Processi di weathering
Per processi di weathering si intendono quei processi chimico-fisici che inducono alla progressiva trasformazione delle rocce litoidi in una coltre di alterazione comunemente chiamata regolite o saprolite. Un regolite sara quindi un insieme piu o meno coerente di a) minerali presenti nell originaria roccia madre b) minerali di neoformazione (generalmente minerali argillosi, ossidi e idrossidi). Un regolite, se stabilizzato puo evolvere successivamente in un suolo. Alternativamente, I suoi costituenti potranno essere spostati dagli agenti atmosferici (principalmente dalle acque superficiali) e ri-depositati altrove a formare un deposito sedimentario.
Esempio di alterazione di rocce granitiche
Evitando di parlare degli effetti di tipo fisico quali il crioclastismo, il termoclastismo ecc ecc, focalizzeremmo l attenzione sui processi chimici che avvengono durante il weathering
Le principali trasformazioni chimiche che avvengono durante il weathering possono essere descritte nei seguenti processi Processi di idratazione Processi di ossidazione Processi di dissoluzione Processi di idrolisi
Al interno di un regolite (saprolite) avremmo
Reazioni chimiche che avvengono durante il weathering delle rocce Reagenti: minerali che costituiscono le rocce, CO 2, H 2 O, O 2, H + ; Prodotti: minerali di neoformazione (minerali argillosi ed ossidi) ioni disciolti e H 2 SiO 4 Esempi: 2KAlSi 3 O 8 + 2H + + 9H 2 O < = > 2K + + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4H 4 SiO 4 Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 5H 2 O < = > 2Al (OH) 3 + 2H 4 SiO 4 (caso estremo: laterite)
Weathering di minerali femici (1) FeSiO 3 + 2H + + H 2 O < = > Fe 2+ + H 4 SiO 4 (breakdown di un pirosseno) (2) 2Fe 2+ + 1/2O 2 + 4(OH) - +H 2 O < = > 2Fe(OH) 3 (ossidazione del ferro)
Possiamo definire la destabilizzazione dei minerali silicatici come reazioni di idrolisi. Tali minerali sono infatti costituiti da basi forti e un acido debole (l acido silicico). Le risultanti reazioni possono essere definite reazioni di dissoluzione incongruente in quanto comportano spesso la formazione di minerali secondari. Lo sviluppo di tali reazioni prevede quindi: Distruzione selettiva e progressiva dei reticoli dei silicati primari. Costruzione di reticoli cristallini di nuove fasi minerali in equilibrio con l ambiente superficiale.
Punti reattivi nell idrolisi dei silicati Sulla superfice dei cristalli dei minerali silicatici sono presenti usualmente cariche non saturate. Queste zone dei cristalli rappresentano i punti reattivi, la cui presenza, abbondanza e distribuzione rendono i vari minerali piu o meno soggetti alle reazioni di weathering. In corrispondenza di questi siti reattivi le molecole polari dell acqua e le sostanze in questa disciolta procedono ad esplicare la loro azione disgregatrice della preesistente struttura cristallina.
Lo step successivo dell idrolisi dei silicati consiste nella riorganizzazione in situ dei complessi contenenti silicio ed alluminio che andranno a costituire i mattoni fondamentali delle strutture cristalline di neoformazione (cioe dei minerali argillosi).
La diversa stabilita dei silicati alle condizioni di superfice segue un ordine che e esattamente inverso alla sequenza di cristallizzazione magmatica definita da Bowen.
Cio e dovuto alla diversa complessita strutturale dei minerali silicatici. Per esempio: La resistenza di un silicato ai processi di weathering aumenta con il grado di condivisione degli ossigeni tra i tetraedri SiO 4 4ˉ presenti nella struttura. Un altro elemento di instabilita e rappresentato dall entita delle sostituzioni isomorfe fra Al 3+ e SiO4 4+. All interno della serie continua dei plagioclasi cio spiega l aumento di resistenza al passare dal termine calcico (anortite, CaAl 2 Si 2 O 8, rapporto Si/Al 1:1) al termine sodico (albite, NaAlSi 3 O 8 rapporto Si/Al 3:1)
Un ulteriore fattore che puo facilitare il weathering di un silicato e la presenza di ferro bivalente (Fe 2+ ) all interno della sua struttura. Il ferro ferroso rappresenta un elemento di debolezza perche tende a trasformarsi in ferro ferrico (Fe 3+ ) nelle condizioni ricche di ossigeno tipiche dell ambiente superficiale.
Weathering nei paesi tropicali Temperatura e presenza di acqua sono fattori chiave per lo sviluppo delle reazioni che coinvolgono l alterazione dei silicati. 6 m di bauxite sovrapposti a depositi di laterite in Venezuela Fig. B5.1
Rock and mineral weathering products Basalt Granite
Le reazioni dei weathering dei minerali silicatici sopra-riportate liberano silice che formerà l acido silicico (un acido debole) H 4 SiO 4 Fig. B5.3
Precipitazione della silice
Esempi.
Presenza di cianobatteri capaci di sottrarre CO 2 dall acqua può generale locale soprasaturazione in carbonato di calcio a formare depositi stromatolitici
Possibile spiegazione:
Corollario: comprendere i fenomeni di weathering delle rocce può essere ovviamente utile anche ad un geologo coinvolto nello studio dei materiali lapidei sottoposti ad alterazione in contesto urbano.