DEZAGREGAREA SI ALTERAREA SCOARTEI TERESTRE

DEZAGREGAREA SI ALTERAREA SCOARTEI TERESTRE

Dezagregarea este procesul prin care se modifica fizic a echilibrelor petrograficeale rocilor preexistente, ca urmare a actiunii geosferelor externe, adica atmosfera, hidrosfera si biosfera.

Procesul de dezagregare a rocilor este de natura fizica, prin aceasta producandu-se transformarea rocilor in fragmente de diferite dimensiuni; denumite claste (granule).

Factorii care contribuie la dezagregarea si fragmentarea rocilor apartin:

atmosferei prin actiunea fortei eoliene, prin variatiile termice zilnice, anotimpuale si multianuale, inghet si dezghetul-gelivatia;

hidrosferei, prin actiunea de eroziune a apei in mediu fluviatil, marin si lacustru, si eroziunea ghetii;

biosferei, prin care organismele isi extrag, prelucreaza substanta minerala si o utilizeaza in metabolismul lor, isi creeaza mediu de habitat,

Eroziunea fluviatila actioneaza prin forta hidrodinamica a apei data de curgerea gravitationala. Pana si picatura de ploaie actioneaza prin forta de impact cu suprafata rocilor.

La zona de tarm a marilor si oceanelor actioneaza procesul de abraziune, dat de forta de impact si de miscarea de dute-vino a valurilor, a mareelor si curentilor litorali.

Forta vantului actioneaza impreuna cu particule antrenate in suspensie, forta de impact al acestui amestec ducand la fenomenul de coroziune (efectul de sablaj ).

Prin aceste procese este slabita continuu coeziunea si rezistenta rocilor.

Viteza de dezagregare este accelerata in functie de structura rocilor: existenta stratificatiei, sistuozitatii, fisuratiei, gradului de cristalizare. Rocile cu stratificatie pronuntata cum ar fi sisturile argiloase si marnoase, sisturile cristaline epimetamorfice sunt mai usor dezagregate decat rocile cu structura masiva cum ar fi gresiile, calcarele, granitele, micasisturile. Dezagregarea avanseaza diferit chiar in cadrul aceleiasi entitati petrografice sau litologice, fiind accelerata pe spatiile cu grad de fisurare ridicat. Acesta poate fi creat, de exemplu, de prezenta unei falii majore sau creasta unei structuri anticlinale, care a fost si este supusa unor eforturi de intindere.

Rocile cu granulatie mare (faneritice) si structura holocristalina, cum ar fi granitele, dioritele, gnaisele, granodioritele sunt dezagregate mai usor decat cele cu structura afanitica fenocristale intr-o masa amorfa cel mult criptocristalina, cum sunt: bazaltele, andezitele, filitele.

Degradarea mai depinde si de forta dinamica a apei si vantului. Aceasta se combina cu forta gravitationala, care se manifesta mai intens in zonele cu energie de relief mare. In zonele inalte forta dinamica a apei este mai intensa in raport cu zonele cu relief mai lin, tabular.

Un factor principal in dezagregarea rocilor il au variatiile termice diurne, sezoniere, altitudinale si longitudinale. Mineralele din componenta rocilor sunt supuse fenomenelor de dilatare termica-contractie, ceea ce contribuie la slabirea coeziunii retelei cristaline a acestora. Viteza de degradare a rocilor prin procese de contractie-dilatare variaza functie de zona climatica a globului. Aceasta are valori mari in zonele desertice unde variatia diurna a temperaturii este 60-70⁰. In zona temperata variatiile diurne ale temperaturii ating valori de 40-50⁰.

Degradarea rocilor prin fenomene de dilatare-contractie depinde si de compozitia mineralogica. Astfel rocile compuse din minerale de culoare deschisa (leucocrate) sunt mai greu degradabile decat cele compuse din minerale de culoare inchisa (melanocrate), cele din urma suferind dilatari mai mari. Un comportament asemanator il au rocile compuse din minerale cu diferite coloratii (diorite, conglomerate), unde in matricea rocii apar eforturi diferite, ca urmare a diferentelor de dilatare a speciilor minerale.

Eforturi de dilatare in cadrul unei roci pot apare si in cazul in care aceasta este compusa din minerale izotrope (cubice) si anizotrope (necubice). In cazul mineralelor izotrope dilatarea termica are aceeasi valoare in toate directiile, in timp ce dilatarea mineralelor anizotrope variaza cu directia, aceasta reprezentand axa principala de schimbare continua a proprietatilor.

Dilatarea termica actioneaza mai intens pe versantii cu expunere sudica, in zonele cu relief inalt. De asemenea exista o variatie altitudinala, in zonele joase fluxul termic extern (soarele) este mai intens in raport cu zonele de altitudine mare.

Un factor cu impact puternic de dezagregare a rocilor este fenomenul de inghet-dezghet care se manifesta la adancimi diferite functie de regiunea climatica. In zona temperata inghet-dezghetul actioneaza pana la de 1.00-1.20 m functie de tipul de roca, in timp ce permafrost se manifesta pana la adancimi de 250m. Apa patrunsa in pori si pe sistemul de fisuratie al rocilor, prin inghet determina o marire de volum de 9 - 10%, cu dezvoltarea unei presiuni de cca. 100 Kg/cm². Ciclurile inghet-dezghet contribuie la slabirea fortei de coeziune a rocilor, concretizate in fragmentarea in granule (claste) colturoase de dimensiunile cele mai diverse functie de natura mineralogica si petrografica a acestora.

In procesul de dezagregare, adesea, factorii sunt combinati, cum ar fi activitatea apei impreuna cu variatiile de temperatura, care conduc la fenomenul de umezire-uscare. Fenomenul actioneaza cu precadere asupra rocilor argiloase la suprafata carora apar crapaturi de uscare si exfoliatii superficiale. Cele mai mari forte distructive ale rocilor rezulta din cristalizarea solutiilor pe sistemul de fisuri Acelasi efect il are trecerea mineralelor anhidre la compusii hidratati. De exemplu, trecerea de la anhidrit (CaSO₄ la gips, CaSO₄^.2H₂O ) are ca efect o crestere a presiunii la cca. 1100 kg/cm².

In patura superficiala a scoartei terestre se face resimtita activitatea organitelor vegetale si animale. Radacinile plantelor arborescente patrund la adancimi de 5.0 - 15.0 m, dezvoltand presiuni de 30-50 kg/cm², in procesul de crestere. Presiunile exercitate asupra peretilor fisurilor produc largirea treptata a lor, favorizand actiunea si a altor factori. (apa, cristalizarea solutiilor, hidratare), ce determina pierderea accelerata a coeziunii rocilor. Anumite organisme, cum ar fi algele albastre, spongierii, echinizii, etc. isi creeaza habitatul perforand rocile stancoase (calcare, gresii, granite), contribuind la accelerarea procesului de dezagregare in zona tarmurilor marine. Unele organisme contribuie la procesul de dezagregare prin metabolism, care presupune un consum de materie minerala si transformarea acestora in compusii cu granulatie fina.

Alterarea este un proces prin care au loc modificari chimice si structurale ale mineralelor din compozitia rocilor. Aceasta se manifesta la interfata de contact intre scoarta terestra cu geosferele extreme ale Pamantului, adica hidrosfera, atmosfera si biosfera. Structura zonei de contact este diferita, aceasta depinzand de compozitia mineralogica si petrografica, de sistemul de fisuratie. a rocilor, de structura cutata si rupturala a litonilor.

Un alt factor care influenteaza alterarea chimica este dat viteza de schimb ionic al diferitelor elemente, influentata la randul ei , de tipuri de legaturi chimice.

legaturi ionice, care sunt foarte slabe si determina solubilitatea mare a compusului chimic (Ex. Sarea gema NaCl)

legaturi covalente , care sunt foarte puternice, si determina stabilitatea chimica a compusilor minerali (Ex. Tetraedrul de SiO^-4, care sta la baza structurii silicatilor.)

Alterarea chimica a mineralelor, in special cele silicalitice se produce prin oxidare, carbonatare, solubilizare si hidrolizare.

Principalele procese de alterare chimica Schimbarea chimica a mineralelor preexistente se face prin contactul cu oxigenul, dioxidul de carbon si cu apa. Astfel au loc reactii chimice in conditiile termodinamice ale suprafetei terestre. Aducerea rocilor la suprafata scoartei terestre prin miscari tectonice si procese de eroziune, constituie un dezechilibru termodinamic al retelei cristaline a mineralelor, fata de conditiile de geneza, care in frecvente cazuri presupun temperaturi si presiuni mari. Modificarea echilibrului retelei cristaline favorizeaza procesele chimice cum ar fi: oxidarea , solubilizarea, carbonatarea si hidrolizarea.

Dizolvarea. In acest proces este implicata apa si el depinde de solubilitatea in apa a mineralelor componente din roca preexistenta. Solubilitatea este influentata si de natura mineralelor si de dimensiunile granulelor minerale. Astfel, exista minerale insolubile precum cuartul, mineralele argiloase, oxizii de fier, partial insolubile, care solubilizeaza selectiv, - feldspatii, feldspatoizii, olivinele, piroxenii, solubile - clorurile (sarea gema), sulfatii (ghips), carbonatii alcalini, azotatii.

Exista o categorie de minerale care sunt solubile numai in conditii speciale (temperatura, concentratii mai mari de CO2 in apa, pH-ul apei, presiunea hidrostatica), insa, toate tipurile de dizolvare implica unul dintre acesti factori, sau chiar mai multi.

Alterarea chimica prin dizolvare si dezagregarea rocilor afecteaza consecutiv sau concomitent anumite roci (ex. prin dizolvare dintr-o roca poliminerala sunt excluse anumite minerale selectiv, in general cele usor solubile intre anumite limite, proces urmat de dezagregare). Dizolvarea selectiva faciliteaza dezagregarea.

Hidroliza reprezinta reactia chimica prin care mineralele rocilor (feldspatii-mineralele argiloase precum caolinitul, feldspatoizii, silicatii mafici (hornblenda -clorit-limonit, biotitul, sticlele vulcanice) datorita apei se transforma in altele (in care apa apare ca mineral component in diverse proportii). De asemenea, in urma reactiei de hidroliza, se elimina elementele chimice solubile in apa (ex. bazele).

Oxidarea. Este reactia mineralelor cu oxigenul, cu formare de oxizi si hidroxizi (rezultati din hidroliza silicatilor). Dintre mineralele implicate frecvent in acest tip de reactie sunt cele care contin fier (in special Fe²⁺), mangan, sulfuri, carbonatii, silicatii. Viteza de reactie este conditionata de conditiile in care aceasta se desfasoara (ex. prezenta apei). Procesul invers oxidarii este reducerea. Rocile sedimentare rezultate in urma oxidarii mineralelor din rocile preexistente capata culori specifice precum rosu, brun, galben, maro, negru. Acest fenomen poate conduce la modificarea caracterului depozitului sedimentar.

Carbonatarea. Se deruleaza in conditiile existentei dioxidului de carbon CO₂ intr-un anumit echilibru in atmosfera si in apele de precipitatii, de suprafata si subterane. Apa incarcata cu dioxid de carbon ar caracter acid si intra in reactii relativ usor cu diverse minerale, devenind bicarbonatata. Pe de alta parte, atunci cand dioxidul de carbon este in exces (de exemplu, atunci cand scade presiunea sau creste temperatura) are loc precipitarea carbonatilor sub forma unor cruste, concretiuni si pulberi. Adancimea de carbonatare depinde de nivelul precipitatiilor. Cu cat acestea sunt mai bogate adancimea de precipitare a carbonatilor creste. Exemplu clasic sunt depozitele de leoss si depozitele leossoide, care datorita porozitatii ridicate, depunerea carbonatilor imbraca diferite forme pe toata grosimea acestora. Anumite minerale, ca silicatii, care contin Ca, Fe, Mg, se altereaza prin procesul de carbonatare dand nastere, in general, carbonatilor de K, Ca, Na, si, uneori, a unor sulfuri si cloruri. Procesul de carbonatare se asociaza, in anumite conditii, cu hidroliza.

Cele patru procese in majoritatea cazurilor actioneaza simultan, cu predominanta unuia sau altuia, functie de conditiile locale sau regionale. Astfel, in conditii climatice calde si umede predomina procesul de oxidare, cu formarea oxizilor de fier, mangan si aluminiu. La acestea se adauga procesele de hidrolizare formandu-se diversi compusi cu fierul, aluminiu, magneziu. In conditii calde si umede se formeaza depozitele lateritice, care prin coloratie rosiatica indica predominarea proceselor de oxidare a fierului (magnetit, limonit, goethit), alaturi de cea de hidroxilare a aluminiului (gibssit, bazerit, beohmit, diaspor, etc.)

In zonele temperate actioneaza atat oxidarea, cat si hidrolizarea, la care se adauga solubilizari si precipitarea unor saruri.

Sursa cea mai importanta a mineralelor de alterare o reprezinta silicatii care participa la formarea scoartei terestre intr-o proportie de 75%. La baza structurii silicatilor este tetraedrul de (SiO₄)^-4, in care Si poate fi inlocuit partial de Al . .Silicatii devin solubili prin procesul de hidratare si schimb ionic dintre oxigenul din legatura Si-O, cu grupul hidroxil OH^- , formandu-se legaturi de tip Si-OH. Prin aceasta se produce un dezechilibru ionic, valentele negative libere fiind ocupate de cationii de Ca ⁺², Mg , K , Na

Nezosilicatii formati (din tetraedrii de SiO₄^-4 simplii), prin hidroxilare trec, in filosilicati (formati de retele planare din tetraedrii de SiO₄^-4, in care intervine si aluminiu). Olivina, care este un nezosilicat, prin alterare, se transforma in minerale serpentinice si continuare in mice, minerale argiloase si hidroxizi de fier.

Cei mai sensibili la transformarile chimice prin hidrolizare sunt tectosilicatii, cum sunt feldspatii plagiodazi (silicoaluminatii de Na si Ca) si feldspatii ortoclazi (silicoaluminatii de K). Acestia prin hidratare si in prezenta dioxidului de carbon devin filosilicati de tipul pirofilitului, caolinitului, illitului, care sunt minerale argiloase si hidrargilitului (Al(OH)₃)

Inosilicatii de tipul piroxenilor (lanturi simple de tetraedrii de SiO₄^-4) se transforma in serpentina, amfiboli, clorit, antigorit. Amfibolii (lanturi duble de tetraedrii de SiO₄^-4), din aceeasi categorie a inosilicatilor, trec prin hidroliza, in talc, antigorit, clorit si epidot.

Inlocuirea cationului de Mg⁺² din compozitia antigoritului, cu aluminiu acesta trece in pirofilit. Pirofilitul constituie structura mineralogica din care deriva mineralele argiloase din grupa montmorillonitului prin inlocuirea unui atom de aluminiu Al⁺³ cu magneziu Mg⁺². Structura se dezechilibreaza electrostatic, astfel incat valentele libere sunt ocupate de sodiu Na⁺ si o jumatate de calciu Ca⁺². Mineralele argiloase formeaza in cea mai mare parte patura superficiala, de varsta recenta, care rezulta din alterarea scoartei terestre.

Grosimea paturii de alterare variaza functie de natura rocii sursa, de climat si energia de relief. In zonele cu energie de relief mare, patura de alterare este mai subtire. In zonele cu panta redusa, unde contactul apa-roca este indelungat, patura de alterare are uneori grosimi apreciabile. Functie de natura rocii sursa, cele stancoase (roci magmatice si metamorfice sau roci sedimentare de tipul gresiilor, calcarelor dolomitelor) dau o patura de alterare mai redusa. Insa in anumite conditii rocile granitice formate predominant din feldspatii, acestea se pot altera pe o adancime considerabila, trecand, intr-o prima faza in caolinit.

Rocile sedimentare semistancoase de tipul argilelor marnoase, marnelor, marnocalcarelor, trec usor in roci moi, formand o patura de alterare relativ groasa de natura argiloasa.

In procesul de alterare a unui versant patura de alterare este zonificate astfel:

depozitele eluviale care se formeaza prin alterare "in situ" a rocii parentale in zona de creasta a formelor pozitive de relief;

depozitele deluviale, aflate in pozitia mediana a versantului, unde se combina procesele de alterare cu cele de transport si depunere ale particulelor fine;

depozitele coluviale formate la piciorul versantilor, unde predomina procesele de depunere a materialului transportat de apele de siroire din zona de creasta si mediana.