4.11.2.2 Prosessit

Kemialliset prosessit ovat tropiikissa voimakkaita tai ainakin ilmeisiä, mutta mekaaniset prosessit ovat läsnä ja tärkeitä. Mekaaniset prosessit kulkevat yhdessä kemiallisten kanssa, harvoin toista ei ole olemassa ilman toista, vaan ne pikemminkin vahvistavat toisiaan positiivisesti. Prosessit käydään tässä läpi yksi kerrallaan, vaikka todellisuudessa prosessit toimivat yhdessä synergistisesti (ks. myös luku 4.2).

Mekaanisista prosesseista jää ei todennäköisesti ole tekijä klassisesti määritellyissä tropiikeissa, samoin kuin pakkasen alapuolisista lämpötilahyppyistä johtuva stressi, lukuun ottamatta ilmastosyklejä, jotka voivat olla merkityksellisiä korkeammilla korkeuksilla tai korkeammilla leveysasteilla. On keskusteltu siitä, onko korkeissa lämpötiloissa tapahtuvalla lämpöshokilla merkitystä (ks. Bland ja Rolls, 1998; Eppes et al., 2010). Vaikka tropiikissa ei saavuteta aavikoiden korkeita ilmalämpötiloja (vaikkakin jotkut voivat olla lähellä niitä), kallion pintalämpötilat voivat hyvinkin ylittää 70 °C, erityisesti tummanvärisissä kivissä (Thomas, 1994). Korkea lämpötila itsessään ei ehkä riitä haurasmurtuman syntymiseen ilman suuria lämpötilan ääriarvoja, mutta aihetta ei ole tutkittu hyvin tropiikissa. Sademetsien ulkopuolella kuivina kausina ja kuivuuskausina tapahtuvien tulipalojen tiedetään aiheuttavan äärimmäisiä lämpötiloja, jotka voivat aiheuttaa hauraan kiven murtumisen (Goudie et al., 1992; Dorn, 2003). Kiteiden kasvu suljetuissa huokosissa tai murtumissa voi olla mekaanisen sään syynä tropiikissa. Tavallisesti nopeasti kasvavat mineraalit, kuten suolat, kalsiitti ja kipsi, liukenevat helposti ja huuhtoutuvat pois sateen mukana. Aggressiivisessa kemiallisessa ympäristössä natriumin, kalsiumin ja kaliumin kaltaisten alkuaineiden nopea vapautuminen kiviainesta muodostavista mineraaleista takaa kuitenkin uusien mineraalien kasvun, jos siihen on mahdollisuus. Tämä tilaisuus voi tarjoutua kuivien kausien aikana – jotka voivat tulla yllättäen – ja suoloilla on tilaisuus kerääntyä onteloihin, murtumiin ja raerajoihin. Suolojen säätelyllä on merkitystä karkeakiteisten kivien rakeisessa hajoamisessa ja ontelomaisessa säätelyssä, jota on havaittu sekä märkä-kuivilla trooppisilla että kuivilla alueilla (Young, 1987; Turkington ja Paradise, 2005). Vuodenaikaiset märät ja kuivat tropiikit pystyvät ylläpitämään pedogeenistä kipsiä maaperässä karbonaattikivien päällä (Luzzadder-Beach ja Beach, 2008), mikä on toinen mahdollinen kiteiden laajenemisen lähde hydratoituvan kalsiitin avulla. Myös ekspansiiviset savet ja uusmuodostuneet rautaoksidit voivat aiheuttaa painetta (Nahon ja Merino, 1997). Piidioksidin uudelleen saostuminen liukenemisen jälkeen voi olla vastuussa raerajojen ja murtumien avautumisesta edelleen mikronin mittakaavassa ja ristikkojen ja kiderikkojen avautumisesta edelleen nanometrin mittakaavassa (luku 4.4).

”Paineen purkautuminen”, joka tunnetaan joskus myös nimellä dilataatio tai levytyminen, on yläpuolisen jännityksen lieventymistä, joka saa aikaan laajentumisen ja sen jälkeen hauraan murtumisen aiemmin maahan hautautuneissa kivissä. Erilaisen petrologian tai rakenteen vuoksi vastustuskykyiset kivilajit selviävät sään ja eroosion vaikutuksesta ja paljastuvat kupolimuotoisina jäänteinä (bornhardit, saarekkeet, torit tai muut vastaavat termit). Paljastuneet ulkopinnat ovat siten alttiita paineen purkautumiselle, jolloin ne murtuvat kallion pinnan suuntaisesti ja kohtisuoraan pintaan nähden laattoja vapauttaen. Twidale (1973) esitti vastakkaisen mielipiteen, jonka mukaan kupolimainen liitos edeltää paljastumista puristumisen (ei laajenemisen) kautta siten, että kupolimaiset inselbergit ovat sellaisia niiden murtumien vuoksi, eivät siksi, että murtumat ovat sellaisia, koska kallio on kupolimaista. Siitä huolimatta, vaikka ilmiö on yleisesti havaittavissa tropiikissa eri kivilajeista koostuvissa kupolimaisissa kivissä (kuva 2, ks. myös Shroder, 1973), prosessi ei rajoitu vain tropiikkiin.

On tärkeää huomata, että mekaaniset säätilaprosessit, lukuun ottamatta uusmuodostuneiden mineraalien kiteenkasvua, rajoittuvat pintaolosuhteisiin ja määräytyvät niiden mukaan. Koska säätilaprofiilit voivat olla useita metrejä paksuja, nämä pintaolosuhteet ja -prosessit ovat vain murto-osa koko säätilajärjestelmästä (Ahnert, 1976).

Runsas määrä säätilaa aiheuttavia aineita ja korkeammat lämpötilat yhdessä takaavat aktiivisen kemiallisen säätilaympäristön potentiaalin tropiikissa. Tästä huolimatta sään lopputuotteet – kaoliniitti, gibbsiitti ja rautaoksidit, jotka ovat yleisiä trooppisissa maaperissä ja regoliitissa – viittaavat myös mahdolliseen kemialliseen stabiilisuuteen, mikä selittää joissakin trooppisissa maaperissä saatavilla olevien ravinteiden niukkuuden. Kemiallisen säätelyn yksityiskohtia selitetään parhaiten Yatsussa (1988), Nahonissa (1991) ja Taylorissa ja Eggletonissa (2001), mutta ne on tässä tiivistetty trooppista merkitystä painottaen.

Tuloksena syntyvä piihappo, H4SiO4, voi kulkeutua ulos pinta- tai pohjaveteen, mutta sillä on myös kyky dissosioitua ja saostaa piidioksidia uudelleen uusmuodostuneena kvartsina tai amorfisena piidioksidina, mikä on merkityksellistä sedimenttien sementoinnissa, durikrustien luomisessa regoliittiin tai lohkareiden kovettumisen yhteydessä (Conca ja Rossman, 1982). Piidioksidin liukenemista pidetään yleensä vähäisenä ja hitaana prosessina verrattuna muiden silikaattimineraalien liukenemiseen. Schulzin ja Whiten (1998) sekä Murphyn et al. (1998) tutkimukset osoittavat kuitenkin, että kvartsin kemiallinen säätely trooppisessa ympäristössä tuottaa 25-75 prosenttia regoliitin huokosveden liuenneesta piidioksidista (yli kaikkien muiden silikaattimineraalien). Liukeneminen synnyttää myös pienempiä hiukkasia (ks. luku 4.17; Pye (1983)) katsoi, että pleistoseenisten hiekkadyynien trooppisen kostean sään vaikutuksesta muodostui silttikokoista kvartsia, jota kertyi 10 %:iin bulkkisedimentistä maaperän B- ja C-horisontissa. Kvartsin liukeneminen on myös prosessi, joka on vastuussa kvartsikarstin synnystä (ks. kohta 4.11.3.1).

Useimmat aluminosilikaattimineraalit käyvät läpi ”liukenemisen”, joka tunnetaan myös nimellä inkongruenttinen liukeneminen tai hydrolyysi, monivaiheinen ja rinnakkainen prosessi, johon liittyy happoja. Yleistettyyn prosessiin kuuluu veden ja hapon hyökkäys, joka tuottaa savea, mahdollisia muita uusmuodostuneita mineraaleja, kationeja liuoksessa ja piihappoa. Vesi itsessään on heikko H+ -protonien luovuttaja, mutta hapot ovat paljon tehokkaampia. Hiilihappo on oletusarvoinen ja kaikkialle levinnyt hapan sään aiheuttaja, joka syntyy ilmakehän hiilidioksidilla ladatun sadeveden tai maaperän hiilidioksidilla ladatun maaperän veden välityksellä (hiilidioksidipitoisuus on yli kaksi kertaluokkaa korkeampi kuin ilmakehässä, Ugolini ja Sletten, 1991). Orgaaniset hapot, jotka ovat peräisin orgaanisen aineksen hajoamisesta ja bioottisista toiminnoista (kuten kasvien juurista), ovat myös tärkeitä (Ugolini ja Sletten, 1991) ja mahdollisesti jopa hallitsevia joissakin tapauksissa (Wasklewicz, 1994).

Mikä erottaa liuoksen liukenemisen liukenemasta, riippuu lähtöaineesta (mineraali), mutta myös veden saannista säätekijänä tai säätekijän väliaineesta, joka siis reagoi erilaisiin trooppisen kosteuden vaihteluihin. Taylor ja Eggleton (2001) selittävät, että inkongruentin liukenemisen aikana on dynaamisen tasapainon välivaiheita. Kyllästyminen ja mineraalien uusmuodostuminen tapahtuisi veden rajoituksen aikana, mikä on väliaikainen kemiallinen tasapaino. Uuden veden lisääminen nuorentaa systeemiä, luo kemiallisen epätasapainon, ja jäljelle jäävät primaarimineraalit yhdessä uusmuodostuneiden mineraalien kanssa joutuvat hyökkäyksen kohteeksi.

Edelleen goetiitti dehydratoituu muodostaen hematiittia. Götiitin ja hematiitin kaltaiset rautaoksidit ovat stabiileja ja jäävät maaperään ja säätilaprofiiliin. Nämä hapettuneet mineraalit antavat trooppisille maaperille elävän keltaisen (goetiitti), oranssin ja punaisen (hematiitti) värin.

Hydratoituminen on hapettumisen kaltainen prosessi, jossa hydroksidi-(OH)-ionit liitetään mineraalimatriisiin hapen sijasta. Fyllosilikaatit, mukaan lukien savet, ovat merkittävimpiä hydrataatiossa, jossa hydroksidi-ionit sulautuvat silikaattikerrosten väliin. Yatsu (1988) piti hydrataatiota pikemminkin mekaanisena kuin kemiallisena prosessina, mikä on samansuuntainen väite kuin luvussa 4.4 esitetty väite.

Biokemialliset prosessit on nykyään tunnustettu tärkeiksi säätilaprosessien kannalta (Krumbein ja Dyer, 1985; Reith et al., 2008), ja ne sisältävät joukon reaktioita, mukaan lukien edellä mainitut reaktiot sekä kelaattien muodostumisen, joka on ainutlaatuisen biokemiallinen prosessi. Ollier ja Pain (1996) selittivät, että hapettuminen liittyy siihen, että kasvi ottaa rautaa ja muita ravinteita juurten kautta. Piidioksidin ehtymisen sanotaan tehostuvan bakteerien vaikutuksesta (Ollier ja Pain, 1996). McFarlane (1987) osoitti mikro-organismien merkityksen bauksiitin evoluutiossa.

Kelatoituminen on prosessi, jossa metalleja uutetaan ensisijaisesti orgaanisista molekyyleistä, jotka ovat peräisin hajoavasta kasvillisuudesta. On oletettu, mutta sitä ei ole hyvin tutkittu, että nopea orgaaninen hajoaminen sademetsien maaperässä voisi tuottaa runsaasti kelatoivia säätekijöitä. Trooppisissa maaperissä on valtava mikrobien monimuotoisuus, joka vastaa maanpäällistä biologista monimuotoisuutta (Borneman ja Triplett, 1997).