4.11.2.2.2 Processerne

Kemiske processer er stærke i troperne, eller i det mindste indlysende, men mekaniske processer er til stede og vigtige. Mekaniske processer går sammen med kemiske, det er sjældent, at den ene ikke eksisterer uden den anden, og snarere forstærker de hinanden positivt. Processerne vil her blive gennemgået en for en, selv om processerne i virkeligheden arbejder sammen på en synergistisk måde (se også kapitel 4.2).

Af de mekaniske processer er det usandsynligt, at is er en aktør i de klassisk definerede troper, ligesom stress fra temperaturudsving under frysepunktet, bortset fra klimacykler, der kan være relevante i større højder eller på højere breddegrader. Der er en vis diskussion om, hvorvidt termiske chok ved høje temperaturer er relevante (se Bland og Rolls, 1998; Eppes et al., 2010). Selv om troperne ikke opnår de høje lufttemperaturer, som ørkenerne har (selv om nogle kan komme tæt på), kan klippens overfladetemperaturer godt overstige 70 °C, især på mørkfarvede klipper (Thomas, 1994). Høj temperatur i sig selv er måske ikke nok til at skabe sprøde brud uden store temperaturekstremer, men emnet er ikke blevet undersøgt grundigt i troperne. Brande, uden for regnskoven i tørkeperioder og i tørkeperioder, er kendt for at udøve ekstreme temperaturer, der kan forårsage sprøde brud i klipper (Goudie et al., 1992; Dorn, 2003). Krystalvækst i indespærrede porer eller brud kan være årsag til mekanisk forvitring i troperne. Normalt opløses og skylles hurtigt voksende mineraler som f.eks. salte, calcit og gips let væk med regn. I det aggressive kemiske miljø sikrer hurtig frigivelse af grundstoffer som natrium, calcium og kalium fra bjergartsdannende mineraler imidlertid en forsyning til ny mineralvækst, hvis de får en chance. Denne chance kan opstå i tørkeperioder – som kan indtræffe pludseligt – og salte har mulighed for at ophobe sig i hulrum, brud og korngrænser. Salt forvitring spiller en rolle i den granulære opløsning og huleformige forvitring af grovkrystallinske bjergarter, der er observeret i vådt-tørre troper såvel som i tørre områder (Young, 1987; Turkington og Paradise, 2005). Sæsonbestemte vådtørre troper er i stand til at opretholde pedogen gips i jord over karbonatbjergarter (Luzzadder-Beach og Beach, 2008), en anden mulig kilde til krystaludvidelse ved hjælp af hydrerende calcit. Ekspansive lerarter og neoformede jernoxider kan også udøve tryk (Nahon og Merino, 1997). Genudfældning af silica efter opløsning kan være ansvarlig for yderligere åbning af korngrænser og brud på mikronskalaen og gitter og krystalfejl på nanometerskalaen (kapitel 4.4).

“Trykudladning”, undertiden kendt som dilatation eller sheeting, er aflastning af overjordisk spænding, der forårsager ekspansion og derefter sprød brud i tidligere begravede bjergarter. Resistente bjergarter overlever på grund af forskellig petrologi eller struktur forvitring og erosion for at blive blotlagt som kuppelformede rester (bornhardts, inselbergs, tors eller andre beslægtede udtryk). De eksponerede ydre overflader er således sårbare over for trykudløsning, der bryder parallelt med bjergartsoverfladen og vinkelret på overfladen for at frigøre plader. Twidale (1973) gav den modsatte opfattelse, at kuppelformede samlinger går forud for eksponering ved hjælp af kompression (ikke udvidelse), således at kuppelformede inselbergs er sådan på grund af deres brud, ikke at bruddene er sådan, fordi klippen er kuppelformet. Uanset, selv om fænomenet er almindeligt observeret i kuplede bjergarter af forskellig lithologi i troperne (figur 2, se også Shroder, 1973), er processen ikke begrænset til troperne.

Det er vigtigt at bemærke, at de mekaniske forvitringsprocesser, bortset fra krystalvækst af neoformede mineraler, er begrænset til og bestemt af overfladeforholdene. Da forvitringsprofilerne kan være mange meter i tykkelse, er disse overfladeforhold og processer kun en brøkdel af det samlede forvitringssystem (Ahnert, 1976).

Kombinationen af rigelige forvitringsmidler og højere temperaturer sikrer potentialet for et aktivt kemisk forvitringsmiljø i troperne. Når det er sagt, tyder forvitringens slutprodukter – kaolinit, gibbsit og jernoxider, der er almindelige i tropisk jord og regolit – også på en eventuel kemisk stabilitet, hvilket forklarer manglen på tilgængelige næringsstoffer i nogle tropiske jordtyper. Detaljer om kemisk forvitring forklares bedst i Yatsu (1988), Nahon (1991) og Taylor og Eggleton (2001), men opsummeres her med vægt på den tropiske relevans.

Den resulterende kiselsyre, H4SiO4, kan transporteres ud i overfladevand eller grundvand, men har også evnen til at dissociere og genudfælde silica som neoformet kvarts eller amorf silica, hvilket er relevant i processen med at cementere sedimenter, skabe duricrusts i regolit eller i tilfælde af hærdning af kampesten (Conca og Rossman, 1982). Opløsning af silica anses generelt for at være en mindre vigtig proces sammenlignet med opløsningen af andre silikatmineraler, og den er langsom. Undersøgelser foretaget af Schulz og White (1998) og Murphy et al. (1998) viser imidlertid, at kemisk forvitring af kvarts i et tropisk miljø genererer 25-75 % af den opløste silica i regolitporevandet (i forhold til alle andre silikatmineraler). Opløsning genererer også mindre partikler (se kapitel 4.17; Pye (1983)) tilskrev tropisk fugtig forvitring af Pleistocæne sandklitter dannelsen af kvarts i siltstørrelse, som akkumulerede til 10% af bulksedimentet i jordens B- og C-horisonter. Kvartsopløsning er også den proces, der er ansvarlig for dannelsen af kiselkarst (se afsnit 4.11.3.1).

De fleste aluminosilikatmineraler gennemgår “opløsning”, også kendt som inkongruent opløsning eller hydrolyse, en flertrins- og parallelproces, der involverer syrer. Den generaliserede proces indebærer angreb af vand og syre for at producere et ler, eventuelt andre neoformede mineraler, kationer i opløsning og kiselsyre. Vand er i sig selv en svag H+-protonedonor, men syrer er langt mere effektive. Kulsyre er det standardiserede og allestedsnærværende sure forvitringsmiddel via regnvand, der er ladet med atmosfærisk CO2, eller jordvand, der er ladet med CO2 fra jordluften (med en koncentration, der er mere end to størrelsesordener højere end i atmosfæren, Ugolini og Sletten, 1991). Organiske syrer, der stammer fra organisk nedbrydning og biotiske funktioner (f.eks. planterødder), er også vigtige (Ugolini og Sletten, 1991), og muligvis endda dominerende i nogle tilfælde (Wasklewicz, 1994).

Hvad der adskiller opløsning fra opløsning afhænger af grundmaterialet (mineral), men også af tilførslen af vand som forvitringsmiddel eller forvitringsmiddelmedium, og reagerer derfor på forskellige variationer af tropisk fugtighed. Taylor og Eggleton (2001) forklarer, at der under inkongruent opløsning er der mellemliggende stadier af dynamisk ligevægt. Mætning og mineral neoformation ville finde sted i perioder med vandbegrænsning, en midlertidig kemisk ligevægt. Tilførsel af nyt vand forynger systemet, etablerer kemisk uligevægt, og de resterende primære mineraler sammen med neoformede mineraler er udsat for angreb.

Efterfølgende dehydreres goethit og danner hematit. Jernoxider som goethit og hematit er stabile og tilbageværende i jorden og forvitringsprofilen. Disse oxiderede mineraler giver den tropiske jord de levende gule (goethit), orange og røde (hæmatit) farver.

Hydrering er en proces, der ligner oxidation, hvor hydroxid-ioner (OH-ioner) i stedet for ilt indarbejdes i mineralmatrixen. Phyllosilikater, herunder ler, er mest bemærkelsesværdige for hydrering, hvor hydroxidioner indarbejdes mellem silikatlagene. Yatsu (1988) anså hydrering for at være en mekanisk snarere end en kemisk proces, et argument parallelt med det, der præsenteres i kapitel 4.4.

Biokemiske processer anerkendes nu som vigtige for forvitring (Krumbein og Dyer, 1985; Reith et al., 2008) og omfatter en række reaktioner, herunder de ovenfor nævnte, samt chelation, en unik biokemisk proces. Ollier og Pain (1996) forklarede, at oxidation er involveret i en plantes optagelse af jern og andre næringsstoffer via rødderne. Silica-udtømning siges at blive forstærket af bakteriel handling (Ollier og Pain, 1996). McFarlane (1987) påviste mikroorganismers betydning for udviklingen af bauxit.

Chelation er den proces, hvorved metaller fortrinsvis udvindes af organiske molekyler, der stammer fra nedbrydende vegetation. Det formodes, men er ikke velundersøgt, at hurtig organisk nedbrydning i regnskovsjorde kan producere en overflod af chelatdannende forvitringsmidler. Tropiske jorde rummer en enorm mangfoldighed af mikrober, hvilket er i overensstemmelse med biodiversiteten over jorden (Borneman og Triplett, 1997)

.