Processi di weathering
Per processi di weathering si intendono quei processi chimico-fisici
che inducono alla progressiva trasformazione delle rocce litoidi
in una coltre di alterazione comunemente chiamata regolite o
saprolite.
Un regolite sara’ quindi un’insieme piu’ o meno coerente di
a) minerali presenti nell’originaria roccia madre
b) minerali di neoformazione (generalmente minerali argillosi,
ossidi e idrossidi).
Un regolite, se stabilizzato puo’ evolvere successivamente in un
suolo. Alternativamente, I suoi costituenti potranno essere
spostati dagli agenti atmosferici (principalmente dalle acque
superficiali) e ri-depositati altrove a formare un deposito
sedimentario.
Esempio di alterazione di rocce granitiche
Evitando di parlare degli effetti di tipo “fisico” quali il crioclastismo, il
termoclastismo ecc ecc, focalizzeremmo l’attenzione sui processi
chimici che avvengono durante il weathering
Le principali trasformazioni chimiche che
avvengono durante il weathering possono
essere descritte nei seguenti processi
Processi di idratazione
Processi di ossidazione
Processi di dissoluzione
Processi di idrolisi
Al’interno di un regolite (saprolite) avremmo
Reazioni chimiche che avvengono durante il
weathering delle rocce
• Reagenti: minerali che costituiscono le rocce, CO2, H2O, O2, H+;
• Prodotti: minerali di neoformazione (minerali argillosi ed ossidi)
ioni disciolti e H2SiO4
Esempi:
• 2KAlSi3O8 + 2H+ + 9H2O
<=>
2K+ + Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4
• Al2Si2O5(OH)4 + 5H2O < = > 2Al (OH)3 + 2H4SiO4 (caso estremo: laterite)
Weathering di minerali femici
• (1) FeSiO3 + 2H+ + H2O < = > Fe2+ + H4SiO4
(breakdown di un pirosseno)
• (2) 2Fe2+ + 1/2O2 + 4(OH)- +H2O < = > 2Fe(OH)3
(ossidazione del ferro)
Possiamo definire la destabilizzazione dei minerali silicatici
come reazioni di idrolisi. Tali minerali sono infatti costituiti
da basi forti e un acido debole (l’acido silicico).
Le risultanti reazioni possono essere definite reazioni di
dissoluzione incongruente in quanto comportano spesso la
formazione di minerali secondari.
Lo sviluppo di tali reazioni prevede quindi:
● Distruzione selettiva e progressiva dei reticoli dei silicati
primari.
● Costruzione di reticoli cristallini di nuove fasi minerali
in equilibrio con l’ambiente superficiale.
Punti reattivi nell’idrolisi dei silicati
● Sulla superfice dei cristalli dei minerali silicatici sono
presenti usualmente cariche non saturate.
● Queste zone dei cristalli rappresentano i punti reattivi, la
cui presenza, abbondanza e distribuzione rendono i vari
minerali piu’ o meno soggetti alle reazioni di weathering.
● In corrispondenza di questi siti reattivi le molecole polari
dell’acqua e le sostanze in questa disciolta procedono ad
esplicare la loro azione disgregatrice della preesistente
struttura cristallina.
Lo step successivo dell’idrolisi dei silicati
consiste nella riorganizzazione in situ dei
complessi contenenti silicio ed alluminio
che andranno a costituire i mattoni
fondamentali delle strutture cristalline di
neoformazione (cioe’ dei minerali
argillosi).
La diversa stabilita’ dei silicati alle
condizioni di superfice segue un ordine
che e’ esattamente inverso alla sequenza
di cristallizzazione magmatica definita
da Bowen.
Cio’ e dovuto alla diversa complessita’ strutturale dei
minerali silicatici.
Per esempio:
La resistenza di un silicato ai processi di weathering aumenta
con il grado di condivisione degli ossigeni tra i tetraedri
SiO44ˉ presenti nella struttura.
Un altro elemento di instabilita’e’ rappresentato dall’entita’
delle sostituzioni isomorfe fra Al3+ e SiO44+ .
All’interno della serie continua dei plagioclasi cio’ spiega
l’aumento di resistenza al passare dal termine calcico (anortite,
CaAl2Si2O8, rapporto Si/Al 1:1) al termine sodico (albite,
NaAlSi3O8 rapporto Si/Al 3:1)
Un ulteriore fattore che puo’ facilitare il weathering di
un silicato e’ la presenza di ferro bivalente (Fe2+)
all’interno della sua struttura.
Il ferro ferroso rappresenta un elemento di debolezza
perche’ tende a trasformarsi in ferro ferrico (Fe3+)
nelle condizioni ricche di ossigeno tipiche
dell’ambiente superficiale.
Weathering nei paesi tropicali
Temperatura e presenza di
acqua sono fattori chiave per lo
sviluppo delle reazioni che
coinvolgono l’alterazione dei
silicati.
6 m di bauxite sovrapposti a depositiFig.
di laterite
B5.1
in Venezuela
Rock and mineral weathering products
Basalt
Granite
Le reazioni dei weathering dei minerali silicatici sopra-riportate
liberano silice che formerà l’acido silicico (un acido debole)
H4SiO4
Fig. B5.3
Precipitazione della silice
Esempi….
Presenza di cianobatteri capaci di sottrarre CO2 dall’acqua può
generale locale soprasaturazione in carbonato di calcio a
formare depositi stromatolitici
Possibile spiegazione:
Corollario: comprendere i fenomeni di weathering delle rocce
può essere ovviamente utile anche ad un geologo coinvolto nello
studio dei materiali lapidei sottoposti ad alterazione in contesto
urbano….
