficaces de la meteorización química. [33] Por ejemplo, un estudio experimental sobre granito de hornblenda en Nueva Jersey, EE. UU., demostró un aumento de 3 a 4 veces en la tasa de erosión bajo superficies cubiertas de líquenes en comparación con superficies de roca desnuda recientemente expuestas. [40]

Meteorización biológica del basalto por líquenes , La Palma

Las formas más comunes de meteorización biológica resultan de la liberación de compuestos quelantes (como ciertos ácidos orgánicos y sideróforos ) y de dióxido de carbono y ácidos orgánicos por parte de las plantas. Las raíces pueden aumentar el nivel de dióxido de carbono hasta el 30% de todos los gases del suelo, con la ayuda de la adsorción de CO 2 en minerales arcillosos y la muy lenta tasa de difusión del CO 2 fuera del suelo. [41] El CO 2 y los ácidos orgánicos ayudan a descomponer los compuestos que contienen aluminio y hierro en los suelos debajo de ellos. Las raíces tienen una carga eléctrica negativa equilibrada por los protones en el suelo junto a las raíces, y estos pueden intercambiarse por cationes de nutrientes esenciales como el potasio. [42] Los restos en descomposición de plantas muertas en el suelo pueden formar ácidos orgánicos que, cuando se disuelven en agua, causan erosión química. [43] Los compuestos quelantes, en su mayoría ácidos orgánicos de bajo peso molecular, son capaces de eliminar iones metálicos de las superficies de las rocas desnudas, siendo el aluminio y el silicio particularmente susceptibles. [44] La capacidad de romper la roca desnuda permite a los líquenes estar entre los primeros colonizadores de la tierra seca. [45] La acumulación de compuestos quelantes puede afectar fácilmente a las rocas y suelos circundantes y puede conducir a la podsolización de los suelos. [46] [47]

Los hongos micorrízicos simbióticos asociados con los sistemas de raíces de los árboles pueden liberar nutrientes inorgánicos de minerales como la apatita o la biotita y transferir estos nutrientes a los árboles, contribuyendo así a su nutrición. [48] ​​También se demostró recientemente que las comunidades bacterianas pueden afectar la estabilidad mineral y conducir a la liberación de nutrientes inorgánicos. [49] Se ha informado que una gran variedad de cepas o comunidades bacterianas de diversos géneros pueden colonizar superficies minerales o erosionar minerales, y para algunas de ellas se ha demostrado un efecto promotor del crecimiento de las plantas. [50] Los mecanismos demostrados o hipotéticos utilizados por las bacterias para erosionar los minerales incluyen varias reacciones de oxidorreducción y disolución, así como la producción de agentes de meteorización, como protones, ácidos orgánicos y moléculas quelantes.

Meteorización en el fondo del océano

La meteorización de la corteza oceánica basáltica difiere en aspectos importantes de la meteorización en la atmósfera. La meteorización es relativamente lenta y el basalto se vuelve menos denso, a un ritmo de alrededor del 15% cada 100 millones de años. El basalto se hidrata y se enriquece en hierro total y férrico, magnesio y sodio a expensas de sílice, titanio, aluminio, hierro ferroso y calcio. [51]

Meteorización del edificio

Hormigón dañado por la lluvia ácida

Los edificios hechos de piedra, ladrillo u hormigón son susceptibles a los mismos agentes atmosféricos que cualquier superficie rocosa expuesta. También las estatuas , los monumentos y las piedras ornamentales pueden sufrir graves daños debido a los procesos naturales de erosión. Esto se acelera en zonas gravemente afectadas por la lluvia ácida . [52]

La erosión acelerada de los edificios puede ser una amenaza para el medio ambiente y la seguridad de los ocupantes. Las estrategias de diseño pueden moderar el impacto de los efectos ambientales, como el uso de protección contra la lluvia con presión moderada, garantizar que el sistema HVAC sea capaz de controlar eficazmente la acumulación de humedad y seleccionar mezclas de concreto con contenido de agua reducido para minimizar el impacto de los ciclos de congelación y descongelación. [53]

Propiedades de los suelos bien meteorizados.

La roca granítica, que es la roca cristalina más abundante expuesta en la superficie de la Tierra, comienza a erosionarse con la destrucción de la hornblenda . Luego la biotita se transforma en vermiculita y finalmente se destruyen la oligoclasa y la microclina . Todos se convierten en una mezcla de minerales arcillosos y óxidos de hierro. [31] El suelo resultante está empobrecido en calcio, sodio y hierro ferroso en comparación con el lecho de roca, y el magnesio se reduce en un 40% y el silicio en un 15%. Al mismo tiempo, el suelo se enriquece en aluminio y potasio, al menos en un 50%; por el titanio, cuya abundancia se triplica; y por el hierro férrico, cuya abundancia aumenta en un orden de magnitud en comparación con el lecho de roca. [54]

La roca basáltica se erosiona más fácilmente que la roca granítica, debido a su formación a temperaturas más altas y condiciones más secas. El tamaño de grano fino y la presencia de vidrio volcánico también aceleran la erosión. En entornos tropicales, se erosiona rápidamente hasta convertirse en minerales arcillosos, hidróxidos de aluminio y óxidos de hierro enriquecidos con titanio. Debido a que la mayor parte del basalto es relativamente pobre en potasio, el basalto se erosiona directamente hasta convertirse en montmorillonita pobre en potasio y luego en caolinita . Donde la lixiviación es continua e intensa, como en las selvas tropicales, el producto final de la meteorización es la bauxita , el principal mineral del aluminio. Donde las precipitaciones son intensas pero estacionales, como en los climas monzónicos, el producto final de la meteorización es laterita rica en hierro y titanio . [55] La conversión de caolinita en bauxita se produce sólo con lixiviación intensa, ya que el agua ordinaria del río está en equilibrio con la caolinita. [56]

La formación del suelo requiere entre 100 y 1.000 años, un intervalo muy breve en el tiempo geológico. Como resultado, algunas formaciones muestran numerosos lechos de paleosuelos (suelos fósiles). Por ejemplo, la Formación Willwood de Wyoming contiene más de 1000 capas de paleosuelo en una sección de 770 metros (2530 pies) que representa 3,5 millones de años de tiempo geológico. Se han identificado paleosuelos en formaciones tan antiguas como Arcaicas (de más de 2.500 millones de años de antigüedad). Sin embargo, los paleosuelos son difíciles de reconocer en el registro geológico. [57] Los indicios de que un lecho sedimentario es un paleosuelo incluyen un límite inferior gradacional y un límite superior pronunciado, la presencia de mucha arcilla, mala clasificación con pocas estructuras sedimentarias, clastos desgarrados en lechos suprayacentes y grietas de desecación que contienen material de lechos más altos. . [58]

El grado de meteorización de un suelo se puede expresar como el índice químico de alteración , definido como 100 Al 2 O 3 /(Al 2 O 3 + CaO + Na 2 O + K 2 O) . Esto varía desde 47 para roca de la corteza superior no erosionada hasta 100 para material completamente erosionado. [59]

Meteorización de materiales no geológicos.

La madera puede erosionarse física y químicamente mediante hidrólisis y otros procesos relevantes para los minerales, pero además, la madera es muy susceptible a la meteorización inducida por la radiación ultravioleta de la luz solar. Esto induce reacciones fotoquímicas que degradan la superficie de la madera. [60] Las reacciones fotoquímicas también son importantes en la degradación de pinturas [61] y plásticos. [62]

Galería

Ver también

Referencias

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