Il modellamento della superficie terrestre Il Gruppo di Sella, nelle Dolomiti. Il fenomeno del gelo e disgelo nel tempo produce una notevole quantità di detriti.

Forme primarie del rilievo sono il prodotto delle forze endogene Forme derivate del rilievo o forme di erosione sono il prodotto delle forze esogene

Il ciclo delle rocce 3

Agenti del modellamento terrestre Acque correnti Onde Ghiacciai Vento Essi lavorano per trasformare il rilievo in un bassopiano

Alterazione: la disgregazione o rottura di materiale roccioso Perchè le rocce esposte sulla superficie terrestre vengono attaccate dagli agenti esogeni? Come vengono ridotte in pezzi più piccoli ed a composizione chimica differente?

Conditions of formation of gabbro Surface conditions Temperature High temperature magma > 1000° C Surface temperatures of below freezing to 30°C (average 10-15°C) Pressure High (several Kbar) Normal atmospheric pressure Depth Several Km down in crust No depth Volatiles present (e.g. O2, H2O) Generally water and O2 free O2 -rich atmosphere with abundant, CO2 -rich water

Le condizioni chimico-fisiche sulla superficie sono ben diverse da quelle in cui il gabbro si è formato. Questo significa che la roccia tenderà ad essere chimicamente instabile nel momento in cui verrà esposta per asportazione dei sedimenti soprastanti. I cambiamenti che hanno luogo sono di due tipi: Alterazione fisica o meccanica Alterazione chimica E’ importante tenere presente che i due tipi di alterazione operano insieme, anche se in tempi e luoghi differenti, uno può essere dominante rispetto all’altro.

Quali sono i fattori che influenzano l’alterazione? Perché alcune rocce si disintegrano più facilmente di altre?

Alterazione chimica Definizione: trasformazione di un minerale in un altro Rottura dei legami di un minerale dissoluzione dei carbonati minerali primari --> minerali secondari (prevalentemente argille)

Alterazione chimica L’acqua determina: Dissoluzione Reazioni acide Molti composti ionici ed organici si dissolvono in acqua Reazioni acide Acqua + CO2 <---> acido carbonico HCO3 Acqua + zolfo <---> acido solforico H+ determina la rottura di legami all’interno di minerali

Dissoluzione H2O + CO2 + CaCO3 --> Ca+2 + 2HCO3- acqua + anidride carbonica + calcite Si dissolve in ioni calcio e bicarbonato L’attività biologica nei suoli genera CO2 Il bicarbonato è lo ione dominante di superfici dilavate.

CaCO3+CO2+H2O ---> Ca2+ + 2HCO3- This photo of Lime Sink was taken on 20 July 1932, over a week after the drawdown, which occurred over the night of 9-10 July. Paesaggi carsici si sviluppano in aree con carbonati CaCO3+CO2+H2O ---> Ca2+ + 2HCO3-

Alterazione chimica: carsismo Il tipico esempio è il processo conosciuto come CARSISMO (dissoluzione del carbonato di calcio da parte di acque aggressive Carbonato di calcio (insolubile) Bicarbonato di calcio (solubile) Il carsismo è influenzato da pH e temperatura Il carbonato di calcio (calcite, calcari), cloruro sodico (salgemma), e solfato di calcio (gesso) sono particolarmente vulnerabili. Monti Lepini: effetto del ruscellamento dell’acqua su rocce carbonatiche Grotta carsica negli Iblei 13 13

Grotte carsiche nel territorio di Custonaci (TP)

Alterazione chimica Ossidazione Attività organica L’ossigeno disciolto in acqua favorisce l’ossidazione del Fe2+ rilasciato dall’alterazione di minerali ferromagnesiaci. Attività organica L’attività di piante rende gli ioni H+ disponibili

Alterazione chimica Ossidazione L’ossigeno disciolto in acqua determina l’ossidazione di alcuni minerali (con produzione di ossidi ferrosi o ferrici) Spearhead Mesa, Monument Valley, Northeastern Arizona (Aerial View) Photograph by Peter L. Kresan Iron oxides, the product of the chemical weathering (oxidation) of iron-rich minerals, color this landscape. Redbeds typically form in terrestrial environments of deposition, where sediments are readily exposed to the Earth's atmospheric oxygen. These monuments and mesas form as the soft shales of the Permian Cutler formation erode, leaving the massive, vertically jointed cliffs of the DeChelly sandstone capping an apron of the shales. Press & Siever, Understanding Earth. 16 16

6.5 Red Soil, Madera Canyon Alluvial Fan, Santa Rita Mountains, Southeastern Arizona (Aerial View) Photograph by Peter L. Kresan A red-orange soil mantles the stable, top surface of terraces within a partially dissected alluvial fan. This is an unusual degree of redness for a soil in the semiarid Sonoran Desert, where chemical weathering is slow because of little moisture. This iron oxide- and clay-rich soil is thought to be approximately 500,000 years old. Its formation was facilitated by the stability of the alluvial fan surface and enhanced chemical weathering during the wetter glacial intervals. Note the parallel and somewhat darker lines cutting perpendicular to the channels on the left side of the fan. These are two fault scarps. Press & Siever, Understanding Earth.   17

Alterazione biologica Essa può essere chimica o meccanica. Le radici fratturano le rocce le radici producono acidi che dissolvono le rocce. tronchi d’albero animali scavatori

Alterazione biologica

Alterazione chimica Idratazione: L’adesione di molecole d’acqua alla struttura cristallina di una roccia causa espansione e debolezza Forze d’attrazione tra i dipoli delle molecole d’acqua e le cariche elettriche non neutralizzate presenti sulla superficie dei granuli. Processo molto comune nei fillosilicati (es. minerali argillosi). Un altro esempio comune è la trasformazione di anidrite in gesso CaSO4 + H2O = CaSO4*2H2O

Plummer et al. , Physical Geology 9th edition, McGraw Hill Inc, Box 02 Plummer et al., Physical Geology 9th edition, McGraw Hill Inc, Box 02.04.f1 In presenza d’acqua… 21

Idrolisi: una reazione chimica tra l’acqua ed un minerale ne determina lo scioglimento o la formazione di un nuovo minerale (feldspato potassico in minerali argillosi). 22

Alterazione chimica Dissoluzione: processo che determina lo scioglimento in acqua di una roccia E’ influenzata da pH e temperatura Quando l’acqua è satura di sali, questi possono precipitare dando origine a depositi evaporitici Carbonato di calcio (calcite, calcari), Cloruro di sodio (sale), e solfato di calcio (gesso) sono particolarmente vulnerabili alla dissoluzione.

Resistenza all’alterazione First to Crystallize Fast Weathering Bowen’s Reaction Series Goldrich Stability Series Last to Crystallize Slow Weathering

La degradazione delle rocce 25 25

Olivina/pirosseno in … ossidi di ferro e idrossidi

Feldspati in minerali argillosi

Quarzo in quarzo (!)

Alterazione meccanica: non cambia la composizione chimica, soltanto disgregazione in pezzi più piccoli

Alterazione meccanica Rottura cambi di pressione acqua: cicli di gelo e disgelo cristallizzazione di sale in fratture espansione e contrazione termica

Forme di disfacimento delle rocce Disgregazione granulare Esfoliazione Separazione a blocchi Frantumazione

Forme e processi di alterazione fisica Azione dell’irraggiamento solare (TERMOCLASTISMO). Azione dell’acqua (RUSCELLAMENTO, CRIOCLASTISMO). Azione del vento (DEFLAZIONE) (ABRASIONE) Azione di organismi (es . Radici di piante, muschi e licheni) Azione del gelo Cristallizzazione La cristallizzazione di sali da soluzioni saline sature provoca la disgregazione della massa rocciosa. ESEMPIO: CaCO3 + SO32- + 2H2O --- CaSO4* 2H2O + CO2 32 32

Azione dell’irraggiamento solare (termica) Mud cracks in un suolo argilloso

Forme di erosione accelerata influenzate dalla litologia I calanchi sono forme di erosione determinate dal ruscellamento dell’acqua nei versanti argillosi.

Azione del vento Geoitalia, 29, Dicembre 2009 Spettacolari erosioni a fungo nel parco geologico di Yehliu a Taiwan, a nord di Taipei Geoitalia, 29, Dicembre 2009 35

Alterazione meccanica Esfoliazione: La roccia si disgrega in strati paralleli alla superficie in seguito all’esposizione ed alla diminuzione di pressione.

Weathering Esfoliazione Many igneous rocks, particularly granite, are formed at great depth. When they come to the surface, they expand. Creates a morphology with exfoliation slabs – slabs sheet off in onionlike layers Stone Mountain, Georgia Expansion of rocks pose a risk in deep mines – explode off walls These fractures, or joints can enhance frost wedging and other erosive processes

Esfoliazione

Half Dome, Yosemite, CA Stone Mountain, GA Summit of Half Dome, Yosemite, shows exfoliation Half Dome, Yosemite, CA Stone Mountain, GA

Exfoliated Domes, Yosemite

Stone Mountain, Georgia, mostra l’esfoliazione dovuta a rimozione del carico Summit of Half Dome, Yosemite, shows exfoliation Stone Mountain, GA

Separazione a blocchi in rocce a fessurazione colonnare Gole dell’Alcantara, Sicilia. In una roccia che presenta numerose fratture, dovute al raffreddamento del magma, la forma più comune di disfacimento diventa la separazione a blocchi.

Degradazione sferoidale o desquamazione cipollare Torrente Ossena, Scordia. Degradazione dei basalti.

Azione del gelo: la roccia si frattura a causa dell’espansione del ghiaccio nelle fratture

Nei climi freddi questo tipo di alterazione è comune Effects of freeze thaw on granite. Mt. San Jacinto,southern California, Transverse Ranges.  About 8,500 feet.

Anche nei climi caldi (deserti) l’escursione termica determina dilatazioni e contrazioni che causano la rottura della roccia Weathering Rain may enhance this process

Come si propagano le fratture Water flowing through joints attacks the rock, rounding corners. As minerals are converted to clay, the rock expands, breaking outer layers off Can enhance mechanical weathering

Rates of weathering Alterazione Clima Temperatura ed umidità Alterazione chimica Più efficace in aree con climi caldi e umidi Meno efficace nelle regioni polari (acqua intrappolata sotto forma di ghiaccio) e nelle regioni aride (poca acqua) Alterazione meccanica Favorita da cicli di gelo-disgelo.

Alterazione chimica e meccanica La fratturazione, disintegrazione causata dall’alterazione meccanica espone una maggiore superficie. Maggiore è la superficie esposta, maggiore sarà l’alterazione chimica.