4.11.2.2 The Processes

Chemical processes are strong in the tropics, or at least obvious, but mechanical processes are present and important. Mechanische processen gaan samen met chemische, het is zelden dat het ene niet bestaat zonder het andere, en eerder versterken ze elkaar positief. De processen zullen hier één voor één de revue passeren, hoewel in werkelijkheid processen synergetisch samenwerken (zie ook hoofdstuk 4.2).

Van de mechanische processen is het onwaarschijnlijk dat ijs een rol speelt in de klassiek gedefinieerde tropen, evenals stress door temperatuurschommelingen onder het vriespunt, afgezien van klimaatcycli die relevant zouden kunnen zijn op grotere hoogten of op hogere breedtegraden. Er is enige discussie over de vraag of thermische schok bij hoge temperaturen relevant is (zie Bland en Rolls, 1998; Eppes et al., 2010). Zelfs als de tropen niet de hoge luchttemperaturen van de woestijnen bereiken (hoewel sommige in de buurt kunnen komen), kunnen de oppervlaktetemperaturen van gesteente wel meer dan 70 °C bedragen, vooral op donker gekleurd gesteente (Thomas, 1994). Hoge temperaturen op zich kunnen niet voldoende zijn om brosse breuk te veroorzaken zonder grote temperatuurextremen, maar dit onderwerp is in de tropen nog niet goed onderzocht. Van branden, buiten het regenwoud tijdens de droge seizoenen en in droogteperiodes, is bekend dat ze extreme temperaturen uitoefenen die brosse breuk van gesteenten kunnen veroorzaken (Goudie et al., 1992; Dorn, 2003). Kristalgroei in afgesloten poriën of breuken kan de oorzaak zijn van mechanische verwering in de tropen. Normaal gesproken worden snelgroeiende mineralen, zoals zouten, calciet en gips, gemakkelijk opgelost en door regen weggespoeld. In het agressieve chemische milieu echter, zorgt het snel vrijkomen van elementen zoals natrium, calcium en kalium uit rotsvormende mineralen voor een voorraad voor nieuwe mineraalgroei, als men de kans krijgt. Die kans kan zich voordoen tijdens droge perioden – die plotseling kunnen optreden – en zouten hebben de kans zich op te hopen in holten, breuken en korrelgrenzen. Zoutverwering speelt een rol bij de korrelige desintegratie en caverneuze verwering van grof kristallijn gesteente die zowel in de nat-droge tropen als in dorre streken wordt waargenomen (Young, 1987; Turkington en Paradise, 2005). Seizoensgebonden natte en droge tropen zijn in staat om pedogeen gips in de bodem over carbonaatgesteenten te houden (Luzzadder-Beach and Beach, 2008), een andere mogelijke bron van kristaluitzetting door hydraterend calciet. Expansieve klei en neo-gevormde ijzeroxiden kunnen ook druk uitoefenen (Nahon en Merino, 1997). Silica reprecipitatie na oplossing kan verantwoordelijk zijn voor het verder openen van korrelgrenzen en breuken op micron schaal en kristalroosters en kristalfouten op nanometer schaal (Hoofdstuk 4.4).

‘Pressure unloading,’ soms bekend als dilatatie of sheeting, is de ontlasting van de deklaag die expansie veroorzaakt en vervolgens brosse breuk van voorheen begraven gesteenten. Resistente gesteentelichamen overleven door hun afwijkende petrologie of structuur verwering en erosie en komen bloot te liggen als koepelvormige overblijfselen (bornhardts, inselbergs, tors, of andere verwante termen). De blootgelegde buitenoppervlakken zijn dus kwetsbaar voor het vrijkomen van druk, waarbij evenwijdig aan het rotsoppervlak en loodrecht op het oppervlak breuken ontstaan waardoor platen vrijkomen. Twidale (1973) gaf een tegengestelde mening dat koepelvormige verbindingen voorafgaan aan blootstelling door middel van compressie (niet uitbreiding), zodat koepelvormige inselbergs zo zijn vanwege hun breuken, niet dat de breuken zo zijn omdat het gesteente koepelvormig is. Hoe dan ook, hoewel het verschijnsel algemeen wordt waargenomen in koepelgesteenten van verschillende lithologie in de tropen (Figuur 2, zie ook Shroder, 1973), is het proces niet beperkt tot de tropen.

Het is belangrijk op te merken dat de mechanische verweringsprocessen, met uitzondering van de kristalgroei van neo-gevormde mineralen, beperkt zijn tot en bepaald worden door de omstandigheden aan het oppervlak. Omdat de verweringsprofielen vele meters dik kunnen zijn, vormen deze oppervlakteomstandigheden en -processen slechts een fractie van het totale verweringssysteem (Ahnert, 1976).

De combinatie van overvloedige verweringsagentia en hogere temperaturen zorgt voor de mogelijkheid van een actief chemisch verweringsmilieu in de tropen. De eindprodukten van de verwering – kaoliniet, gibbsiet en ijzeroxiden die vaak voorkomen in tropische bodems en regolith – wijzen echter ook op een uiteindelijke chemische stabiliteit, hetgeen het gebrek aan voedingsstoffen verklaart dat in sommige tropische bodems beschikbaar is. Details van chemische verwering worden het best uitgelegd in Yatsu (1988), Nahon (1991), en Taylor en Eggleton (2001), maar hier samengevat met de nadruk op de tropische relevantie.

Het resulterende kiezelzuur, H4SiO4, kan in oppervlaktewater of grondwater naar buiten worden getransporteerd, maar heeft ook het vermogen siliciumdioxide te dissociëren en te reprecipiteren als neo-gevormd kwarts of amorf siliciumdioxide, relevant in het proces van cementeren van sedimenten, het creëren van duricrusts in regolith, of in het geval van verharding van rotsblokken (Conca en Rossman, 1982). Silica oplossing wordt over het algemeen gezien als een gering proces vergeleken met het oplossen van verwering van andere silicaat mineralen, en traag. Studies van Schulz en White (1998) en Murphy et al. (1998) tonen echter aan dat chemische verwering van kwarts in een tropische omgeving 25-75% van het opgeloste silicium in poriewater van regolith genereert (meer dan alle andere silicaatmineralen). Oplossing genereert ook kleinere deeltjes (zie hoofdstuk 4.17; Pye (1983)) schreef tropische vochtige verwering van Pleistocene zandduinen toe aan de vorming van kwarts ter grootte van een silt, dat zich ophoopte tot 10% van het bulksediment in de B- en C-horizonten van de bodem. Kwartsoplossing is ook het proces dat verantwoordelijk is voor het ontstaan van silicakarst (zie Paragraaf 4.11.3.1).

De meeste aluminosilicaat mineralen ondergaan “oplossing”, ook bekend als incongruente oplossing of hydrolyse, een meerstaps en parallel proces waarbij zuren betrokken zijn. Het algemene proces omvat de aanval door water en zuur om een klei te produceren, mogelijke andere neo-gevormde mineralen, kationen in oplossing, en kiezelzuur. Water zelf is een zwakke H+ proton-donor, maar zuren zijn veel efficiënter. Koolzuur is het standaard en alomtegenwoordig zuur verweringsmiddel, via regenwater dat geladen is met atmosferisch CO2, of bodemwater dat geladen is met CO2 uit de bodemlucht (geconcentreerd meer dan twee orden van grootte hoger, in vergelijking met de atmosfeer, Ugolini en Sletten, 1991). Organische zuren, afkomstig van zowel organisch verval als biotische functies (zoals plantenwortels), zijn ook belangrijk (Ugolini en Sletten, 1991), en mogelijk zelfs dominant in sommige gevallen (Wasklewicz, 1994).

Wat oplossing van oplossing onderscheidt, hangt af van het moedermateriaal (mineraal), maar ook van de toevoer van water als verweringsmiddel of verweringsmedium, en dus van de responsiviteit op verschillende variaties van tropisch vocht. Taylor en Eggleton (2001) leggen uit dat er tijdens incongruente ontbinding tussenstadia van dynamisch evenwicht zijn. Verzadiging en neovorming van mineralen zouden plaatsvinden tijdens perioden van waterbeperking, een tijdelijk chemisch evenwicht. Toevoeging van nieuw water verjongt het systeem, brengt een chemisch onevenwicht tot stand, en de resterende primaire mineralen samen met de nieuwgevormde mineralen zijn onderhevig aan aantasting.

Verder dehydrateert goethiet om hematiet te vormen. IJzeroxiden zoals goethiet en hematiet zijn stabiel en residueel in de bodem en het verweringsprofiel. Deze geoxideerde mineralen geven de levendige gele (goethiet), oranje en rode (hematiet) kleuren aan tropische bodems.

Hydratatie is een proces dat lijkt op oxidatie, waarbij hydroxide (OH) ionen, in plaats van zuurstof, worden opgenomen in de minerale matrix. Fyllosilicaten, waaronder klei, zijn het meest opmerkelijk voor hydratatie, waar hydroxide-ionen worden opgenomen tussen silicaatlagen. Yatsu (1988) beschouwt hydratatie eerder als een mechanisch dan als een chemisch proces, een argument dat parallel loopt met dat in hoofdstuk 4.4.

Biochemische processen worden nu erkend als belangrijk voor verwering (Krumbein en Dyer, 1985; Reith et al., 2008), en omvatten een reeks reacties waaronder die welke hierboven zijn genoemd, alsmede chelatie, een uniek biochemisch proces. Ollier en Pain (1996) verklaarden dat oxidatie betrokken is bij de opname van ijzer en andere voedingsstoffen door een plant via de wortels. De uitputting van kiezelzuur zou worden versterkt door bacteriële actie (Ollier en Pain, 1996). McFarlane (1987) heeft het belang aangetoond van micro-organismen in de evolutie van bauxiet.

Chelatie is het proces waarbij metalen bij voorkeur worden geëxtraheerd door organische moleculen, afkomstig van afbrekende vegetatie. Er wordt verondersteld, maar niet goed onderzocht, dat de snelle organische afbraak in regenwoudbodems een overvloed aan chelerende verweringsagentia zou kunnen produceren. Tropische bodems herbergen een immense diversiteit aan microben, in overeenstemming met de bovengrondse biodiversiteit (Borneman en Triplett, 1997).