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

• Involucra la destrucción física (desintegración) y la alteración química (descomposición) de las rocas (minerales) en la superficie terrestre o cerca de ella. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 7

Fuente: Wicander y Monroe (1999) 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 8

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 9

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 10

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

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

12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 13

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 17

• 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). 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 18

Fuente: Elsevier (2005), Encyclopedia Geology 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 20

1. Intemperismo físico (mecánico) 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 21

• Desintegración de la roca (rotura mecánica). • Sin cambio en la composición mineral de ésta. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 22

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 23

Granito • Es un proceso que meteorizado rompe, desmenuza, disgrega o desintegra a la roca sólida. Granito fresco 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 24

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 25

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 26

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 28

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 31

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 36

2. Intemperismo químico 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 37

• Descomposición de los minerales que conforman una roca en sus componentes químicos (ataque químico). • La composición química de la roca cambia. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 38

• Requiere agua: “el solvente universal”: – Paisajes significativamente húmedos (ricos en agua). • Virtualmente ausentes en los desiertos. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 39

• Básicamente debido a los siguientes tipos: – Disolución. – Oxidación. – Hidrólisis. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 40

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 41

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 42

• 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). 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 43

• 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) 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 44

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 47

Fuente: Andrew S. Goudie (2006), Encyclopedia of Geomorphology (v.1 y 2). 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 48

• El volumen de la roca es reducido: – Las esquinas y los lados son atacados rápidamente: – Intemperismo esferoidal. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 49

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 51

• 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). 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 53

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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 57

• El tamaño de la partícula. • El clima. • El material original. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 58

• A mayor superficie, mayor efectividad del intemperismo químico. • Las pequeñas partículas tienen, en comparación con su volumen, superficies mayores que las grandes. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 59

• Mientras el área superficial del ejemplo crece, el volumen total sigue siendo 8 m³. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 61

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 62

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 63

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 64

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 65

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 66

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 67

1. Material parental 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 68

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 69

2. Temperatura y humedad extremas 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 70

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 71

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) 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 74

3. Efectos biológicos 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 75

• La biota activa acelera el intemperismo. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 76

4. Pasado geológico 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 77

• El ritmo del intemperismo ha variado con las condiciones bióticas y atmosféricas. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 78

Fuente: ? 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 82

• Las masas de rocas no se intemperizan uniformemente. • Esto resulta en numerosas formaciones rocosas, formas del relieve y paisajes inusuales y espectaculares. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 84

• Es una combinación de minerales, materia orgánica, agua y aire que soporta el desarrollo de las plantas. Fuente: Parker (2005) 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 97

• 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!. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 98

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 99

Fuente: Parker (2005)> 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 100

• Suelos diferentes se forman bajo condiciones climáticas diferentes. Pedalfer Pedocal Laterítico 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 101

• 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. 12/07/2009 11:11 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 103

Sedimento y rocas sedimentarias (Capítulo 7, texto guía) Próxima clase 12/07/2009 11:13 p.m. Ing. Geól. José Herrera García 6. Intemperismo, erosión y suelo 104

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