4.11.2.2 A folyamatok

A trópusokon a kémiai folyamatok erősek, vagy legalábbis nyilvánvalóak, de a mechanikai folyamatok is jelen vannak és fontosak. A mechanikai folyamatok együtt járnak a kémiaiakkal, ritkán fordul elő, hogy az egyik nem létezik a másik nélkül, és inkább pozitívan erősítik egymást. A folyamatokat itt egyenként tekintjük át, bár a valóságban a folyamatok szinergikusan működnek együtt (lásd még a 4.2. fejezetet).

A mechanikai folyamatok közül a jég valószínűleg nem játszik szerepet a klasszikus értelemben vett trópusokon, ahogyan a fagypont alatti hőmérséklet-ingadozásokból származó stressz sem, eltekintve az éghajlati ciklusoktól, amelyek nagyobb magasságokban vagy magasabb szélességeken lehetnek relevánsak. Van némi vita arról, hogy a magas hőmérsékleten fellépő termikus sokk releváns-e (lásd Bland és Rolls, 1998; Eppes et al., 2010). Még ha a trópusokon nem is érik el a sivatagok magas léghőmérsékletét (bár egyesek megközelíthetik azt), a kőzetfelszín hőmérséklete – különösen a sötét színű kőzeteken – a 70 °C-ot is meghaladhatja (Thomas, 1994). A magas hőmérséklet önmagában nem biztos, hogy elegendő a törékeny törés kialakulásához nagy hőmérsékleti szélsőségek nélkül, de a témát a trópusokon még nem kutatták alaposan. Az esőerdőn kívül a száraz évszakokban és aszályos időszakokban bekövetkező tüzekről ismert, hogy olyan szélsőséges hőmérsékleteket fejtenek ki, amelyek képesek a kőzet törékeny törésére (Goudie et al., 1992; Dorn, 2003). A trópusokon a mechanikai időjárás oka lehet a kristályok növekedése a zárt pórusokban vagy törésekben. Normális esetben a gyorsan növekvő ásványok, mint például a sók, a kalcit és a gipsz, könnyen feloldódnak és elmosódnak az eső által. Az agresszív kémiai környezetben azonban az olyan elemek, mint a nátrium, a kalcium és a kálium gyors felszabadulása a kőzetképző ásványokból biztosítja az utánpótlást az új ásványok növekedéséhez, ha van rá esély. Erre az esélyre a száraz időszakokban kerülhet sor – ami hirtelen bekövetkezhet -, és a sóknak lehetőségük van arra, hogy felhalmozódjanak az üregekben, törésekben és a szemcsehatárokon belül. A sók időjárása szerepet játszik a durva kristályos kőzetek szemcsés felbomlásában és üreges időjárásában, amelyet a nedves-száraz trópusokon és a száraz régiókban egyaránt megfigyelhetünk (Young, 1987; Turkington és Paradise, 2005). Az évszakos nedves-száraz trópusok képesek fenntartani a talajokban a karbonátos kőzetek fölött a pedogén gipszet (Luzzadder-Beach és Beach, 2008), amely a kalcit hidratálása révén a kristályok tágulásának másik lehetséges forrása. Az expanzív agyagok és a neoformált vasoxidok szintén nyomást gyakorolhatnak (Nahon és Merino, 1997). Az oldódás utáni szilícium-dioxid-visszacsapódás lehet felelős a szemcsehatárok és törések további megnyitásáért mikrométeres skálán, valamint a rácsok és kristályhibák nanométeres skálán (4.4. fejezet).

A “nyomásmentesítés”, amelyet néha dilatációnak vagy lemezesedésnek is neveznek, a felszín alatti feszültség enyhülése, amely a korábban betemetett kőzetek tágulását, majd rideg törését okozza. Az eltérő petrológia vagy szerkezet révén ellenálló kőzettestek túlélik az időjárást és az eróziót, és kupola alakú maradványokként (bornhardok, szigethegyek, tóruszok vagy más rokon kifejezések) kerülnek felszínre. A feltárt külső felületek így érzékenyek a nyomáskibocsájtásra, a kőzetfelszínnel párhuzamosan és a felszínre merőlegesen törnek fel, hogy lemezeket szabadítsanak fel. Twidale (1973) ezzel ellentétes véleményt fogalmazott meg, miszerint a kupola alakú tagozódás a kitettséget tömörülés (és nem kiterjedés) útján előzi meg, így a kupolás szigethegyek a törésük miatt ilyenek, nem pedig azért, mert a törések azért ilyenek, mert a kőzet kupolás. Ettől függetlenül, bár a jelenséget a trópusokon a különböző litológiájú kupolás kőzetekben gyakran megfigyelhetjük (2. ábra, lásd még Shroder, 1973), a folyamat nem korlátozódik a trópusokra.

Meg kell jegyezni, hogy a mechanikai időjárási folyamatok – a neoformált ásványok kristálynövekedését kivéve – a felszíni viszonyokra korlátozódnak és azok határozzák meg. Mivel az időjárási profilok több méter vastagságúak lehetnek, ezek a felszíni körülmények és folyamatok csak egy töredékét jelentik a teljes időjárási rendszernek (Ahnert, 1976).

A bőséges időjárási anyagok és a magasabb hőmérséklet kombinációja biztosítja a trópusokon az aktív kémiai időjárási környezet lehetőségét. Ennek ellenére az időjárás végtermékei – a trópusi talajokban és regolitban gyakori kaolinit, gibbit és vas-oxidok – szintén egy esetleges kémiai stabilitásra utalnak, ami megmagyarázza az egyes trópusi talajokban rendelkezésre álló tápanyagok hiányát. A kémiai időjárás részleteit legjobban Yatsu (1988), Nahon (1991), valamint Taylor és Eggleton (2001) ismerteti, de itt összefoglalva, a trópusi jelentőségre helyezve a hangsúlyt.

A keletkező kovasav, H4SiO4, a felszíni vagy felszín alatti vízben kiürülhet, de képes a szilícium-dioxid disszociálására és újbóli kicsapódására is, mint neoformált kvarc vagy amorf szilícium-dioxid, ami fontos az üledékek cementálódása, a regolitban a durikrusztok létrehozása vagy a sziklák megkeményedése esetén (Conca és Rossman, 1982). A szilícium-dioxid oldódását általában kisebb jelentőségű folyamatnak tekintik a többi szilikátásvány oldódó időjárásához képest, és lassúnak. Schulz és White (1998), valamint Murphy et al. (1998) tanulmányai azonban azt mutatják, hogy a kvarc kémiai időjárása trópusi környezetben a regolit pórusvizében oldott szilícium-dioxid 25-75%-át termeli (az összes többi szilikátásvány felett). Az oldódás kisebb részecskéket is létrehoz (lásd a 4.17. fejezetet; Pye (1983)) a pleisztocén homokdűnék trópusi nedves időjárásának tulajdonította az iszap méretű kvarc képződését, amely a talaj B és C horizontjában az ömlesztett üledék 10%-ára halmozódott fel. A kvarc oldódása az a folyamat is, amely a szilikátkarsztok kialakulásáért felelős (lásd a 4.11.3.1. szakaszt).

A legtöbb alumínium-szilikát ásvány “oldódáson”, más néven inkongruens oldódáson vagy hidrolízisen megy keresztül, amely egy többlépcsős és párhuzamos folyamat, amelyben savak vesznek részt. Az általánosított folyamat során a víz és a sav támadása során agyag, esetlegesen más neoformált ásványok, oldatban lévő kationok és kovasav keletkezik. A víz önmagában gyenge H+ proton donor, de a savak sokkal hatékonyabbak. A szénsav az alapértelmezett és mindenütt jelenlévő savas időjárási anyag, a légköri CO2-vel feltöltött esővíz vagy a talajlevegőből származó CO2-vel feltöltött talajvíz révén (a légkörhöz képest több mint két nagyságrenddel magasabb koncentrációban, Ugolini és Sletten, 1991). A szerves savak, amelyek a szerves bomlásból és a biotikus funkciókból (például a növényi gyökerekből) származnak, szintén fontosak (Ugolini és Sletten, 1991), sőt egyes esetekben talán dominánsak (Wasklewicz, 1994).

Az, hogy mi különbözteti meg az oldódást az oldódástól, függ az alapanyagtól (ásványtól), de az időjárási anyag vagy az időjárási közeg vízellátásától is, ezért reagál a trópusi nedvesség különböző változásaira. Taylor és Eggleton (2001) elmagyarázza, hogy az inkongruens oldódás során a dinamikus egyensúly köztes szakaszai vannak. A telítődés és az ásványi neoformáció a vízkorlátozás időszakaiban, egy átmeneti kémiai egyensúlyban zajlana. Új víz hozzáadása megfiatalítja a rendszert, kémiai egyensúlytalanságot hoz létre, és a megmaradt elsődleges ásványok az újonnan képződött ásványokkal együtt támadásnak vannak kitéve.

A továbbiakban a goethit dehidratálódik, és hematitot képez. Az olyan vas-oxidok, mint a goethit és a hematit stabilak és maradványok a talajban és az időjárási profilban. Ezek az oxidált ásványok adják a trópusi talajok élénksárga (goethit), narancssárga és vörös (hematit) színét.

A hidratáció az oxidációhoz hasonló folyamat, amelyben oxigén helyett hidroxid (OH) ionok épülnek be az ásványi mátrixba. A foszilikátok, beleértve az agyagokat is, a legjellemzőbbek a hidratációra, ahol a hidroxidionok beépülnek a szilikátrétegek közé. Yatsu (1988) a hidratációt inkább mechanikai, mint kémiai folyamatnak tekintette, ami párhuzamos a 4.4. fejezetben bemutatott érveléssel.

A biokémiai folyamatokat ma már az időjárás szempontjából fontosnak ismerik el (Krumbein és Dyer, 1985; Reith et al., 2008), és egy sor reakciót foglalnak magukban, beleértve a fent említetteket, valamint a kelátképzést, ami egy egyedülállóan biokémiai folyamat. Ollier és Pain (1996) kifejtette, hogy az oxidáció részt vesz a növény vas és más tápanyagok gyökereken keresztüli felvételében. A szilícium-dioxid-elvonás állítólag a baktériumok hatására fokozódik (Ollier és Pain, 1996). McFarlane (1987) kimutatta a mikroorganizmusok jelentőségét a bauxit kialakulásában.

A kheláció az a folyamat, amelynek során a fémeket előnyösen kivonják a lebomló növényzetből származó szerves molekulák. Feltételezhető, de nem jól kutatott, hogy az esőerdei talajokban a gyors szerves bomlás rengeteg kelátképző időjárási anyagot termelhet. A trópusi talajokban a föld feletti biodiverzitással párhuzamosan a mikrobák óriási változatossága is megtalálható (Borneman és Triplett, 1997).