4.11.2.2 Procesele

Procesele chimice sunt puternice la tropice, sau cel puțin evidente, dar procesele mecanice sunt prezente și importante. Procesele mecanice merg împreună cu cele chimice, rar se întâmplă ca unul să nu existe fără celălalt, și mai degrabă se întăresc pozitiv unul pe celălalt. Procesele vor fi trecute în revistă aici unul câte unul, deși în realitate procesele lucrează împreună într-o manieră sinergică (vezi și capitolul 4.2).

Dintre procesele mecanice, este puțin probabil ca gheața să fie un agent în tropicele definite în mod clasic, la fel ca și stresul provocat de excursiile de temperatură sub zero grade, în afară de ciclurile climatice care ar putea fi relevante la altitudini mai mari sau la latitudini mai mari. Există unele dezbateri cu privire la relevanța șocului termic la temperaturi ridicate (a se vedea Bland și Rolls, 1998; Eppes et al., 2010). Chiar dacă la tropice nu se ating temperaturile ridicate ale aerului din deșerturi (deși unele se pot apropia), temperaturile de la suprafața rocilor pot depăși 70 °C, în special pe rocile de culoare închisă (Thomas, 1994). Este posibil ca temperatura ridicată în sine să nu fie suficientă pentru a crea fracturi fragile fără temperaturi extreme mari, dar subiectul nu a fost bine cercetat la tropice. Se știe că incendiile, în afara pădurilor tropicale, în timpul anotimpurilor secetoase și în timpul secetei, exercită temperaturi extreme capabile să provoace fracturarea fragilă a rocilor (Goudie et al., 1992; Dorn, 2003). Creșterea cristalelor în interiorul porilor sau fracturilor confinate poate fi o cauză a alterării mecanice în zonele tropicale. În mod normal, mineralele cu creștere rapidă, cum ar fi sărurile, calcitul și ghipsul, sunt ușor de dizolvat și îndepărtate de ploaie. Cu toate acestea, în mediul chimic agresiv, eliberarea rapidă de elemente precum sodiul, calciul și potasiul din mineralele care formează rocile asigură o rezervă pentru o nouă creștere minerală, dacă există o șansă. Această șansă poate avea loc în timpul anotimpurilor secetoase – care se pot asuma brusc – iar sărurile au posibilitatea de a se acumula în goluri, fracturi și limite de granule. Alterarea salină joacă un rol în dezintegrarea granulară și alterarea cavernoasă a rocilor cristaline grosiere observate în zonele tropicale umede și uscate, precum și în regiunile aride (Young, 1987; Turkington și Paradise, 2005). Zonele tropicale umede-uscate sezoniere sunt capabile să susțină gipsul pedogenic în soluri peste roci carbonatate (Luzzadder-Beach și Beach, 2008), o altă sursă posibilă de expansiune a cristalelor prin hidratarea calcitei. Argilele expansive și oxizii de fier neoformați pot exercita, de asemenea, presiune (Nahon și Merino, 1997). Reprecipitarea siliciului după dizolvare poate fi responsabilă pentru deschiderea în continuare a limitelor de granule și a fracturilor la scară micronică și a rețelelor și a fisurilor cristaline la scară nanometrică (capitolul 4.4).

„Descărcarea de presiune”, cunoscută uneori sub numele de dilatare sau foaie, este eliberarea de stresul de supraîncărcare care provoacă expansiunea și apoi fracturarea fragilă a rocilor anterior îngropate. Corpurile de roci rezistente, datorită petrologiei sau structurii diferite, supraviețuiesc intemperiilor și eroziunii pentru a fi expuse ca rămășițe în formă de dom (bornhardts, inselbergs, tors sau alți termeni înrudiți). Suprafețele exterioare expuse sunt astfel vulnerabile la eliberarea presiunii, fracturându-se paralel cu suprafața rocii și normal la suprafață pentru a elibera plăci. Twidale (1973) a oferit o opinie opusă, conform căreia îmbinările în formă de domuri preexistă expunerii prin compresie (nu prin extensie), astfel încât inselbergurile domoale sunt astfel datorită fracturilor lor, nu că fracturile sunt astfel pentru că roca este domoală. Indiferent, deși fenomenul este frecvent observat în rocile domoale de diferite litologii de la tropice (figura 2, vezi și Shroder, 1973), procesul nu se limitează la tropice.

Este important de remarcat că procesele de alterare mecanică, cu excepția creșterii cristaline a mineralelor neoformate, sunt limitate și determinate de condițiile de suprafață. Deoarece profilurile de intemperii pot avea o grosime de mulți metri, aceste condiții și procese de suprafață nu reprezintă decât o fracțiune din sistemul total de intemperii (Ahnert, 1976).

Combinația de agenți de intemperii abundenți și temperaturi mai ridicate asigură potențialul unui mediu activ de intemperii chimice la tropice. Acestea fiind spuse, produsele finale ale intemperiilor – caolinita, gibbsita și oxizii de fier obișnuiți în solurile și regolitul tropical – indică, de asemenea, o eventuală stabilitate chimică, explicând lipsa de nutrienți disponibili în unele soluri tropicale. Detaliile meteorizării chimice sunt cel mai bine explicate în Yatsu (1988), Nahon (1991) și Taylor și Eggleton (2001), dar sunt rezumate aici cu accent pe relevanța tropicală.

Acidul silicic rezultat, H4SiO4, poate fi transportat în apele de suprafață sau în apele subterane, dar are, de asemenea, capacitatea de a disocia și de a reprecipita siliciul sub formă de cuarț neoformat sau siliciu amorf, relevant în procesul de cimentare a sedimentelor, de creare a duricrosturilor în regolit sau în cazul întăririi bolovanilor (Conca și Rossman, 1982). Soluția de silice este în general văzută ca un proces minor în comparație cu dizolvarea meteorică a altor minerale silicatice și lent. Cu toate acestea, studiile realizate de Schulz și White (1998) și Murphy et al. (1998) arată că alterarea chimică a cuarțului într-un mediu tropical generează 25-75% din siliciul dizolvat în apa din porii regolitului (peste toate celelalte minerale de silicat). Soluția generează, de asemenea, particule mai mici (a se vedea capitolul 4.17; Pye (1983)) a atribuit alterarea umedă tropicală a dunelor de nisip din Pleistocen la formarea de cuarț de mărimea siltului, care s-a acumulat până la 10% din sedimentele în vrac în orizonturile B și C ale solului. Soluția de cuarț este, de asemenea, procesul care este responsabil pentru generarea carstului de siliciu (a se vedea secțiunea 4.11.3.1).

Majoritatea mineralelor aluminosilicatice suferă „dizolvare”, cunoscută și sub numele de soluție incongruentă sau hidroliză, un proces în mai multe etape și paralel care implică acizi. Procesul generalizat implică atacul de către apă și acid pentru a produce o argilă, posibil alte minerale neoformate, cationi în soluție și acid silicic. Apa însăși este un slab donator de protoni H+, dar acizii sunt mult mai eficienți. Acidul carbonic este agentul de alterare acidă implicit și omniprezent, prin intermediul apei de ploaie încărcată cu CO2 atmosferic sau al apei din sol încărcată cu CO2 din aerul din sol (cu o concentrație mai mare cu peste două ordine de mărime, în comparație cu cea din atmosferă, Ugolini și Sletten, 1991). Acizii organici, derivați din descompunerea organică, precum și din funcțiile biotice (cum ar fi rădăcinile plantelor), sunt, de asemenea, importanți (Ugolini și Sletten, 1991) și, posibil, chiar dominanți în unele cazuri (Wasklewicz, 1994).

Ceea ce distinge soluția de dizolvare depinde de materialul parental (mineral), dar și de aportul de apă ca agent de intemperii sau mediu de intemperii, deci receptiv la diferite variații ale umidității tropicale. Taylor și Eggleton (2001) explică faptul că, în timpul dizolvării incongruente, există etape intermediare de echilibru dinamic. Saturarea și neoformarea minerală ar avea loc în timpul perioadelor de limitare a apei, un echilibru chimic temporar. Adăugarea de apă nouă întinerește sistemul, stabilește un dezechilibru chimic, iar mineralele primare rămase împreună cu cele neoformate sunt supuse atacului.

În continuare, goetitul se deshidratează pentru a forma hematită. Oxizii de fier, cum ar fi goethitul și hematitul, sunt stabili și reziduali în sol și în profilul de alterare. Aceste minerale oxidate conferă solurilor tropicale culorile galbene vii (goethit), portocalii și roșii (hematite).

Hidratarea este un proces similar oxidării, în care ionii de hidroxid (OH), mai degrabă decât oxigenul, sunt încorporați în matricea minerală. Filosilicații, inclusiv argilele, se remarcă mai ales prin hidratare, unde ionii de hidroxid sunt încorporați între straturile de silicat. Yatsu (1988) a considerat că hidratarea este mai degrabă un proces mecanic decât un proces chimic, un argument paralel cu cel prezentat în capitolul 4.4.

Procesele biochimice sunt acum recunoscute ca fiind importante pentru meteorizare (Krumbein și Dyer, 1985; Reith et al., 2008) și implică o suită de reacții, inclusiv cele menționate mai sus, precum și chelarea, un proces exclusiv biochimic. Ollier și Pain (1996) au explicat că oxidarea este implicată în absorbția de către o plantă a fierului și a altor nutrienți prin intermediul rădăcinilor. Se spune că epuizarea siliciului este potențată de acțiunea bacteriilor (Ollier și Pain, 1996). McFarlane (1987) a demonstrat importanța microorganismelor în evoluția bauxitei.

Chelarea este procesul prin care metalele sunt extrase preferențial de către moleculele organice, provenite din vegetația în descompunere. Se presupune, dar nu a fost bine cercetat, că descompunerea organică rapidă în solurile din pădurile tropicale ar putea produce o abundență de agenți chelați de meteorizare. Solurile tropicale adăpostesc într-adevăr o imensă diversitate de microbi, concomitent cu biodiversitatea de la suprafață (Borneman și Triplett, 1997).

.