4.11.2.2 Processerna

Kemiska processer är starka i tropikerna, eller åtminstone uppenbara, men mekaniska processer är närvarande och viktiga. Mekaniska processer går ihop med kemiska, det är sällan som den ena inte existerar utan den andra, och snarare förstärker de varandra positivt. Processerna kommer här att gås igenom en och en, även om processerna i verkligheten arbetar tillsammans på ett synergistiskt sätt (se även kapitel 4.2).

Av de mekaniska processerna är det osannolikt att is är en aktör i de klassiskt definierade tropikerna, liksom stress från temperaturutflykter under nollstrecket, bortsett från klimatcykler som skulle kunna vara relevanta på högre höjder eller på högre latituder. Det finns en viss debatt om huruvida termisk chock vid höga temperaturer är relevant (se Bland och Rolls, 1998; Eppes et al., 2010). Även om tropikerna inte uppnår öknarnas höga lufttemperaturer (även om vissa kan komma i närheten) kan temperaturen på stenytan mycket väl överstiga 70 °C, särskilt på mörkfärgade stenar (Thomas, 1994). Hög temperatur i sig är kanske inte tillräckligt för att skapa spröda brott utan stora temperaturextremer, men ämnet har inte undersökts ordentligt i tropikerna. Bränder, utanför regnskogen under torrperioderna och vid torka, är kända för att utöva extrema temperaturer som kan ge spröda stenbrott (Goudie et al., 1992; Dorn, 2003). Kristalltillväxt i begränsade porer eller sprickor kan vara orsaker till mekanisk vittring i tropikerna. Normalt löses snabbt växande mineraler som salter, kalcit och gips lätt upp och spolas bort av regn. I den aggressiva kemiska miljön säkerställer dock ett snabbt frigörande av grundämnen som natrium, kalcium och kalium från bergartsbildande mineraler att det finns tillgång till nya mineraltillväxter, om de får en chans. Den chansen kan ges under torrperioder – som kan inträffa plötsligt – och salter har möjlighet att ansamlas i håligheter, sprickor och korngränser. Saltvittring spelar en roll i den granulära sönderdelning och gropiga vittring av grovkristallina bergarter som observeras i våt-torra tropikerna såväl som i torra områden (Young, 1987; Turkington och Paradise, 2005). Säsongsmässiga våt-torra tropikerna kan upprätthålla pedogen gips i jordar över karbonatstenar (Luzzadder-Beach och Beach, 2008), en annan möjlig källa till kristallutvidgning med hjälp av hydrerande kalcit. Expansiva leror och neoformade järnoxider kan också utöva tryck (Nahon och Merino, 1997). Återutfällning av kiseldioxid efter upplösning kan vara ansvarig för att ytterligare öppna korngränser och sprickor på mikronskalan och gitter och kristallfel på nanometerskalan (kapitel 4.4).

”Pressure unloading”, som ibland kallas dilatation eller sheeting, är avlastning av spänningar i överlagret som orsakar expansion och sedan spröda sprickor i tidigare begravda bergarter. Resistenta bergkroppar, genom olika petrologi eller struktur, överlever vittring och erosion för att exponeras som kupolformade rester (bornhardts, inselbergs, tors eller andra besläktade termer). De exponerade yttre ytorna är därför sårbara för tryckfrihet och spricker parallellt med bergsytan och vinkelrätt mot ytan för att frigöra plattor. Twidale (1973) erbjöd en motsatt åsikt om att kupolformade sammanfogningar föregår exponering genom kompression (inte utvidgning), så att kupolformade inselberg är så på grund av sina sprickor, inte att sprickorna är så på grund av att berget är kupolformat. Oavsett detta, även om fenomenet ofta observeras i kupolformade bergarter av olika litologi i tropikerna (figur 2, se även Shroder, 1973), är processen inte begränsad till tropikerna.

Det är viktigt att notera att de mekaniska vittringsprocesserna, med undantag för kristalltillväxt av neoformade mineraler, är begränsade till och bestäms av ytförhållandena. Eftersom vittringsprofilerna kan vara många meter tjocka är dessa ytförhållanden och processer bara en bråkdel av det totala vittringssystemet (Ahnert, 1976).

Kombinationen av rikliga vittringsämnen och högre temperaturer säkerställer potentialen för en aktiv kemisk vittringsmiljö i tropikerna. Med det sagt, vittringens slutprodukter – kaolinit, gibbsit och järnoxider som är vanliga i tropiska jordar och regolit – tyder också på en eventuell kemisk stabilitet, vilket förklarar bristen på näringsämnen som finns i vissa tropiska jordar. Detaljer om kemisk vittring förklaras bäst i Yatsu (1988), Nahon (1991) och Taylor och Eggleton (2001), men sammanfattas här med betoning på den tropiska relevansen.

Den resulterande kiselsyran, H4SiO4, kan transporteras ut i ytvatten eller grundvatten, men har också förmågan att dissociera och återfälla kiseldioxid som nybildad kvarts eller amorf kiseldioxid, vilket är relevant vid cementering av sediment, skapande av duricrusts i regolit eller vid härdning av stenblock (Conca och Rossman, 1982). Kiseldioxidlösning ses i allmänhet som en mindre process jämfört med upplösningen av vittring av andra silikatmineraler, och långsam. Studier av Schulz och White (1998) och Murphy et al. (1998) visar dock att kemisk vittring av kvarts i en tropisk miljö genererar 25-75 % av den lösta kiseldioxiden i porvattnet i regoliten (framför alla andra silikatmineraler). Lösning genererar också mindre partiklar (se kapitel 4.17; Pye (1983)) tillskrev tropisk fuktig vittring av pleistocena sanddyner till bildandet av kvarts i siltstorlek, som ackumulerades till 10 % av bulksedimentet i markens B- och C-horisonter. Kvartslösning är också den process som är ansvarig för bildandet av kiselkarst (se avsnitt 4.11.3.1).

De flesta aluminosilikatmineraler genomgår ”upplösning”, även känd som inkongruent lösning eller hydrolys, en flerstegs- och parallellprocess som involverar syror. Den generaliserade processen innebär angrepp av vatten och syra för att producera en lera, eventuellt andra nybildade mineraler, katjoner i lösning och kiselsyra. Vatten är i sig självt en svag H+-protongivare, men syror är mycket effektivare. Kolsyra är det vanliga och allestädes närvarande sura vittringsmedlet, via regnvatten laddat med CO2 från atmosfären eller markvatten laddat med CO2 från markluften (med en koncentration som är mer än två storleksordningar högre jämfört med atmosfären, Ugolini och Sletten, 1991). Organiska syror, som härrör från organisk nedbrytning och biotiska funktioner (t.ex. växtrötter), är också viktiga (Ugolini och Sletten, 1991) och kanske till och med dominerande i vissa fall (Wasklewicz, 1994).

Vad som skiljer lösning från upplösning beror på modermaterialet (mineral), men också på tillgången på vatten som vittringsmedel eller vittringsmedium, och därmed reagerar på olika variationer av tropisk fukt. Taylor och Eggleton (2001) förklarar att under inkongruent upplösning finns det mellanliggande stadier av dynamisk jämvikt. Mättnad och mineralnybildning skulle äga rum under perioder av vattenbegränsning, en tillfällig kemisk jämvikt. Tillförsel av nytt vatten föryngrar systemet, etablerar kemisk obalans och de kvarvarande primära mineralerna tillsammans med neoformade mineralerna utsätts för angrepp.

Fortsättningsvis dehydratiseras goethit för att bilda hematit. Järnoxider som goethit och hematit är stabila och kvarstår i marken och vittringsprofilen. Dessa oxiderade mineraler ger tropiska jordar de livliga gula (goethit), orange och röda (hematit) färgerna.

Hydrering är en process som liknar oxidation, där hydroxidjoner (OH-joner), snarare än syre, införlivas i mineralmatrisen. Fyllosilikater, inklusive leror, är mest anmärkningsvärda när det gäller hydrering, där hydroxidjoner införlivas mellan silikatlagren. Yatsu (1988) ansåg att hydrering är en mekanisk snarare än en kemisk process, ett argument som är parallellt med det som presenteras i kapitel 4.4.

Biokemiska processer erkänns nu som viktiga för vittring (Krumbein och Dyer, 1985; Reith m.fl., 2008) och inbegriper en rad reaktioner, inklusive de som nämnts ovan, samt kelering, en unikt biokemisk process. Ollier och Pain (1996) förklarade att oxidation är involverad i en växts upptag av järn och andra näringsämnen via rötterna. Kiselbristning sägs förstärkas av bakteriell verkan (Ollier och Pain, 1996). McFarlane (1987) visade på mikroorganismernas betydelse för utvecklingen av bauxit.

Chelation är den process genom vilken metaller företrädesvis extraheras av organiska molekyler, som härrör från nedbrytande växtlighet. Det antas, men är inte väl utforskat, att snabb organisk nedbrytning i regnskogsjordar skulle kunna producera ett överflöd av chelaterande vittringsmedel. Tropiska jordar hyser en enorm mångfald av mikrober, som är lika stor som den biologiska mångfalden ovan jord (Borneman och Triplett, 1997).