La superficie terrestre o las zonas cercanas a ella presentan condiciones termodinámicas distintas a las que originaron las rocas, lo que las hace susceptibles a la meteorización o intemperismo. Estos procesos actúan sobre los materiales rocosos, desestabilizando su estructura e incluso dando lugar a otros componentes. La meteorización abarca todos los procesos termodinámicos que sufre una roca in situ, la cual, tras perder las condiciones de presión y temperatura que la formaron, adquiere una forma de menor energía. En respuesta al contacto con la atmósfera, hidrosfera y biosfera, la roca experimenta una serie de transformaciones físicas, químicas y biológicas que ponen en marcha el ciclo geológico.
En la naturaleza, los sistemas tienden a adoptar la estructura de menor energía disponible, es decir, la más rentable en respuesta a las circunstancias del medio. De esta manera, las rocas, al enfrentarse a condiciones adversas, cambian su estructura buscando una mayor estabilidad a través de procesos irreversibles como la meteorización.
Diferencia entre Erosión e Intemperismo
El intemperismo o la meteorización se consideran precursores de la erosión, al ser responsables de los procesos destructivos que afectan a las rocas in situ. En contraste, la erosión requiere de un agente dinámico que transporte los componentes rocosos. Las características estructurales y la composición de la roca determinan en gran medida los eventos ocurridos durante el intemperismo. Según el tipo de roca, los procesos termodinámicos serán más o menos destructivos y, frente a las mismas condiciones, darán resultados diferentes.
Así, los minerales que más tardaron en formarse serán más resistentes frente al intemperismo. Tomando como ejemplo las rocas ígneas, las más estables en superficie, la serie de Goldich muestra el grado de vulnerabilidad de los minerales más comunes. Por otra parte, las deficiencias en la estructura de la roca, tales como fisuras, irregularidades y fracturas, también afectan a la meteorización. El intemperismo actúa sobre el mismo material, superponiendo sus efectos y agravando o atenuando los mismos.
Meteorización Física (Desintegración)
La meteorización física consiste en la desintegración de la roca por procesos mecánicos producidos por esfuerzos internos o externos. La división de las rocas en partículas más pequeñas o la creación de grietas aumenta la superficie específica del material, haciéndolo más susceptible ante la meteorización química y biológica. Dentro del intemperismo físico se pueden distinguir varios procesos:
Lajamiento (Descompresión)
Consiste en la formación de diaclasas más o menos paralelas al terreno debido a la descompresión de la roca por eliminación de carga litostática. Esto ocurre con frecuencia en rocas formadas bajo altas tasas de presión y temperatura, que han quedado expuestas en el exterior de la cobertura terrestre o en sus proximidades. Este es un ejemplo de meteorización física por esfuerzos internos.
Crecimiento de Cristales (Gelifracción y Haloclastia)
Ya sea por el crecimiento de sales y/o cristales de hielo, corresponde un importante agente de intemperismo físico. Debido a los cambios de volumen que producen los diferentes estados del agua, las rocas sufren una tensión superpuesta en varios ciclos que va resquebrajando su estructura, lo que se conoce como gelifracción. De la misma forma, la formación de sales o haloclastia produce cambios volumétricos igualmente importantes en las rocas. Además, tienen la peculiaridad de estar presentes con mayor frecuencia en zonas urbanas, razón por la cual se estudian con gran interés en ingeniería y restauración de edificios.
Termoclastia
Se refiere a la disgregación física por la acción de ciclos variables de temperatura. Los minerales que forman la roca, debido a su composición y estructura, tienen diferentes tasas térmicas y experimentan cambios de volumen dispares. Procesos como la insolación promueven las tensiones entre los diferentes materiales, produciendo microfisuras. Este tipo de procesos tiene efectos distintos en zonas de solana y umbría, precisamente por las diferencias de temperatura que afectan a cada zona, aunque se trate del mismo material. Debido a la disparidad de sus componentes, las rocas son muy malos conductores térmicos. Las diferencias entre el exterior y el interior producen la exfoliación catafilar, una descamación de la roca similar a las capas de una cebolla.
Hidroclastismo
Los ciclos de humectación y desecación, que ocurren con frecuencia en zonas costeras o fluviales, también son un tipo de meteorización física. Las rocas sufren eventos en los que se encuentran expuestas continuamente a la acción de las mareas, ríos, lluvias, etc. Son procesos que contribuyen a la descomposición de los minerales que conforman la roca.
Meteorización Química (Descomposición)
La inestabilidad de los minerales y los agentes presentes en el medio determinan el tipo de reacciones químicas que ocurren. Debido a su dificultad para recrearlas experimentalmente, la velocidad y la tasa de meteorización química son aspectos poco conocidos. Sin embargo, se estudian con interés las reacciones químicas más comunes.
Hidrólisis
Se trata de una reacción química que origina la progresiva destrucción de los minerales debido a cambios catiónicos por la presencia de agua. Gracias a la abundancia de silicatos en la corteza terrestre, la hidrólisis es un método eficaz para formar arcillas de neoformación. Las rocas cristalinas, como el granito, son especialmente sensibles a este tipo de meteorización química.
Hidratación Química
Ocurre en presencia de agua y consiste en su incorporación en la estructura molecular del mineral, capaz de transformarse en otros minerales. Este fenómeno de neoformación acarrea cambios de volumen y solubilidad. Por ejemplo, la hematita reacciona con agua para convertirse en limonita, mientras que la hidratación química de la anhidrita la transforma en yeso.
Carbonatación
Consiste en la combinación de dióxido de carbono (CO2) con agua, creando ácido carbónico. Esta sustancia, especialmente destructiva, produce la disolución de las rocas carbonatadas. La corrosión resultante es una problemática muy acusada en ciudades por la dificultad de paliar sus efectos y la abundancia de CO2.
Disolución
Esta reacción implica una disociación iónica produciendo la difusión de las moléculas de un cuerpo a otro, siendo lo más común que una sustancia sólida pase a un líquido. La disolución es la principal responsable de la creación de los paisajes kársticos.
Oxidación y Reducción (Reacciones Redox)
Reacción reversible que consiste en la pérdida o ganancia de electrones de un elemento que desestabilizan la estructura del mineral, formando concreciones o pátinas. La oxidación es importante en la descomposición de minerales que contienen hierro o magnesio (olivino, oligisto). El oxígeno se combina con el hierro de estos minerales formando óxidos, como el óxido férrico.
Meteorización Biológica
El intemperismo biológico tiene como origen la interacción de un agente orgánico con la roca en cuestión. Esta relación puede darse entre la roca y un organismo o un ácido orgánico. A este respecto, la quelación es un proceso de degradación biológica donde la materia orgánica depositada reacciona con los minerales existentes, incorporando los iones metálicos a la estructura orgánica y favoreciendo la formación de suelos.
Por otro lado, los organismos como plantas y animales pueden desintegrar las rocas por el crecimiento de las raíces o la formación de madrigueras y agujeros. De igual forma, algunos son capaces de segregar sustancias que producen diversas reacciones químicas. Por ejemplo, las raíces de las plantas se introducen entre las grietas actuando de cuñas y segregan sustancias que alteran químicamente las rocas, como puede verse en la decoloración de la pared por la acción de los ácidos (carbónico y de otros tipos).
Interrelación de los Procesos de Meteorización
Aunque se estudian por separado para facilitar su comprensión, los distintos procesos de meteorización pueden ocurrir simultáneamente. La meteorización física produce la disgregación o ruptura de la roca sin que cambie su composición química o mineralógica, lo que facilita el proceso de erosión y transporte posterior. La meteorización química, por su parte, descompone los componentes de las rocas y las estructuras internas de los minerales, convirtiéndolos en minerales nuevos o liberándolos al ambiente circundante.
En climas áridos, la sal disuelta en el agua subterránea precipita y crece como cristales en los poros de las rocas, contribuyendo a su desintegración. La vida animal también contribuye a la meteorización física y biológica: criaturas excavadoras, desde lombrices de tierra hasta topos, abren grietas y mueven fragmentos de rocas. El pisoteo del ganado también genera un desgaste pocas veces tenido en cuenta.
Los minerales de silicato, que constituyen la mayor parte de la corteza terrestre, al degradarse químicamente, producen iones de sodio, calcio, potasio y magnesio que forman productos solubles. El elemento hierro se combina con el oxígeno, produciendo óxidos de hierro relativamente insolubles, que le dan al suelo un color marrón rojizo o amarillento. En la mayoría de las condiciones, los tres elementos restantes (aluminio, silicio y oxígeno) se unen con agua para producir minerales de arcilla residuales.
Además de alterar la estructura interna de los minerales, la meteorización química causa cambios físicos. Por ejemplo, las masas de rocas angulares se quitan o moldean químicamente cuando el agua ingresa a lo largo de las juntas o espacios y tienden a tomar una forma esférica. Gradualmente, las esquinas y los bordes de los bloques angulares se vuelven más redondeados. A veces, durante la formación de rocas esferoidales, las capas sucesivas se separan del cuerpo principal de la roca a manera de meteorización por cebolla, es decir, que la roca se disgrega como capas de cebolla.
Cuando la erosión las va desnudando, la sobrecarga disminuye, lo que les permite una cierta expansión, que genera muchas veces diaclasas groseramente concéntricas y muy próximas entre sí. Es posible comprender mejor el fenómeno si se lo compara con el procedimiento de descompresión de los buzos que han permanecido mucho tiempo a gran profundidad.
El agua aumenta su volumen al congelarse en aproximadamente un 9%. Esta presión confinante disminuye el punto de congelamiento, con lo cual el agua tiende a migrar hacia abajo a espacios y poros cada vez más pequeños. En los suelos existen naturalmente dos coloides: los orgánicos constituidos por el humus, y los inorgánicos representados por las arcillas. Una de las más conocidas es el efecto de cuña ejercido por las raíces que crecen en grietas, que resultan ostensiblemente magnificadas por su acción.
La presencia de agua es muy importante en la meteorización. Por ejemplo, en la crioclastia o gelifracción (meteorización física), favorece la fracturación de la roca al aumentar su volumen. En la meteorización química, es fundamental como agente de transporte de solutos y favoreciendo reacciones de meteorización química. En los desiertos, como no hay agua, la meteorización química prácticamente no se produce y solo predomina la física.
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