6. Intemperismo, erosión y suelo

Universidad de Oriente
Núcleo de Bolívar
Escuela de Ciencias de la Tierra
Departamento de Ingeniería Civil
Geología General (070-3154)

Instructor:
Ing. Geól. José G. Herrera García

Ciudad Bolívar, Julio de 2009

Fuente: The Britannica Illustrated Science Library (2009), BISL 02 - Rocks and Minerals

12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 4

• También se conoce como demorfismo,
meteorización o clastación (formación de
clásticos).
• El proceso destructivo o grupo de procesos
mediante los cuales los materiales terrestres y
rocosos expuestos a los agentes atmosféricos,
en o cerca de la superficie terrestre, cambian
de color, textura, composición, firmeza o
forma, con poco o sin transporte del material
suelto o alterado.

• Involucra la destrucción física (desintegración)
y la alteración química (descomposición) de
las rocas (minerales) en la superficie terrestre
o cerca de ella.


Fuente: Wicander y Monroe (1999)

• Un conjunto de
procesos por los cuales
las rocas y minerales
son alterados física y
químicamente, de
modo que se acercan
más al equilibrio con
un nuevo conjunto
de condiciones
ambientales.


• Producto del intemperismo se forma un
manto in situ de sedimentos desgastados y
preparados para su transporte
– Regolito o suelo.
• El regolito o suelo que es transportado se
conoce como sedimento.
• El movimiento del sedimento se llama erosión.


• La mayor parte del intemperismo ocurre en la
superficie.
• Sin embargo, éste también puede tener lugar
a considerables profundidades.
• Así como en las juntas de las rocas que
permiten la fácil penetración del oxígeno
atmosférico y la circulación de aguas
superficiales.


• Algunos autores restringen el intemperismo
a los procesos destructivos debido a las aguas
superficiales, que ocurren por debajo de
100 °C y a 1 kb.
• Otros amplían el término para incluir los
cambios biológicos y la acción corrosiva del
viento, agua y hielo.


• Físico (mecánico):
– Rotura mecánica o desintegración.
• Químico:
– Descomposición por reacción con el agua.
– Produce materia disuelta y un residuo insoluble.
• Biológico:
– Acción de los organismos frecuentemente
combinada con los procesos de meteorización
físicos y químicos.

• Físico:
– Molienda de los granos de café.
• Químico:
– Mezcla del café con agua caliente (lixiviación,
lavado).
– Genera materia disuelta (café) y un residuo
depletado insoluble (borra del café).


Fuente: Elsevier (2005), Encyclopedia Geology

1. Intemperismo físico (mecánico)


• Desintegración de la roca (rotura mecánica).
• Sin cambio en la composición mineral de ésta.


• Frecuentemente sucede junto con el
intemperismo químico, excepto en los climas
extremos:
– El intemperismo físico domina en las regiones
polares y desérticas.
– En cualquier otro lugar, domina el intemperismo
químico.


Granito
• Es un proceso que meteorizado

rompe, desmenuza,
disgrega o desintegra a
la roca sólida.

Granito
fresco


• Básicamente debido a los siguientes tipos:
– La congelación:
 Cuña de hielo (macrogelivación).
 Alternancia de hielo y deshielo.
– La liberación de presión:
 Juntas laminares
 Liberación de la presión de sobrecarga o de confinamiento.
– La expansión y contracción térmicas:
 Intemperismo térmico (termoclástico).
 Alternancia de humedad y sequía.
– El crecimiento de cristales de sales:
 Cuña de sal (haloclástico).
– La actividad de los organismos:
 Cuña de raíces.


• El agua penetra en la fractura de una roca,
congelándose dentro de ésta.
• La expansión del hielo provoca un acuñamiento
de la fractura abierta.
• Durante el deshielo el agua se infiltra más
profundamente dentro de la grieta.
• La alternancia resulta en la desintegración de la
roca.
• Este proceso es dominante en las regiones
montañosas.

• Las rocas acuñadas son liberadas por la
alternancia del hielo-deshielo acumulándose
como un talud detrítico en la base de las
laderas escarpadas.
• El talud detrítico pende acumulado en el
ángulo de reposo.


• Las rocas se expanden con la erosión del material
suprayacente con la consecuente reducción de la
presión litostática (descompresión).
• Las rocas desarrollan grietas llamadas juntas
laminares o de exfoliación.
– Por ejemplo, las rocas ígneas plutónicas:
Rompen o “desconchan” en capas paralelas llamadas lajas
de exfoliación.
La liberación de la sobrecarga produce domos de exfoliación:
 Exhiben exfoliación esferoidal.


• Acción de las raíces de
las plantas/árboles:
– Agrandan las grietas de
las rocas.
– Acuñamiento de las
raíces.
– Este proceso se conoce
también como
intemperismo
biomecánico.


2. Intemperismo químico


• Descomposición de los minerales que
conforman una roca en sus componentes
químicos (ataque químico).
• La composición química de la roca cambia.


• Requiere agua: “el solvente universal”:
– Paisajes significativamente húmedos (ricos en
agua).
• Virtualmente ausentes en los desiertos.


• Básicamente debido a
los siguientes tipos:
– Disolución.
– Oxidación.
– Hidrólisis.


• La rocas es completamente disuelta.
• Algunos minerales como la halita, el yeso y la
calcita se disuelven:
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca+2 + 2HCO3-1
(calcita) + (agua) + (bióxido de carbono) → (ión de calcio) + (ión de bicarbonato)

• La acidez colabora en este proceso:
– Por ejemplo:
La lluvia ácida.


• Reacciones con el oxígeno:
– La roca se oxida.
– Una reacción en la cual un metal libera electrones.
• Resulta importante en la descomposición de
los minerales máficos.
• La herrumbre es un ejemplo familiar de
oxidación.


• Reacciones con el agua:
– Liberación (lysis) por el agua (hydro).
• El agua libera los cationes que mantienen
juntos a los silicatos:
– Cationes disueltos.
• Formación de nuevos minerales.
– Minerales alterados (residuos) tales como:
Minerales de arcilla.
Óxidos de hierro (moho).


• El feldespato potásico se meteoriza en
minerales de arcilla y algunos iones:

KAl2Si3O8 + 2H+1 + 2HCO3-1 + H2O →
(ortoclasa) + (ión de hidrógeno) + (ión de bicarbonato) + (agua)

Al2Si2O5(OH)4 + 2K+1 + 2HCO3-1 + 4SiO2
(caolinita, arcilla) + (ión de potasio) + (ión de bicarbonato) + (sílice)


• Descomposición de los minerales inestables:
– Inverso a la serie de reacción de Bowen:
Serie de estabilidad de Goldich.
– Rangos de estabilidad mineral:
Minerales formados a alta P y T:
 Son los más inestables en la superficie terrestre.
Minerales formados a baja P y T:
 Son los más estables.
– La descomposición forma minerales estables a partir
de sus precursores inestables.
Por ejemplo:
 Olivino → óxidos de hierro.


Fuente: Andrew S. Goudie (2006), Encyclopedia of Geomorphology (v.1 y 2).

• El volumen de la roca es reducido:
– Las esquinas y los lados son atacados
rápidamente:
– Intemperismo esferoidal.


• Ambos mecanismo actúan de manera
interrelacionada y en forma positiva.
• La desintegración física incrementa el área
superficial.
• Esto permite que el agua invada a la roca y
promueva los procesos de intemperismo
químico (ataque químico).
• El proceso se repite ininterrumpidamente.


• La biotita y los
feldespatos se meteorizan
en minerales de arcilla.
• Estos minerales son
removidos por el agua de
escorrentía.
• Los minerales removidos
hacen que la roca se
desmenuce (desmigaje,
desmorone).
• El cuarzo, mineral
resistente al
intemperismo, es dejado
(abandonado).

Ing. Geól. José Herrera García

• Los procesos actúan sobre la superficie de las
partículas.
• Las rocas o los minerales son alterados de
afuera hacia adentro.


• El tamaño de la partícula.
• El clima.
• El material original.


• A mayor superficie, mayor efectividad del
intemperismo químico.
• Las pequeñas partículas tienen, en
comparación con su volumen, superficies
mayores que las grandes.


• Mientras el área superficial del ejemplo crece, el volumen total sigue
siendo 8 m³.


• Con relación al bloque anterior…
1. Su superficie total aumenta, a medida que se
divide en bloques más pequeños.
2. Mientras más pequeño sea cada bloque, mayor
será el área superficial del bloque original en
comparación con su volumen.
• Conclusión: el intemperismo mecánico
reduce el tamaño de las partículas,
contribuyendo al intemperismo químico al
exponer mayor área superficial en una roca.


• Procesos químicos: se aceleran debido a las altas
temperaturas y a la presencia de líquidos.
• El intemperismo químico es más efectivo en los
trópicos que en las regiones áridas y árticas:
– En los trópicos, tanto la temperatura como la
pluviosidad son altas, mientras que las tasas de
evaporación son bajas.
– La vegetación y la vida animal son más abundantes.


• Efectos del intemperismo en los trópicos:
– Se extienden a profundidades de varias decenas
de metros.
• Efectos del intemperismo en las regiones
áridas y árticas:
– Se extienden sólo de unos centímetros a unos
cuantos metros de profundidad.
• El intemperismo químico prosigue en todas
partes, menos, quizás, donde los materiales
de la Tierra estén perfectamente congelados.

• Algunas rocas son químicamente más estables
que otras y no se alteran con igual rapidez por los
procesos químicos:
– P.e., cuarcita vs basalto.
• La estabilidad de los minerales comunes es
precisamente lo contrario a su orden de
cristalización en la serie de reacciones de Bowen:
– Los minerales formados al final de la serie son
químicamente estables, mientras que los formados
primero son alterados fácilmente por los procesos
químicos.


• Intemperismo esferoidal:
– Manifestación del intemperismo químico.
– Una roca, aunque sea de forma rectangular
inicialmente, se intemperiza y toma una forma
esferoidal porque ésta es la figura más estable que
puede asumir.


• En un bloque rectangular…
– Esquinas: son atacadas por los procesos de
intemperismo en tras lados.
– Bordes: son atacados por dos lados.
– Superficies planas (caras): se intemperizan de manera
más o menos uniforme.
• Por consiguiente, las esquinas y los bordes se
alteran con mayor rapidez, se desprende material
de ellos y se desarrolla una forma más esférica.
Una vez que se ha creado la forma esférica, todas
las superficies se intemperizan al mismo ritmo.

1. Material parental


• El material parental menos estable, formado a
alta P y T, se intemperiza más rápidamente
mientras que el formado a baja P y T es más
estable.


2. Temperatura y humedad
extremas


• Calor y humedad:
– Intemperismo químico al máximo.
• Frío y humedad:
– Intemperismo físico al máximo.
• Calor y sequedad:
– Dominio del intemperismo físico.
• Frío y sequedad:
– Todo el intemperismo al mínimo.


Intemperismo Intemperismo físico/mecánico y químico combinados
200 químico
Fuerte 200
150

Fuente: Peltier (1950) en Richard John Huggett (2007), Fundamentals of Geomorphology.
Intemperismo químico
100 Moderado fuerte

150
50 Débil Ciudad Bolívar
Precipitación media anual (cm)

P = 83 mm ; T = 27,7 °C
Intemperismo
 químico
0
-20 -10 0 10 20 30 moderado
con acción Intemperismo químico
100 del congelamiento moderado
Intemperismo
200 (cuña de hielo)
físico/mecánico

150

50
100
Intemperismo
muy ligero
50 Ausente o
insignificante


0 0
-20 -10 0 10 20 30 -20 -10 0 10 20 30

Temperatura media anual (°C)


3. Efectos biológicos


• La biota activa acelera el intemperismo.


4. Pasado geológico


• El ritmo del intemperismo ha variado con las
condiciones bióticas y atmosféricas.


Fuente: ?


• Las masas de rocas no se intemperizan
uniformemente.
• Esto resulta en numerosas formaciones
rocosas, formas del relieve y paisajes
inusuales y espectaculares.


• Es una combinación de
minerales, materia
orgánica, agua y aire
que soporta el
desarrollo de las
plantas.

Fuente: Parker (2005)

• Hans Jenny (1941), identificó cinco:
– El clima:
Aireación y la precipitación.
– El material parental:
Mineralogía.
– La biota:
Plantas, animales y microbios.
– La pendiente del terreno:
Topografía.
– El tiempo:
¡Historia geológica/evolutiva!.


• Los procesos formadores de suelo actúan desde
la superficie hacia abajo.
• Esto origina horizontes de suelos:
– Horizonte A:
Rico en materia orgánica y mineral.
– Horizonte B:
Es transicional.
Presencia de materia mineral alterada y poca materia
orgánica.
– Horizonte C:
Lecho rocoso alterado.


Fuente: Parker (2005)>

• Suelos diferentes se forman bajo condiciones
climáticas diferentes.
Pedalfer Pedocal Laterítico


• American Geological Institute (AGI) (1995),
Glossary of Geology [CD]. (R. L. Bates y J. A.
Jackson, edits.; 3era ed.) Alexandria-Virginia,
EEUU.
• Tarbuck, E. J., Lutgens, F. K. y Tasa, D. (2005).
Ciencias de la Tierra: una introducción a la
Geología Física (8va ed.). (M. Martín-Romo, Ed., &
AMR Traducciones científicas, Trad.) Ribera del
Loira-Madrid, España: Pearson Educación S.A.
• Wicander, R., & Monroe, J. S. (1999).
Fundamentos de Geología (2da ed.). (E. Palos,
Trad.) México: International Thomson.

Sedimento y rocas sedimentarias
(Capítulo 7, texto guía)
Próxima clase


6. Intemperismo, erosión y suelo

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