GEOL 3025: Cap. 6 Prof. Lizzette Rodríguez Meteorizacion y Suelo GEOL 3025: Cap. 6 Prof. Lizzette Rodríguez

Procesos externos de la Tierra Procesos que tienen lugar en la superficie terrestre o sus proximidades, y se alimentan de la energia solar Meteorizacion – fragmentacion fisica (desintegracion) y alteracion quimica (descomposicion) de las rocas de la superficie terrestre, o cerca de ella Procesos gravitacionales – transferencia de roca y suelo pendiente abajo por influencia de gravedad Erosion – eliminacion fisica de material por agentes dinamicos como agua, viento y hielo

Meteorizacion Dos tipos: mecanica y quimica Meteorizacion mecanica – Fuerzas fisicas rompen la roca en trozos cada vez mas pequenos sin modificar composicion mineral de la roca Tipos: Fragmentacion por el hielo (frost wedging) Descompresion Expansion termica Actividad biologica

Fragmentacion por el hielo (frost wedging) Ocurre por ciclos repetidos de congelacion y deshielo H2O liquida se expande ~9% cuando se congela Congelacion en un espacio confinado ejerce mucha P hacia afuera sobre paredes del lugar donde esta H2O se mueve por grietas de las rocas y al congelarse, expande y aumenta tamano de aberturas Despues de varios ciclos, la roca se rompe en fragmentos angulares – rotura por cuñas de hielo Comun en zonas frias o montañosas que sufren ciclos congelacion-deshielo diariamente

Fragmentacion por el hielo

Descompresion (unloading) Grandes masas de roca ignea (en particular granito) son expuestas a erosion y empiezan a soltarse losas concentricas: lajeamiento Proceso de descompresion: roca es elevada y expuesta por erosion, la alta P se reduce, y ocurre expansion rapida, incluso para producir fracturas y hasta estallidos por P Domos de exfoliacion - meteorizacion causa que la roca se fisure en capas que son gradualmente removidas

Lajeamiento: Fracturacion en capas delgadas

Domos de exfoliacion

Expansion termica Causadas por ciclo diario de T, que puede desintegrar las rocas Comun en desiertos – variaciones diurnas de >30o C Calentamiento causa expansion y enfriamiento causa contraccion

Actividad biologica Actividad de organismos: plantas, animales excavadores, seres humanos Ejemplo: raices vegetales que crecen en las fracturas entre las rocas buscando nutrientes y H2O, pueden romper la roca

Meteorizacion quimica Descomposicion o transformacion quimica de la roca en uno o mas compuestos nuevos Agente mas importante: H2O Responsable de transportar los iones y moleculas envueltas en procesos quimicos Participa de las reacciones quimicas Procesos: disolucion, oxidacion, hidrolisis

Disolucion Rompimiento de un mineral en sus iones o moleculas, en el H2O. Mayoria de los minerales son insolubles en H2O pura, pero la presencia de una cantidad incluso pequena de acido aumenta mucho la fuerza corrosiva del H2O Ej. acido carbonico formado cuando el CO2 de la atmosfera se disuelve en las gotas de lluvia Sustancia descompone con facilidad la mayoria de las rocas y origina productos hidrosolubles Halita es uno de los minerales mas hidrosolubles

Disolucion de halita

Oxidacion Reaccion quimica en que un compuesto pierde electrones O2 se combina con Fe para formar oxido ferrico (color marron rojizo) – el Fe se oxida porque pierde electrones en favor de O2 Adicion de H2O aumenta velocidad de reaccion Importante en descomposicion de minerales ferromagnesianos (forman ej. hematita)

Hidrolisis Reaccion de cualquier sustancia con H2O Adicion quimica de iones de H+ y OH- en H2O a la estructura interna de un mineral para producir otro Iones de H+ son los que atacan y sustituyen a otros Comun en descomposicion de silicatos Ej. granito – compuesto de cuarzo + feldespato potasico: iones H+ atacan y sustituyen los iones K+ en la estructura del feldespato. El K se convierte en nutriente o en bicarbonato potasico. Se produce ademas una arcilla: caolinita. Cuarzo es resistente a la meteorizacion. Arcillas: productos finales de met., estables en la superficie

Productos de meteorizacion de silicatos mas comunes

Alteraciones causadas por meteorizacion quimica Descomposicion de minerales inestables Generacion o retencion de minerales estables en la superficie terrestre Meteorizacion esferoidal: Produce formas redondeadas o esfericas - H2O ataca fragmentos rocosos angulosos a traves de grietas. Esquinas son afectadas mas facilmente (mayor area de superficie) Descamacion esferica: capas externas se desprenden y la met. quim. penetra mas en roca PQ? Minerales se meteorizan a arcillas, aumentando tamano (por adicion de H2O) y ejerciendo fuerza al exterior debilitando la roca y causando el desprendimiento de capas concentricas

Meteorizacion esferoidal de roca fracturada

Descamacion esferica

Velocidades de meteorizacion Factores que afectan el tipo y velocidad: Area de superficie: met. mecanica ayuda la met. quim. porque aumenta el area de superficie Caracteristicas de la roca: Prop. fisicas + quimicas Resistencia de sus minerales, ej. cuarzo en arenisca y cuarcita Rocas que contienen calcita (calizas y marmol): Se disuelven facilmente en soluciones acidas debiles Resistencia al ambiente local: solubles en climas humedos, pero muy resistentes en climas aridos Silicatos se meteorizan en el mismo orden que su orden de cristalizacion

Fragmentacion mecanica aumenta el area de superficie disponible para la meteorizacion quimica

Meteorizacion de silicatos comunes

Lapidas: granito vs. marmol

Cont. Velocidades de meteorizacion Clima Caracteristicas de T y humedad en superficie – control principal de meteorizacion a largo plazo Ambiente optimo: altas T + alta humedad Meteorizacion diferencial Rocas no se meteorizan uniformemente por factores regionales y locales Resulta en muchas formaciones y terrenos inusuales

Suelo Combinacion de materia mineral y organica, H2O y aire Es la porcion de la capa de roca y fragmentos minerales producidos por meteorizacion (regolito) que sustenta el crecimiento de las plantas Humus (restos descompuestos de la vida animal y vegetal – materia organica) es un componente pequeno, pero esencial

Principales componentes del suelo: ½ volumen – mezcla de roca desintegrada y descompuesta (materia mineral) + humus; ½ volumen – espacios porosos entre particulas solidas donde circula H2O y aire

Cont. Suelo Factores formadores del suelo Roca madre Fuente de materia mineral meteorizada a partir de la cual se desarrolla el suelo Residuales (roca madre es el substrato rocoso) o transportados (se desarrollan sobre sedimento no consolidado, en parte ya meteorizado) Tiempo que toma la formacion del suelo varia para diferentes suelos, dependiendo de condiciones geologicas y climaticas

Cont. Factores formadores del suelo Clima Factor mas influyente en la formacion del suelo T y precipitacion: elementos que ejercen el efecto mas importante sobre la formacion del suelo Controla la vida animal y vegetal presente Plantas y animales Influencian propiedades fisicas y quimicas del suelo Proporcionan materia organica

Cont. Factores formadores del suelo Topografia/pendiente Pendientes empinadas – suelos poco desarrollados (cantidad de H2O no es suficiente y erosion es acelerada) Terreno optimo para formacion de suelo: superficie plana o ligeramente ondulada en tierras altas (erosion minima e infiltracion suficiente de H2O en el suelo)

Relacion topografia-grosor suelo

Perfil del suelo Procesos de formacion del suelo actuan de la superficie hacia abajo Diferencias verticales (composicion, textura, estructura y color) se llaman horizontes – zonas o capas de suelo Horizonte O (negro) Acumulacion de materia organica debajo de vegetacion Caracterizado por material de plantas descompuesto Horizonte A (marron) compuesto por materia mineral y organica actividad biologica: se encuentra humus, a veces hasta 30% Horizontes O y A forman la capa superficial del suelo

Cont. Perfil del suelo Horizonte E – poca materia organica Zona de eluviacion y lixivacion (percolacion de H2O hacia abajo remueve elementos del A y los lleva al B) Horizonte B – zona de acumulacion (material acumulado por percolacion hacia abajo de la capa de encima) Horizonte C – roca madre parcialmente alterada Horizontes O, A, E y B = solum o “suelo verdadero”

Perfil ideal del suelo

Perfil del suelo demostrando los diferentes horizontes Dakota del Sur Puerto Rico

Clasificacion de los suelos Variaciones en la formacion de suelos a traves de tiempo y distancia ha llevado a gran variedad de tipos reconocidos de suelo Se han establecido grupos usando caracteristicas comunes Taxonomia del suelo – sistema usado en EU 12 ordenes de suelo

Regiones globales del suelo

Erosion del suelo Proceso natural, parte del reciclaje constante de materiales de la Tierra (ciclo de las rocas) Fuerzas erosivas principales: H2O + viento Velocidad de erosion depende de: Caracteristicas del suelo Clima Pendiente/topografia Tipo de vegetacion En muchas regiones: velocidad de erosion de suelos > velocidad de formacion de suelos

Erosion del suelo: (A) 1 mm de suelo perdido produce ~5 tons de material, (B) erosion en surcos o hondonadas

Cont. Erosion del suelo Sedimentacion y contaminacion quimica Relacionado con erosion excesiva del suelo Ej. sedimentacion de toneladas de suelo en lagos, pantanos y rios -- limita su uso para controlar inundaciones, para abastecimiento de H2O, etc. Ocasionalmente particulas de suelo son contaminadas con pesticidas usados en agricultura: afecta ej. calidad del suministro de H2O Conservacion de suelos: estructuras para cortar el viento, trabajar tierras a lo largo de contornos de colinas, practicas de cultivo especial, etc.