Presentazione di PowerPoint

PROCESSI DI DISFACIMENTO
(Weathering)
Degradazione fisica o
meccanica
(mechanical weathering)
Alterazione chimica
(chemical weathering)
Weathering biologico
Degradazione fisica: causa la frammentazione delle
rocce (senza variarne la composizione chimica)
Alterazione chimica: determina una reazioni
chimiche che trasformano i minerali costituenti le
rocce
WEATHERING FISICO
• Esfoliazione
• Crioclastismo
• Termoclastismo
• Aloclastismo
ESFOLIAZIONE
La roccia si frantuma in livelli
paralleli alla superficie terrestre
Tipicamente causata da espansione di
un ammasso roccioso dovuta a
diminuzione di pressione di
confinamento (carico litostatico) per
erosione delle rocce “incassanti”
MORFOLOGIE DA ESFOLIAZIONE
Half Dome,
Yosemite, CA
Exfoliated Domes, Yosemite
Stone Mountain, GA
CRIOCLASTISMO
rottura della roccia (e distacco di frammenti) per espansione quando
l’acqua ghiaccia all’interno di fratture/discontinuità preesistenti
sono necessari presenza di acqua, presenza
di fratture e ripetuti cicli gelo-disgelo
Regioni umide con inverni freddi ed aree
montane
gneiss
granito
calcari
FORME LEGATE A
CRIOCLASTISMO
(PIÙ GRAVITÀ)
calcari
granito
ALOCLASTISMO
frammentazione della roccia per formazione di cristalli –e
conseguente espansione- di sale (cloruro di sodio, gesso, ecc.)
nei pori
La cristallizzazione è causata da evaporazione
Il sale (soluzioni saline) favorisce anche l’alterazione chimica
delle rocce stesse (processo fisico-chimico)
È attivo nelle aree desertiche e in prossimità delle coste
FORME LEGATE AD ALOCLASTISMO (PIÙ AZIONE DEL VENTO)
EROSIONE ALVEOLARE
TAFONI
TERMOCLASTISMO
provoca la frammentazione di rocce
composte da minerali con diverso
coefficiente di dilatazione termica
caratteristico di ambienti a clima arido
e semiarido, con forti escursioni
termiche a ciclo diurno
ALTERAZIONE CHIMICA
(CHEMICAL WEATHERING)
Comporta modificazioni nella composizione della roccia madre, con demolizione
degli edifici cristallini e neoformazione di minerali
•
Ossidazione/Riduzione
•
Solubilizzazione
•
Idratazione e disidratazione
(processo chimico-fisico)
•
Idrolisi
OSSIDAZIONE
perdita di elettroni da parte di un atomo
(Fe2+, Mn2+, etc.) che aumenta la sua
carica positiva (ad es. Fe3+)
RIDUZIONE
aumento di
elettroni
in condizioni di
saturazione (suoli
anossici)
(Redox =
fluttuazione)
Es: Fe++ ferro ferroso ; Fe+++ ferro ferrico
OSSIDAZIONE:
2Fe+++ + 3O2  Fe2O3
Ferro
+
ossigeno
ematite
In presenza di acqua:
FeO + H2O  FeOOH
limonite
RIDUZIONE
Fe2O3  2Fe+++ + 3O2
IDRATAZIONE
Legame di H20 a minerali, produce:
• Ossidi idrati di Fe, Al
• Trasformazione di Anidrite in Gesso
CaSO4 + H2O  CaSO4 - H2O
Nel caso delle
argille, provoca
la
frammentazione
per imbibizione
ed essiccamento
(processo
chimico-fisico)
SOLUBIZZAZIONE
Tra i minerali (sali) più facilmente solubilizzabili c’è il carbonato di calcio
CaCO3 + H2O + CO2
Ca(HCO3)2
CaCO3 + H2O + CO2
Ca2+ + 2HCO3-
IDROLISI
(ALTERAZIONE DEI FELDSPATI)
• H+ attacca i silicati
• Rilascio di cationi
H+ Ca++ Mg++ K+ Na+
•
Formazione di minerali argillosi
Bowens Reaction Series and Weathering
PRODOTTI DELL’IDROLISI
L’idrolisi è totale in condizioni di alta temperatura
e umidità (ambienti tropicali)
•
•
•
•
Minerali argillosi
Ossidi di Fe, Al
Ioni in soluzione (K, Na, Ca)
Silice residuale (granito, rocce
metamorfiche)
Ossidi (sesquiossidi) di Fe, Al
conferiscono colore rosso
Caolinite, Goetite,
Smectiti (Montmorillinite,
Vermiculite)
Principali prodotti del weathering chimico
WEATHERING BIOLOGICO
- Le radici allargano le fratture (W. FISICO)
BIOCLASTISMO
WEATHERING BIOLOGICO
Le rocce sono attaccate da acidi organici prodotti
dalla decomposizione della materia organica
(W. CHIMICO)
CHIMICO: ES. CHELAZIONE
• Molecole organiche estraggono
(solubilizzano) e incorporano
metalli (Al, Fe, Ca) formando
complessi organici (chelati) che
traslocano verso il basso
• REGIONI FREDDE E UMIDE
Le piante utilizzano l’idrolisi per estrarre nutrienti
(metalli) dai minerali
DIVERSI TIPI DI VEGETAZIONE
PRELEVANO/APPORTANO
DIVERSE SOSTANZE
Gli animali lasciano solchi che
espongono i minerali all’acqua e all’aria,
favorendo il weathering chimico
IN SINTESI:
IL WEATHERING FISICO:
• Riduce le rocce in piccoli frammenti facili da rimuovere e trasportare
• Aumenta la superficie esposta delle rocce, favorendo ulteriore disfacimento fisico e
chimico
IL WEATHERING CHIMICO:
• Comporta disfacimento dei “singoli” minerali e formazione di nuovi minerali
• Provoca allontanamento di sostanze chimiche
• Rende disponibili elementi utili allo sviluppo della vegetazione
IL WEATHERING BIOLOGICO:
• Contribuisce alla frammentazione della roccia sotto la superficie
• Produce acidi che contribuiscono al w. chimico
Prodotto del weathering
Regolite: tutto ciò che è compreso tra
la superficie topografica e la roccia
integra (incude il SUOLO)
Prodotto da weathering fisico e
chimico sulla roccia in situ o formato
da detrito di origine “esterna” (es.,
apporti da vento etc.)
Fronte del weathering
REGOLITE
COSA CONTROLLA IL WEATHERING?
FATTORI DEL WEATHERING
tipo, tassi e “intensità” del weathering sono controllati da diversi fattori:
CLIMA
LITOLOGIA (COMPOSIZIONE/STRATIFICAZIONE)
GEOLOGIA
STRUTTURA (PRESEZA/ASSENZA/GRADO DI
FRATTURAZIONE)
TOPOGRAFIA
TEMPO
CLIMA
Controlla TIPI e TASSI dei processi di
weathering attivi in diverse regioni
(per T e disponibilità di acqua)
-
reazioni chimiche più veloci ad alte T
crioclastismo: climi freddi
REGIONI DEL WEATHERING
TASSO DEL WEATHERING
CHIMICO CRESCENTE
(per alta T e aumento di P)
Equatore
P T
Precipitazioni
aumento di P
aumento di T
30° Latitudine
40ºC
1800
mm
Temperatura
30ºC
Evaporazione
20ºC
Increasing depth
of weathering
600
mm
10ºC
Bedrock at
or very near
surface
US & Europe
Deserto
Deep Regolith
Deeply weathered
bedrock
(~40 - 50 meters deep)
Bedrock
ALTO TASSO DI
WEATHERING =
ISPESSIMENTO
DEL REGOLITE
STRUTTURA GEOLOGICA
in un dato contesto climatico, rocce diverse offrono diversa resistenza al
weathering (all’opposto, diversa erodibilità) in funzione di
- COMPOSIZIONE
- PRESENZA / ASSENZA / FITTEZZA DELLE DISCONTINUITA’
WEATHERING DIFFERENZIALE/SELETTIVO
(DIFFERENTIAL WEATHERING)
1) COMPOSIZIONE: rocce diverse sono alterabili/disgregabili
in misura variabile
Soil
Soil
Soil
Iron-rich
basalt
Chemical weathering
by dissolution
Chemical
weathering
by oxidation
Limestone
Weathering-resistant sandstone (mostly quartz) yields little soil
Chemical
weathering
by hydrolysis
Feldspar-rich
granite
Erosione selettiva:
diversi tipi di rocce
oppongono diversa
resistenza all’azione
dei processi di
weathering fisico e
chimico
le discontinuità (joints e piani di stratificazione) sono
percorsi preferenziali per gli agenti del weathering (es.
acqua): favoriscono il weathering fisico e chimico
Lo stesso tipo di roccia offre variabile resistenza al
weathering (variabile erodibilità) se il grado di
fratturazione (o di discontinuità) è variabile
TOPOGRAFIA (pendenza)
SUPERFICI STABILI (poco
inclinate): ispessimento del
regolite per mancata
“erosione” o per apporti
dall’alto
SUPERFICI MOLTO INCLINATE:
sviluppo di regolite inibito; roccia
esposta al weathering fisico e chimico
t
SUPERFICI
INCLINATE:
regolite sottile per
erosione
TEMPO La durata del weathering (senza cambiamenti climatici) controlla il
tipo e spessore del regolite
SUPERFICI (e
depositi)
GIOVANI:
regolite sottile
SUPERFICI STABILI:
ispessimento del
regolite per mancata
“erosione”
SUOLI E PEDOGENESI
SUOLO
combinazione di minerali, sostanza organica, acqua ed aria
È la porzione di regolite che supporta la crescita
della vegetazione
I processi pedogenetici sono essenzialmente
dovuti all’acqua, che migra verso il basso per
gravità
Agiscono dall’alto
verso il basso e
deteminano la
formazione di
ORIZZONTI
PRINCIPALI ORIZZONTI
DI UN SUOLO
O = orizzonte organico
indecomposto
A0 = orizzonte organico
decomposto o orizzonte
humico
E = orizzonte di
eluviazione
B = orizzonte di
illuviazione
C = roccia alterata
R = roccia non alterata
Profilo pedologico
CARATTERIZZAZIONE DEI SUOLI
TESSITURA
CARATTERI FISICI
Granular
STRUTTURA
Blocky
(Subangular)
(Angular)
Platy
Name of Grade
Prismatic
Wedge
Diameter (mm)
Columnar
Coarse gravel
Fine gravel
Above 2
1.0 - 2
Coarse sand
Medium sand
Fine sand
Very fine sand
0.5
0.25
0.1
0.05
Silt
0.002 - 0.05
Clay
Below 0.002
-
1
0.5
0.25
0.1
ACIDITÀ
COLORE
scala di Munsell
• Indicatore di differenti tipi di suolo
• Indicatore di caratteristiche fisiche e chimiche
• Legato a contenuto di humus e al tipo di composti di Fe
Sostanza
Colore
Ossido Ferroso (FeO)
grigio
Ossido ferrico (Ematite) Fe2O3
Ossido ferrico idrato
(Limonite) 2Fe2O3 3H2O
rosso
giallo
FATTORI DELLA PEDOGENESI
• Equazione di Jennings
1)
2)
3)
4)
5)
S = f (R, T, C, B, T)
R: COMPOSIZIONE della roccia madre (parent material/rock)
T: TOPOGRAFIA
C: CLIMA
B: FATTORI BIOLOGICI (VEGETAZIONE)
T: TEMPO
Fattore clima:
REGIMI PEDOGENETICI
ZONALI
PRINCIPALI REGIMI PEDOGENETICI
 PERMAFROST
• Clima molto freddo
• Suoli permanentemente gelati
Permafrost
 SUOLI GLEY / SUOLI IDROMORFI
•
•
Clima freddo
elevata umidità per motivi
climatici/topografici (bassi/livello del mare)
• Accumulo di materiale organico: strati
torbosi sulla superficie
• Colore grigio-bluastro per riduzione del
ferro
• Elevata acidità
 PODZOL
• Clima freddo e umido
• Foresta a conifere
• Elevata acidità per
vegetazione (conifere)
• Orizzonte A con humus
• Orizzonte E chiaro e acido
(asportazione di Fe e Al,
scomposizione argilla)
• Orizzonte B con humus
migrato, idrossidi di Fe e Al e
formazione argille colloidali
 SUOLI CALCIFICATI
•
Clima da semiarido a umido (con stagione arida calda):
zone orientali bacino mediterraneo
o Decalcificazione
o Calcificazione
CaCO3 + H2O + CO2
Ca2+ + 2HCO3-
dissoluzione
B
precipitazione
B
Suoli con CALICHE (orizzonte petrocalcico) nell’orizzonte B
 TERRE ROSSE MEDITERRANEE
/SUOLI BRUNI LISCIVIATI
•
•
•
•
Clima temperato umido bistagionale
(fresca umida/calda secca)
Molto dilavati e lisciviati
(trascinamento di argilla e ossidi di
ferro in profondità)
Orizzonte B rosso, con accumulo di
ossidi di Fe e livelli argillosi che, se
esposti per erosione, danno luogo
alle “terre rosse”, favorevoli alla
“macchia”
Se non erosi “suoli bruni lisciviati”
con bosco misto sempreverde
 ARIDOSUOLI
•
•
•
•
Clima arido caldo
Arbusti ed erba
Scarso humus
Orizzonte B con
accumulo di sali
(gesso e sali di
sodio), CaCO3
 LATERITI /
SUOLI FERRUGINOSI TROPICALI /
SUOLI FERRALLITICI
Laterite / suolo ferruginoso tropicale /suolo ferrallitico
•
•
•
•
•
•
Suoli molto maturi/evoluti
Clima caldo umido (regioni intertropicali)
Foresta pluviale tropicale
Estrema alterazione (argillificazione dei silicati)
Orizzonte A scarso humus per forte attività batterica
Orizzonte B con accumulo di argilla (rivestita e
cementata da ossidi) e ossidi di Fe e Al
•
SU SUPERFICI
STABILISUOLI MOLTO
MATURI E MOLTO
SPESSI
Temperature
Annual precipitation
Equatorial
and tropical
rain forests
Savannahs
Low-latitude
deserts and
semi-deserts
Temperate
regions
and mixed
boreal forests
Grasslands
(steppes)
Precipitazioni
Temperatura
30ºC
Evaporazione
CLIMA +
VEGETAZIONE
20ºC
Increasing depth
of weathering
600
mm
Arctic
and
tundra
regions
30° Latitudine
40ºC
1800
mm
Equator to Poles Factors
Equator
10ºC
Foresta
pluviale
US & Europe
Bedrock at
or very nearDeserto
surface
Shallow nutrients
Deep Regolith,
Deeply weathered shallow Soil
bedrock
(~40 - 50 meters deep)
Suolo
Bedrock
Il TEMPO
• Equazione di Jennings
S = f (R, T, C, B, T)
 SUOLO SEPOLTO = PALEOSUOLO
I paleosuoli sono ottimi
indicatori stratigrafici e
paleoambientali
Importanti per la
ricostruzione di climi del
passato
IL WEATHERING NELLA MORFOGENESI
CALICHE: “croste” formazione di sali che cementano il regolite –
ambienti aridi e semiaridi
CARBONATICHE (CALCRETE)
Caratteristiche del deserto di Atacama (Cile):
CALICHE DI NITRATO DI POTASSIO (NaNO3)
Nitrato deriva da apporti da atmosfera (acqua marina e emissioni
vulcaniche)
 DURICRUSTS / CROSTONI FERRALLITICI
Derivano da erosione del suolo + cambiamento climatico
INVERSIONE DEL RILIEVO
t
 WEATHERING DEI
GRANITI/ROCCE CRISTALLINE
•Sotto copertura, penetrando attraverso i joints, l’acqua
attacca la roccia, arrotondando gli spigoli:
“SPHEROIDAL WEATHERING”
•Nell’ammasso di roccia alterata restano blocchi
arrotondati (corestones)
Con weathering
intenso e profondo e
erosione del suolo
(soil stripping)
t
2
1
“soil stripping” parziale
t
4
t
TORS : cumuli di
blocchi arrotondati
3
t
t
 ETCHPLANATION
BORNHARDT
ETCHPLAIN : “double surface of planation”
(Budel, 1982)
BORNHARDT: rilievo isolato di forma
arrotondata
Mozambico
Australia
Guyana francese
Brasile
Yosemite
IN SINTESI:
 Le rocce e i minerali, sottoposti all’azione dei processi
esogeni, subiscono disfacimento (weathering)
 Il w. Fisico prepara le rocce all’alterazione
 Prodotti del disfacimento sono: frammenti di rocce; minerali di
neoformazione; suoli
 Il tipo di disfacimento fisico o/e chimico PREVALENTE
dipende da:
• Contesto climatico
• Composizione delle rocce (weathering differenziale)
 Il disfacimento è favorito dalla presenza di discontinuità
(weathering differenziale sullo stesso tipo di roccia)
 Diversi tipi di disfacimento creano forme diverse/peculiari a
diverse scale e, con il contributo di altri tipi di processi
(rimozione, trasporto), anche alla macroscala