Mecanismul proceselor de dezagregare si alterare

Mecanismul proceselor de dezagregare si alterare

Scoarta terestra, ca parte a celor trei invelisuri concentrice ale globului terestru alaturi de manta si nucleu, poate fi divizata in doua unitati distincte: blocurile continentale si invelisul bazaltic, ambele fiind acoperite de invelisul de sedimente. Astfel, din punct de vedere a extinderii pe suprafata, rocile sedimentare acopera scoarta terestra intr-o masura mult mai mare (75 %) comparativ cu rocile magmatice si metamorfice (25 %).

Din punct de vedere mineralogic, scoarta terestra este alcatuita in proportie de 91,5 % din silicati si cuart, la care se adauga oxizi de fier (3,5 %), carbonati (1,5 %) si alte minerale (3,5 %) (Rösler, 1984). Conditiile de formare a mineralelor la suprafata crustei terestre sunt determinate de interactiunea acesteia cu hidrosfera, biosfera si atmosfera intr-un proces continuu de adaptare la noile conditii de mediu. Adancimea pana la care patrunde apa libera, gazele si exista activitate biotica va determina grosimea 'crustei de alterare'. Aceasta zona va fi delimitata in baza de roca proaspata, iar in partea superioara de patura de sol, avand grosimi de pana la cca.60 m.

In domeniul exogen, apa constituie un factor petrogenetic fundamental. In circuitul sau prin pori, apa realizeaza o deplasare descendenta gravitationala si o deplasare ascendenta capilara. Astfel, pe adancime, in rocile permeabile, in functie de sensul de deplasare si de chimismul apei se individualizeaza trei zone (Radulescu & Anastasiu, 1979; Muresan, 1997):

Zona de oxidare (sau aerare) - dezvoltata de la contactul crustei terestre cu atmosfera pana la nivelul hidrostatic; contine apa bogata in oxigen care se deplaseaza descendent.

Zona saturata cu apa activa - situata sub nivelul hidrostatic, este alimentata cu apa de suprafata si este una din sursele retelei hidrografice. Deplasarea apei in aceasta zona se face sub influenta variatiilor nivelului de baza al retelei hidrografice.

Zona de saturare cu apa pasiva nu se delimiteaza net de zona anterioara. Deplasarea apei se face foarte lent, sub actiunea diferentelor de presiune si de compozitie ce caracterizeaza fiecare nivel batimetric.

In functie de natura si intensitatea proceselor de dezagregare si alterare ce afecteaza diferitele tipuri de roci de la suprafata scoartei terestre, crusta de alterare poate fi divizata la randul ei in trei zone:

Zona superficiala, in care alterarea este totala; corespunde zonei de oxidatie, are caracter acid (pH~5) si se caracterizeaza prin prezenta oxizilor.

Zona intermediara, in care alterarea este partiala; corespunde zonei de saturare cu apa activa, avand un pH 5-8,5 si se caracterizeaza prin asociatii de minerale argiloase.

Zona de alterare incipienta corespunde zonei de saturare cu apa pasiva si are caracter alcalin (pH 8,5-9). Contine silicati primari, atat proaspeti cat si alterati, clorite, hidromice etc.

Dezagregarea si alterarea rocilor si mineralelor sunt procese ce se pot desfasura simultan sau succesiv, cu intensitati diferite, determinate de natura materialului si de conditiile de mediu.

Termenii "weathering" (lb.engleza) sau "Verwitterung" (lb.germana) sunt utilizati in general la descrierea concomitenta a ambelor procese.

Dezagregarea (physical or mechanical weathering) este definita ca fiind procesul exclusiv fizic prin care mineralele si rocile de la suprafata crustei terestre isi pierd coeziunea, desfacandu-se in fragmente din ce in ce mai mici sub actiunea diferitilor factori de mediu (variatii termice sau de umiditate, dinamica apelor, a maselor de gheata, activitatea organismelor etc.). Pe masura avansarii procesului are loc o micsorare a dimensiunilor fragmentelor, determinand astfel cresterea suprafetei specifice si favorizand in continuare desfasurarea proceselor chimice.

Alterarea (chemical weathering) este procesul, predominant chimic, de modificare a compozitiei chimice a mineralelor, ca rezultat al unei adaptari continue la conditiile specifice de mediu de la suprafata scoartei terestre (temperaturi si presiuni scazute, prezenta apei, oxigenului, bioxidului de carbon). Principalele transformari chimice ce au loc sunt reprezentate prin indepartarea componentilor solubili si prin adaugarea, simultana, de ioni hidroxil (OH)^- si posibil de oxigen si CO₂ din atmosfera, iar reactiile, exoterme, tind sa se produca spontan.

Apa penetreaza in pori si se insinueaza pe clivajele mineralelor determinand dizolvarea componentilor solubili. Pe masura intensificarii procesului, solutia se imbogateste progresiv, atat in compusi mai putin solubili, cat si in oxigen si grupari hidroxil. In final, cristalizarea acestei solutii duce la formarea de noi faze minerale, aflate in echilibru raportat la noile conditii de mediu.

Deoarece reactiile ce au loc sunt supuse legilor echilibrului chimic, transformarea unui mineral se produce doar atunci cand in sistem sunt adaugati si/sau inlaturati componenti. Astfel, in cazul alterarii unui feldspat potasic in caolinit, dupa reactia:

2K[AlSi₃O₈] + 3H₂O Al₂[Si₂O₅(OH)₄] + 4SiO₂ + 2KOH

feldspat potasic caolinit

intreaga cantitate de KOH trebuie trecuta in solutie. In cazul ca se mai pastreaza ceva, produsul rezidual final nu va fi caolinitul, ci illitul:

3K[AlSi₃O₈] + 2H₂O KAl₂[(Al,Si₃)O₁₀(OH)₂] + 6SiO₂ + 2KOH

feldspat potasic illit

De aici rezulta ca un mineral se poate forma ca urmare a proceselor de dezagregare-alterare numai daca atomii si ionii esentiali sunt prezenti in cadrul sistemului sau sunt intodusi din exterior.

Astfel, stabilitatea chimica a unor minerale s-ar datora unei "solubilitati" scazute a componentilor in conditiile de mediu respective (valabila in cazul aluminiului, fierului si titanului) sau poate rezulta dintr-o transformare incompleta a structurii mineralului. Multi silicati afectati de procese de dezagregare-alterare sunt redusi la fragmente de mici dimensiuni, care pastreaza, in parte, structura originala. Micele reprezinta un astfel de exemplu.

Ca o concluzie, in urma dezagregarii si alterarii silicatilor, ar avea loc, simultan, trei procese:

transformarea (distrugerea) structurii reticulare initiale, concomitent cu eliberarea de cationi si silice;

antrenarea in solutie a componentilor solubili pusi in libertate;

reactiile dintre solutia astfel rezultata si componentii din atmosfera (H₂O, O₂, CO₂) si formarea de noi minerale aflate intr-un echilibru stabil sau metastabil fata de noile conditii de mediu.