- Altération physique ou
- Télécharger
- Gel fracture ou gélification
- Cycles chauffage-refroidissement (thermoclastie)
- Fatigue
- Écailles de roche
- Mouillage et séchage
- Altération par croissance de cristaux de sel ou haloclastie
- Altération chimique
- Dissolution
- L'hydratation
- Oxydation et réduction
- Carbonatation
- Hydrolyse
- Altération biologique
- Les plantes
- Les lichens
- les organismes marins
- Chélation
- Références
L' altération est la décomposition des roches par désintégration mécanique et décomposition chimique. Beaucoup se forment à des températures et des pressions élevées profondément dans la croûte terrestre; lorsqu'ils sont exposés à des températures et pressions plus basses à la surface et rencontrent de l'air, de l'eau et des organismes, ils se décomposent et se fracturent.
Les êtres vivants ont également un rôle influent dans l'altération, car ils affectent les roches et les minéraux à travers divers processus biophysiques et biochimiques, dont la plupart ne sont pas connus en détail.
Devil's Marbles, un rocher fissuré par les intempéries, Australie. Source:
Il existe essentiellement trois types principaux par lesquels les intempéries ont lieu; cela peut être physique, chimique ou biologique. Chacune de ces variantes a des caractéristiques spécifiques qui affectent les roches de différentes manières; même dans certains cas, il peut y avoir une combinaison de plusieurs phénomènes.
Altération physique ou
Les processus mécaniques réduisent les roches en fragments progressivement plus petits, ce qui augmente à son tour la surface exposée aux attaques chimiques. Les principaux processus mécaniques d'altération sont les suivants:
- Le téléchargement.
- L'action du gel.
- Contrainte thermique causée par le chauffage et le refroidissement.
- L'expansion.
- Retrait dû au mouillage avec séchage ultérieur.
- Les pressions exercées par la croissance des cristaux de sel.
Un facteur important de vieillissement mécanique est la fatigue ou la génération répétée de contraintes, ce qui diminue la tolérance aux dommages. Le résultat de la fatigue est que la roche se fracture à un niveau de contrainte inférieur à celui d'un spécimen non fatigué.
Télécharger
Lorsque l'érosion élimine la matière de la surface, la pression de confinement sur les roches sous-jacentes diminue. La pression inférieure permet aux grains minéraux de se séparer davantage et de créer des vides; la roche se dilate ou se dilate et peut se fracturer.
Par exemple, dans le granit ou d'autres mines de roches denses, la libération de pression des coupes minières peut être violente et même provoquer des explosions.
Exfoliation Dome dans le parc national de Yosemite, USA. Source: Diliff, de Wikimedia Commons
Gel fracture ou gélification
L'eau qui occupe les pores d'une roche se dilate de 9% lorsqu'elle est gelée. Cette expansion génère une pression interne qui peut provoquer une désintégration physique ou une fracture de la roche.
La gélification est un processus important dans les environnements froids, où des cycles de gel-dégel se produisent constamment.
Altération physique d'un "cairn" en béton. Source: LepoRello., de Wikimedia Commons
Cycles chauffage-refroidissement (thermoclastie)
Les roches ont une faible conductivité thermique, ce qui signifie qu'elles ne sont pas douées pour conduire la chaleur loin de leurs surfaces. Lorsque les roches sont chauffées, la surface extérieure augmente beaucoup plus en température que la partie intérieure de la roche. Pour cette raison, la partie externe subit une dilatation plus importante que la partie interne.
De plus, les roches constituées de différents cristaux présentent un échauffement différentiel: les cristaux avec une coloration plus foncée chauffent plus vite et se refroidissent plus lentement que les cristaux plus clairs.
Fatigue
Ces contraintes thermiques peuvent provoquer la désintégration des roches et la formation d'énormes flocons, coquilles et feuilles. Le chauffage et le refroidissement répétés produisent un effet appelé fatigue qui favorise le vieillissement thermique, également appelé thermoclastie.
En général, la fatigue peut être définie comme l'effet de divers processus qui diminuent la tolérance d'un matériau aux dommages.
Écailles de roche
L'exfoliation ou le revêtement de stress thermique comprend également la génération de flocons de roche. De même, la chaleur intense générée par les incendies de forêt et les explosions nucléaires peut provoquer l'effondrement des roches et éventuellement leur rupture.
Par exemple, en Inde et en Égypte, le feu a été utilisé pendant de nombreuses années comme outil d'extraction dans les carrières. Cependant, les fluctuations quotidiennes de température, observées même dans les déserts, sont bien en deçà des extrêmes atteints par les incendies locaux.
Mouillage et séchage
Les matériaux contenant de l'argile - tels que le mudstone et le schiste - se dilatent considérablement lors du mouillage, ce qui peut induire la formation de micro-failles ou de microfractures (microfissures), ou l'agrandissement de fissures existantes.
Outre l'effet de fatigue, les cycles de dilatation et de retrait - associés au mouillage et au séchage - conduisent à l'altération des roches.
Altération par croissance de cristaux de sel ou haloclastie
Dans les régions côtières et arides, des cristaux de sel peuvent se développer dans des solutions salines qui sont concentrées par évaporation de l'eau.
La cristallisation du sel dans les interstices ou les pores des roches produit des contraintes qui les élargissent, ce qui conduit à la désintégration granulaire de la roche. Ce processus est connu sous le nom d'altération saline ou haloclastie.
Lorsque les cristaux de sel formés dans les pores de la roche sont chauffés ou saturés d'eau, ils se dilatent et exercent une pression contre les parois des pores proches; cela produit un stress thermique ou un stress d'hydratation (respectivement), qui contribuent tous deux à l'altération de la roche.
Altération chimique
Ce type d'altération implique une grande variété de réactions chimiques, agissant ensemble sur de nombreux types de roches dans toute la gamme des conditions climatiques.
Cette grande variété peut être regroupée en six types principaux de réactions chimiques (toutes impliquées dans la décomposition de la roche), à savoir:
- Dissolution.
- Hydratation.
- Oxydation et réduction.
- Carbonatation.
- Hydrolyse.
Dissolution
Les sels minéraux peuvent être dissous dans l'eau. Ce processus implique la dissociation des molécules en leurs anions et cations, et l'hydratation de chaque ion; c'est-à-dire que les ions s'entourent de molécules d'eau.
La dissolution est généralement considérée comme un processus chimique, bien qu'elle n'implique pas de transformations chimiques réelles. Comme la dissolution se produit comme une étape initiale pour d'autres processus chimiques d'altération, elle entre dans cette catégorie.
La dissolution est facilement inversée: lorsque la solution devient sursaturée, une partie de la matière dissoute précipite sous forme de solide. Une solution saturée n'a pas la capacité de dissoudre plus de solide.
Les minéraux varient dans leur solubilité et parmi les plus solubles dans l'eau sont les chlorures des métaux alcalins, tels que le sel gemme ou l'halite (NaCl) et le sel de potasse (KCl). Ces minéraux ne se trouvent que dans les climats très arides.
Le gypse (CaSO 4.2H 2 O) est également assez soluble, tandis que le quartz a une très faible solubilité.
La solubilité de nombreux minéraux dépend de la concentration d'ions hydrogène libres (H +) dans l'eau. Les ions H + sont mesurés en tant que valeur de pH, qui indique le degré d'acidité ou d'alcalinité d'une solution aqueuse.
L'hydratation
L'altération par hydratation est un processus qui se produit lorsque les minéraux adsorbent des molécules d'eau à leur surface ou les absorbent, en les incluant dans leurs réseaux cristallins. Cette eau supplémentaire crée une augmentation de volume qui peut provoquer la fracture de la roche.
Dans les climats humides des latitudes moyennes, les couleurs du sol présentent des variations notables: on peut l'observer du brunâtre au jaunâtre. Ces colorations sont causées par l'hydratation de l'hématite d'oxyde de fer rougeâtre, qui se transforme en une goethite de couleur oxyde (oxyhydroxyde de fer).
L'absorption d'eau par les particules d'argile est également une forme d'hydratation qui conduit à l'expansion de celle-ci. Puis, à mesure que l'argile sèche, la croûte se fissure.
Oxydation et réduction
L'oxydation se produit lorsqu'un atome ou un ion perd des électrons, augmentant sa charge positive ou diminuant sa charge négative.
L'une des réactions d'oxydation existantes implique la combinaison d'oxygène avec une substance. L'oxygène dissous dans l'eau est un agent oxydant courant dans l'environnement.
L'usure oxydante affecte principalement les minéraux contenant du fer, bien que des éléments tels que le manganèse, le soufre et le titane puissent également rouiller.
La réaction du fer - qui se produit lorsque l'oxygène dissous dans l'eau entre en contact avec des minéraux contenant du fer - est la suivante:
4Fe 2+ + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 2e -
Dans cette expression, e - représente les électrons.
Le fer ferreux (Fe 2+) trouvé dans la plupart des minéraux formant des roches peut être converti en sa forme ferrique (Fe 3+) en modifiant la charge neutre du réseau cristallin. Ce changement provoque parfois son effondrement et rend le minéral plus sujet aux attaques chimiques.
Carbonatation
La carbonatation est la formation de carbonates, qui sont les sels de l'acide carbonique (H 2 CO 3). Le dioxyde de carbone se dissout dans les eaux naturelles pour former de l'acide carbonique:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Par la suite, l'acide carbonique se dissocie en un ion hydrogène hydraté (H 3 O +) et un ion bicarbonate, suite à la réaction suivante:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
L'acide carbonique attaque les minéraux formant des carbonates. La carbonatation domine l'altération des roches calcaires (qui sont des calcaires et des dolomites); dans ces derniers, le minéral principal est la calcite ou le carbonate de calcium (CaCO 3).
La calcite réagit avec l'acide carbonique pour former du carbonate de calcium acide, Ca (HCO 3) 2, qui, contrairement à la calcite, se dissout facilement dans l'eau. C'est pourquoi certains calcaires sont si sujets à la dissolution.
Les réactions réversibles entre le dioxyde de carbone, l'eau et le carbonate de calcium sont complexes. En substance, le processus peut être résumé comme suit:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ⇔Ca 2 + + 2HCO 3 -
Hydrolyse
En général, l'hydrolyse - la décomposition chimique par l'action de l'eau - est le principal processus d'altération chimique. L'eau peut décomposer, dissoudre ou modifier les minéraux primaires sensibles des roches.
Dans ce processus, l'eau dissociée en cations hydrogène (H +) et anions hydroxyle (OH -) réagit directement avec les minéraux silicatés dans les roches et les sols.
L'ion hydrogène est échangé avec un cation métallique des minéraux silicates, généralement le potassium (K +), le sodium (Na +), le calcium (Ca 2 +) ou le magnésium (Mg 2 +). Le cation libéré se combine ensuite avec l'anion hydroxyle.
Par exemple, la réaction d'hydrolyse du minéral appelé orthoclase, qui a la formule chimique KAlSi 3 O 8, est la suivante:
2KAlSi 3 O 8 + 2H + + 2OH - → 2HAlSi 3 O 8 + 2KOH
L'orthoclase est donc convertie en acide aluminosilicique, HAlSi 3 O 8 et en hydroxyde de potassium (KOH).
Ce type de réaction joue un rôle fondamental dans la formation de certains reliefs caractéristiques; par exemple, ils participent à la formation du relief karstique.
Altération biologique
Certains organismes vivants attaquent les roches mécaniquement, chimiquement ou par une combinaison de processus mécaniques et chimiques.
Les plantes
Les racines des plantes - en particulier celles des arbres qui poussent sur des lits rocheux plats - peuvent exercer un effet biomécanique.
Cet effet biomécanique se produit au fur et à mesure que la racine se développe, car la pression qu'elle exerce sur son environnement augmente. Cela peut entraîner une fracture des roches du lit radiculaire.
Météorisation biologique. Tetrameles nudiflora poussant sur une ruine de temple à Angkor, au Cambodge. Source: Diego Delso, delso.photo, licence CC-BY-SA via
Les lichens
Les lichens sont des organismes composés de deux symbiotes: un champignon (mycobionte) et une algue qui est généralement des cyanobactéries (phycobiont). Ces organismes ont été signalés comme colonisateurs qui augmentent l'altération des roches.
Par exemple, il a été constaté que Stereocaulon vesuvianum est installé sur des coulées de lave, réussissant à augmenter son taux d'altération jusqu'à 16 fois par rapport aux surfaces non colonisées. Ces tarifs peuvent doubler dans les endroits humides, comme à Hawaï.
Il a également été noté que lorsque les lichens meurent, ils laissent une tache sombre sur les surfaces rocheuses. Ces spots absorbent plus de rayonnement que les zones lumineuses environnantes de la roche, favorisant ainsi l'altération thermique ou la thermoclastie.
Mytilus edul est une moule qui perce la roche. Source: Andreas Trepte, de Wikimedia Commons
les organismes marins
Certains organismes marins grattent la surface des roches et y forent des trous, favorisant la croissance des algues. Ces organismes perforants comprennent les mollusques et les éponges.
Des exemples de ce type d'organismes sont la moule bleue (Mytilus edulis) et le gastéropode herbivore Cittarium pica.
Le lichen Stereocaulon vesuvianum un colonisateur qui est installé dans les coulées de lave, les îles Canaries Fuerteventura et Lanzarote en Espagne. Source: Lairich Rig via
Chélation
La chélation est un autre mécanisme d'altération qui implique l'élimination des ions métalliques et, en particulier, des ions aluminium, fer et manganèse des roches.
Ceci est réalisé par liaison et séquestration par des acides organiques (tels que l'acide fulvique et l'acide humique), pour former des complexes solubles matière organique-métal.
Dans ce cas, les agents chélateurs proviennent des produits de décomposition des plantes et des sécrétions des racines. La chélation encourage l'altération chimique et le transfert de métal dans le sol ou la roche.
Références
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- Selby, MJ (1993). Hillslope Materials and Processes, 2e éd. Avec une contribution d'APW Hodder. Oxford: Presse d'université d'Oxford.
- Stretch, R. et Viles, H. (2002). La nature et le taux d'altération par les lichens sur les coulées de lave à Lanzarote. Geomorphology, 47 (1), 87–94. doi: 10.1016 / s0169-555x (02) 00143-5.
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