4.11.2.2 Procesy

Chemické procesy jsou v tropech silné nebo alespoň zřejmé, ale mechanické procesy jsou přítomné a důležité. Mechanické procesy jdou ruku v ruce s chemickými, málokdy se stane, že by jeden bez druhého neexistoval, a spíše se navzájem pozitivně posilují. Procesy zde budou rozebrány jeden po druhém, i když ve skutečnosti procesy působí společně synergicky (viz také kapitola 4.2).

Z mechanických procesů je nepravděpodobné, že by v klasicky vymezených tropech působil led, stejně jako stres z výkyvů teplot pod bodem mrazu, kromě klimatických cyklů, které by mohly mít význam ve vyšších nadmořských výškách nebo ve vyšších zeměpisných šířkách. O tom, zda je tepelný šok při vysokých teplotách relevantní, se vedou diskuse (viz Bland a Rolls, 1998; Eppes et al., 2010). I když tropy nedosahují vysokých teplot vzduchu jako pouště (i když některé se jim mohou blížit), teploty povrchu hornin mohou klidně přesáhnout 70 °C, zejména u tmavě zbarvených hornin (Thomas, 1994). Vysoká teplota sama o sobě nemusí stačit ke vzniku křehkého lomu bez velkých teplotních extrémů, ale toto téma není v tropech dobře prozkoumáno. Je známo, že požáry mimo deštný prales v období sucha a za sucha působí extrémní teploty schopné vyvolat křehké lámání hornin (Goudie et al., 1992; Dorn, 2003). Růst krystalů v uzavřených pórech nebo trhlinách může být příčinou mechanického zvětrávání v tropech. Za normálních okolností jsou rychle rostoucí minerály, jako jsou soli, kalcit a sádrovec, snadno rozpouštěny a odplavovány deštěm. V agresivním chemickém prostředí však rychlé uvolňování prvků, jako je sodík, vápník a draslík, z horninotvorných minerálů zajišťuje zásoby pro růst nových minerálů, pokud k tomu mají příležitost. Tato šance se může naskytnout během období sucha – které může nastat náhle – a soli mají příležitost hromadit se v dutinách, trhlinách a na hranicích zrn. Zvětrávání solí hraje roli při zrnitém rozpadu a kavernovém zvětrávání hrubozrnných krystalických hornin pozorovaném ve vlhkých a suchých tropech i v suchých oblastech (Young, 1987; Turkington a Paradise, 2005). Sezónní vlhké a suché tropy jsou schopny udržovat pedogenní sádrovec v půdách nad karbonátovými horninami (Luzzadder-Beach a Beach, 2008), což je další možný zdroj rozšiřování krystalů pomocí hydratace kalcitu. Tlak mohou vyvíjet také expanzivní jíly a neoformované oxidy železa (Nahon a Merino, 1997). Reprecipitace oxidu křemičitého po rozpuštění může být zodpovědná za další otevření hranic zrn a zlomů v mikronovém měřítku a mřížek a krystalových zlomů v nanometrovém měřítku (kapitola 4.4).

„Tlakové odtěžování“, někdy označované jako dilatace nebo plátování, je uvolnění nadložního napětí, které způsobuje expanzi a následně křehké porušení dříve pohřbených hornin. Odolná horninová tělesa díky odlišné petrologii nebo struktuře přežijí zvětrávání a erozi a obnaží se jako kopulovité zbytky (bornhardty, inselbergy, tory nebo jiné příbuzné termíny). Obnažené vnější povrchy jsou tak náchylné k uvolnění tlaků, k rozlámání rovnoběžně s povrchem horniny a normálně k povrchu, čímž se uvolňují desky. Twidale (1973) nabídl opačný názor, že kopulovité spárování předchází obnažení formou stlačení (nikoliv roztažení), takže kopulovité inselbergy jsou takové kvůli svým zlomům, nikoliv že zlomy jsou takové proto, že hornina je kopulovitá. Bez ohledu na to, ačkoli je tento jev běžně pozorován v kopulovitých horninách různé litologie v tropech (obr. 2, viz také Shroder, 1973), proces není omezen na tropy.

Je důležité poznamenat, že mechanické zvětrávací procesy, s výjimkou růstu krystalů neoformovaných minerálů, jsou omezeny na povrchové podmínky a jsou jimi určeny. Protože zvětrávací profily mohou mít tloušťku mnoha metrů, jsou tyto povrchové podmínky a procesy jen zlomkem celkového zvětrávacího systému (Ahnert, 1976).

Kombinace hojných zvětrávacích činitelů a vyšších teplot zajišťuje v tropech potenciál pro aktivní chemické zvětrávání. Přitom konečné produkty zvětrávání – kaolinit, gibsit a oxidy železa běžné v tropických půdách a regolitu – také naznačují případnou chemickou stabilitu, což vysvětluje nedostatek živin dostupných v některých tropických půdách. Podrobnosti o chemickém zvětrávání jsou nejlépe vysvětleny v Yatsu (1988), Nahon (1991) a Taylor a Eggleton (2001), zde jsou však shrnuty s důrazem na tropický význam.

Vzniklá kyselina křemičitá, H4SiO4, může být transportována ven v povrchové nebo podzemní vodě, ale má také schopnost disociovat a reprecipitovat oxid křemičitý jako neoformovaný křemen nebo amorfní oxid křemičitý, což má význam v procesu cementace sedimentů, vytváření durikrustů v regolitu nebo v případě zpevňování balvanů (Conca a Rossman, 1982). Rozpouštění oxidu křemičitého je obecně považováno za proces méně významný ve srovnání s rozpouštěním zvětrávání jiných silikátových minerálů a pomalý. Studie Schulze a Whitea (1998) a Murphyho et al. (1998) však ukazují, že chemické zvětrávání křemene v tropickém prostředí vytváří 25-75 % rozpuštěného oxidu křemičitého v pórové vodě regolitu (oproti všem ostatním silikátovým minerálům). Rozpouštěním vznikají také menší částice (viz kapitola 4.17; Pye (1983)) přisuzuje tropickému vlhkému zvětrávání pleistocénních písečných dun vznik křemene o velikosti jílu, který se v horizontech B a C půdy nahromadil do 10 % objemového sedimentu. Rozpouštění křemene je také proces, který je zodpovědný za vznik křemenného krasu (viz oddíl 4.11.3.1).

Většina hlinitokřemičitanových minerálů podléhá „rozpouštění“, známému také jako inkongruentní roztok nebo hydrolýza, což je vícestupňový a paralelní proces za účasti kyselin. Zobecněný proces zahrnuje napadení vodou a kyselinou za vzniku jílu, případných dalších neoformovaných minerálů, kationtů v roztoku a kyseliny křemičité. Voda je sama o sobě slabým donorem H+ protonů, ale kyseliny jsou mnohem účinnější. Kyselina uhličitá je výchozím a všudypřítomným kyselým zvětrávacím činitelem, a to prostřednictvím dešťové vody nabité atmosférickým CO2 nebo půdní vody nabité CO2 z půdního vzduchu (koncentrace o více než dva řády vyšší, ve srovnání s atmosférou, Ugolini a Sletten, 1991). Důležité jsou také organické kyseliny pocházející z organického rozkladu i z biotických funkcí (např. kořeny rostlin) (Ugolini a Sletten, 1991), v některých případech možná dokonce dominantní (Wasklewicz, 1994).

Co odlišuje roztok od rozpuštění, závisí na výchozím materiálu (minerálu), ale také na přísunu vody jako zvětrávacího činidla nebo zvětrávacího prostředí, tedy reaguje na různé změny tropické vlhkosti. Taylor a Eggleton (2001) vysvětlují, že během inkongruentního rozpouštění existují mezistupně dynamické rovnováhy. V období omezení vody by docházelo k nasycení a neoformaci minerálů, což je dočasná chemická rovnováha. Přídavek nové vody systém omlazuje, nastoluje chemickou nerovnováhu a zbývající primární minerály spolu s neoformovanými minerály podléhají napadení.

Dále goethit dehydratuje za vzniku hematitu. Oxidy železa, jako je goethit a hematit, jsou stabilní a reziduální v půdním a zvětrávacím profilu. Tyto oxidované minerály propůjčují tropickým půdám zářivě žlutou (goethit), oranžovou a červenou (hematit) barvu.

Hydratace je proces podobný oxidaci, při kterém se do minerální matrice zabudovávají spíše hydroxidové (OH) ionty než kyslík. Hydratací se nejvíce vyznačují fylosilikáty, včetně jílů, kde se hydroxidové ionty zabudovávají mezi silikátové vrstvy. Yatsu (1988) považuje hydrataci spíše za mechanický než chemický proces, což je argument paralelní s argumentem uvedeným v kapitole 4.4.

Biochemické procesy jsou nyní považovány za důležité pro zvětrávání (Krumbein a Dyer, 1985; Reith et al., 2008) a zahrnují soubor reakcí včetně výše uvedených, stejně jako chelataci, což je jedinečný biochemický proces. Ollier a Pain (1996) vysvětlili, že oxidace se podílí na příjmu železa a dalších živin rostlinou prostřednictvím kořenů. Vyčerpání oxidu křemičitého je údajně posíleno působením bakterií (Ollier a Pain, 1996). McFarlane (1987) prokázal význam mikroorganismů při vývoji bauxitu.

Chelace je proces, při kterém jsou kovy přednostně extrahovány organickými molekulami, pocházejícími z rozkládající se vegetace. Předpokládá se, ale není dobře prozkoumáno, že rychlý rozklad organických látek v půdách deštných pralesů by mohl produkovat hojnost chelatačních zvětrávacích činidel. Tropické půdy skutečně ukrývají obrovskou rozmanitost mikrobů, která je souběžná s biodiverzitou nadzemní části (Borneman a Triplett, 1997).

.