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FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica
Ing. María E. López Becerra
CAP I: GENERALIDADES
Ing. María E. López Becerra
CAPITULO I: GENERALIDADES
Introducción
Definiciones básicas.
Meteorización y agentes de meteorización.
Meteorización mecánica y meteorización química.
Procesos erosivos
Ing. María E. López Becerra
INTRODUCCIÓN:
La meteorización es el conjunto de transformaciones físicas y
químicas (cambios en composición, color textura, consistencia
y forma de los cuerpos rocosos) que se producen en las rocas en
o cerca de la superficie terrestre bajo la acción de los agentes
atmosféricos sin que tenga lugar transporte apreciable de los
materiales resultantes de la alteración. Se trata de un proceso
que tiende a equilibrar las rocas con las condiciones
fisicoquímicas propias de la superficie terrestre, que son en
general diferentes de aquellas bajo las que se formaron.
Es el conjunto de modificaciones que experimentan las rocas
por efecto de los gases que contiene el aire atmosférico y de las
variaciones de la temperatura.
Desintegración y
descomposición de
una roca en la
superficie terrestre
Estar expuesto a los
diferentes agentes
geológicos externos
Incluye la denudación o degradación de las rocas, es decir el trasporte del material; eliminación física de material por agentes dinámicos como el agua, el viento, el hielo o la gravedad
Ing. María E. López Becerra
METEORIZACIÓN Y AGENTES DE
METEORIZACIÓN
La meteorización es un proceso de descomposición "in situ" de
las rocas y de los minerales que las integran (no va acompañada de
transporte) por procesos físico-químicos (desintegración y
descomposición), llevados a cabo por la acción de la atmósfera.
La meteorización depende de la propia roca, del clima y de la
actividad de los seres vivos
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
¿QUE INVOLUCRA EL DEMORFISMO?
Afloramiento superficie del
terreno
suelo y roca
erosionada
Producto de la meteorización 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
PRODUCTOS DE LA CLASTACIÓN
OCURRENCIA DE LA METEORIZACIÓN
Los procesos de intemperismo da lugar a la formación de regolita (material
meteorizado y fragmentado) y suelo.
El contacto entre roca y suelo puede ser neto o gradual. El
material meteorizado puede permanecer en su lugar de origen
sobre la roca madre o roca firme (regolita y suelo residual) o
puede ser transportado como sedimento y puede litificarse
originando nueva roca o permanecer como material suelto y
dar origen a suelos (suelos transportados)
La meteorización química puede ser más intensa en cuanto
a la alteración del material rocoso. Produce descomposición
y cambios mineralógicos. El intemperismo físico fractura y
disgrega la roca,
debilitando la estructura rocosa. Al romperse los minerales
y los contactos entre partículas, aumenta la superficie
expuesta a la atmósfera y a la acción de agentes de
meteorización.
Las rocas ígneas y metamórficas, son químicamente
inestables en la superficie terrestre, al haberse formado en
condiciones de presión y temperatura muy diferentes. Por
esta razón sufren intensa meteorización química y cambios
mineralógicos. Sin embargo, son más resistentes a la
meteorización mecánica que las rocas sedimentarias.
METEORIZACIÓN FÍSICA
Da lugar al desarrollo de fisuras o grietas en las rocas y a la consiguiente fragmentación de
estas los principales mecanismos son:
Meteorización física METEORIZACIÓN FÍSICA:
LAJAMIENTO.
Lajamientos; termoclastia; crecimiento de cristales; hidratación – desecación; acción de plantas y animalaes.
CRECIMIENTO DE CRISTALES: CRIOCLASTIA O GELIFRACCIÓN
En zonas frías (latitudes medias y altas) para
temperaturas bajas el agua que ocupa fisuras y poros
de la roca, se congela y experimenta aumento de
volumen. Esto implica un esfuerzo sobre las paredes
de los espacios en los que esta confinado. Este proceso
recibe varias denominaciones tales como rotura por
cuña de hielo o gelivación. También se lo conoce con
el nombre de crioclastia(kryos: frío y klastos: roto) o
gelifracción
El agua se acumula en
las fisuras de las rocas
La roca se fractura por
esfuerzo que causa el
aumento de volumen del
hielo
El agua al congelarse
aumenta su volumen
Esfuerzo de extensión
Los ciclos de congelamiento y deshielo diarios o estacionales
del agua en las fisuras intersticiales de las rocas, causa la
alternancia de esfuerzos que aumentan la velocidad de
meteorización del material.
Esta acción cíclica aumenta más la efectividad de este tipo de
intemperización.
Cuando el agua penetra por las grietas, poros y
hendiduras de las rocas y luego se congela,
aumenta más del nueve por ciento (9%) de su
volumen y ejerce una presión de unos 150
kg/cm2 . Las rocas se rompen y los fragmentos se
separan, como si entre ellos se metiera una cuña
y con el deshielo quedan sueltos.
La efectividad de la crioclastia es función del
contenido de agua y tipo de roca. Las rocas
ígneas
experimentan menor desintegración que las
metamórficas con textura apizarrada. Esto está en
relación con las características estructurales y con
la densidad de los planos de fisibilidad de la roca.
En el caso de las rocas sedimentarias, la crioclastia
depende de la porosidad.
Además las rocas muy porosas no son afectadas
por la gelifracción.
Crioclastia en pizarra.
Crioclastia en R. igneas
Una evidencia clara de estos procesos
repetidos es el de los piedemontes, coluviones
o pedregales en la base de los piedemontes,
coluviones o pedregales en la base de las
monta las montañas empinadas.
CRECIMIENTO DE CRISTALES: HALOCLASTIA (halo: sal y klastos: fragmento).
La acción de sales disueltas en agua se
introducen por hendiduras y poros de las rocas.
Al evaporarse el agua se precipitan los cristales
de las sales ejerciendo una importante tensión
sobre la roca y ampliando la anchura de la
grieta.
Sucesivos ciclos provocan esfuerzos que
terminan por romper la roca en bloques de
forma angulosa. Si bien este fenómeno se da en
muchos ambientes es principalmente activo en
climas áridos, semiáridos y en zonas litorales
(latitudes medias y bajas)
Este proceso es más intenso
cuanto mayor sea la
concentración de sales en el
agua. Las grietas y poros de
las rocas se llenan con
disoluciones salinas muy
concentradas (sulfatos,
carbonatos, cloruros).
Cuando el agua se evapora
cristaliza las sales lo que
provoca un aumento de
volumen generando una
acción similar a la del hielo.
CRECIMIENTO DE CRISTALES: HIDROCLASTIA
La descamación y formación de redes de grietas poligonales pueden observarse en suelos
arcillosos que se secan tras haber estado inundados.
Otro mecanismo de fragmentación está
relacionado con la absorción de agua en
el espacio interlaminar de las estructuras
de arcillas que tiene como consecuencia
la separación de las láminas dando
lugar al hinchamiento. A medida que se
intercalan capas de agua y la separación
entre las láminas aumenta, las fuerzas
que predominan son de repulsión
electrostática entre láminas, lo que
contribuye a que el proceso de
hinchamiento pueda llegar a disociar
completamente unas láminas de otras. : Hidroclastia en arcillas
En los casos en que el agua tiene alta concentración de sales
el proceso de hidroclastia se da en forma simultánea con la
haloclastia. Pudiendo observarse manchas blancas que
corresponden al crecimiento de cristales de sal en los poros y
grietas de la roca. Cuando el nivel frático asciende, arrastra
consigo sales que precipitan cuando el nivel freático
desciende.
EXPANSIÓN TÉRMICA DIFERENCIAL: TERMOCLASTIA
La fragmentación mecánica puede ser el resultado del calentamiento y enfriamiento que sufre
la roca que está compuesta por minerales con diferentes coeficientes de expansión térmica.
Las amplias variaciones (diurnas y estacionales) de temperatura junto con la presencia de
vientos secos facilitan la termoclastia (thermos, caliente; klastos, fragmento).
Fractura debida a procesos cíclicos de calentamiento
diurno (expansión) y enfriamiento nocturno
(contracción).
En los desiertos cálidos, las variaciones de temperatura
diarias pueden superar los 40 °C. Sucesivos ciclos de
calentamiento y enfriamiento debilitan las rocas,
especialmente las formadas por minerales melanocratos
(oscuros) que absorben mayor cantidad de calor (se
calientan y dilatan más) y por leucocratos (claros), por lo
que los minerales de las rocas no se dilatan todos en la
misma proporción. Esto produce una expansión
diferencial en la capa más externa de la roca, cuyo
resultado es la disgregación superficial de la roca
o descamación
EXPANSIÓN TÉRMICA DIFERENCIAL: TERMOCLASTIA
Las variaciones de temperatura, pueden actuar de forma indirecta sobre la roca, causando
la expansión de cristales de sal contenidos en sus fisuras y poros. Las dilataciones
producidas en dichas sales pueden generar esfuerzos que causen su agrietamiento
Puede ocurrir que en el proceso
se desprendan pequeños
elementos (desagregación
granular), que se separen
pequeñas placas, como la piel de
una cebolla (descamación) o que
se cuartee la roca provocando
fisuras, lo que puede dar lugar
al desprendimiento de fragmentos
de cierto tamaño
(cuarteamiento). Falsa estratificación Formación: descamaciones.
Lugar de formación: en cualquier lugar donde la
temperatura varíe fuertemente.
Lajamiento por Descompresión:
La erosión reduce la presión
litostática que soportan las rocas
situadas bajo el material
erosionado; como consecuencia se
produce una liberación de tensiones
y la expansión de la roca
(descompresión) que se traduce en
el diaclasamiento de la misma. En
la descompresión, las capas
externas se expanden más que las
situadas debajo, por lo que se
separan de la masa rocosa. Esta red
de fisuras es una importante vía de
penetración del agua en rocas poco
permeables. Se da
fundamentalmente en rocas
plutónicas.
Expansión provocada por la descompresión.
La eliminación de una fuente de presión (desaparición de una roca por erosión)
provoca el fenómeno de meno lajeamiento”, ó exfoliación esferoidal
ACCIÓN DE LOS SERES VIVOS: BIOCLASTIA
Las raíces de los árboles y plantas ejercen una
presión sobre las rocas haciendo crecer las
grietas debido al aumento de volumen de las
raíces en su proceso de crecimiento.
Por otra parte animales, insectos y pequeños
microorganismos, causan alteraciones en la
roca durante los procesos de construcción de
nidos y madrigueras o por excavaciones con el
fin de buscar alimento dando lugar a la
formación de cuevas y galerías
La expansión y contracción
de bacterias y líquenes en
relación con el contenido de
agua,
Produce desintegración
granular y descamación
tanto en la superficie como
en los poros de la
roca.
Hidratación
Hidrolisis
Oxidación
Carbonatación
Disolución
Meteorización química Proceso de alteración de las rocas debido a los agentes químicos (H2O, CO2, y
ácidos) que, a diferencia de la meteorización física, producen la alteración
química de las rocas ya que se destruyen algunos de los minerales originales. El
agua es el agente de meteorización química más importante por su gran
capacidad disolvente.
Predomina en los climas cálidos y húmedos. Las altas temperaturas y la
abundancia de agua, con iones en disolución, que la hacen más activa, favorecen
las reacciones químicas en estos climas.
La meteorización mecánica facilita este tipo de meteorización, pero se necesita
la presencia de agua líquida (interviene en las reacciones y evacua los iones
liberados), por lo que sólo es posible en los lugares donde ésta exista.
Hidratación: Es el proceso por medio del cual se
absorbe el agua y se combina químicamente con las
moléculas minerales, para formar nuevos minerales.
Es uno de los procesos junto con la hidrolisis,
considerado como el más importante en la
descomposición de las rocas. La hidratación implica
la incorporación de moléculas de agua en la
estructura mineral. Cuando las moléculas de agua se
introducen a través de las redes cristalinas se
produce una presión que causa un aumento de
volumen, que en algunos casos como es la
transformación de anhidrita a yeso. Cuando estos
materiales transformados se secan se produce el
efecto contrario, se genera una contracción y se
resquebrajan.
CaSO4 + 2H2O CaSO4 .2H2O
(anhidrita) (yeso)
Hidrólisis.
Consiste en la disociación de los minerales de
una roca por acción directa del agua. Afecta
fundamentalmente a los silicatos que son los
minerales más abundantes. Cabe destacar la
hidrólisis de los feldespatos (ortosa) que se
transforman en arcilla (caolín)..
Es un proceso importante en la descomposición de las rocas; se tiene que el feldespato
potásico u ortosa, por hidrolisis se producen arcillas complejas ácido silícico y carbonato de
potasio.
Este proceso también se puede ejemplificar por la transformación de la ortosa (feldespato)
en caolín (arcilla).
2KAlSi3O8 + 2H2O + CO2 Al Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + K2CO3 ortosa caolín sílice Carbonato de
potasio
agua Dióxido de
carbono
Oxidación: las reacciones de oxidación son características de un ambiente con abundante
oxígeno. Un ambiente acuoso es esencial para acelerar el proceso oxidante. Los minerales
mas afectados por la oxidación son aquellos que contienen Fe y Mn, de los cuales por
descomposición, en presencia de O2 y H2O resultan los óxidos o hidróxidos . El oxigeno es el
elemento químicamente mas activo de la atmosfera; su papel esta en los procesos biológicos,
es esencial para la vida, pero es secundario en el intemperismo químico de las rocas.
El ejm muy conocido de oxidación en el cual se combina el hierro metálico con el O2, para
formar el oxido de hierro de color rojo, llamado hematita: cuya reacción es:
4Fe + 3O2 2Fe2O3 óxido férrico (hematita)
Los sulfuros de hierro son comunes y se encuentran diseminados en muchas rocas antes del
intemperismo, como por ejm la pirita (FeS2); después del intemperismo, solo quedan en las
rocas manchas rojizas, debido a la oxidación.
La siguiente reacción muestra los minerales originales y los productos finales: la hematita y
el acido sulfúrico:
2FeS2 + H2O + O2 Fe2O3 + H2SO4
óxido férrico
(hematita)
Acido sulfúrico
Intemperismo de
Silicatos de Fe
El Fe se disuelve y libera SiO2 y Fe2+ es
oxidado a Fe 3+
Y combinado con H2O, se precipita en
Fe2O3: hematita:
intemperismo de los SILICATOS minerales formadores de las rocas ígneas
(compuestos de Si, O, Al y Fe, Mg, Ca, Na y
K), al intemperizarse químicamente liberan:
iones, que quedan disueltos en el agua.
El Fe se oxida fácilmente y forma hematita y
limonita. Los cationes (Al, Si y O), se unen
con el agua y iones disueltos en ella, a
minerales de arcilla residuales.
Disolución: el agua es un agente muy activo y es capaz de disolver todos los minerales
que constituye las rocas, y su capacidad disolvente aumenta cuando contiene CO2, en
solución. En especial este fenómeno se presenta principalmente en las rocas calcáreas,
como las calizas y las dolomías, sobre las cuales forman paisajes cársticos que dejan
rasgos muy peculiares tanto en superficie como en cavernas subterráneas.
La disolución de las rocas se debe en parte a la gran solubilidad del carbonato de calcio
(CaCO3), en el agua pura, si las aguas corrientes tanto superficiales como subterráneas
contienen gas carbónico disuelto, este hará mas energética la acción del agua y
desarrollara la siguiente reacción química.
CaCO3 + CO2 + H2O Ca(CO3H)2 Roca caliza Gas
carbónico agua disuelto
A través de este procesos, el
agua destruye las rocas de la
corteza terrestre
Además de esta acción, el agua
crea las condiciones para que
actúe los otros agentes del
intemperismo.
Carbonatación: es un proceso químico por el cual las rocas calizas se disuelven. Las calizas
están formadas por carbonato de calcio, que es insoluble (y por lo tanto no puede disolverse).
Pero existe un proceso químico por el cual el carbonato se combina con agua y con dióxido de
carbono y da lugar a bicarbonato de calcio, que sí es soluble y puede disolverse. Esta reacción
es reversible, lo que conocemos como descarbonatación. El sentido de la reacción dependerá de
las condiciones de presión y temperatura, sumado a la cantidad de dióxido de carbono presente
en la atmósfera.
El agua carbonatada es el responsable de que se produzcan las reacciones de carbonatación con
rocas cuyos minerales predominantes sean calcio, magnesio, sodio o potasio, lo que da lugar a los
carbonatos y bicarbonatos. Los paisajes kársticos son clásicos de la disolución del carbonato de
calcio componente de las calizas.
Un ejemplo de carbonatación es
la creación de estalactitas y
estalagmitas. El agua con
bicarbonato de calcio se filtra
hasta la cueva. El bicarbonato
precipita y da lugar a carbonato
de calcio en la punta de la
estalactita, por las diferentes
condiciones con el exterior.
AGENTES EROSIVOS Y DE TRANSPORTE
Los agentes erosivos y de transporte suelen ser fluidos, destacando por orden
creciente de viscosidad: viento, corrientes de agua, corrientes de turbidez, coladas de
barro y glaciares.
a) Viento. Es el agente menos viscoso. Su importancia erosiva y transportadora es
máxima en zonas como los desiertos y los polos, donde la ausencia de vegetación deja
el suelo desprotegido.
b) Corrientes de agua. Son los agentes erosivos y de transporte más importantes.
Incluyen todos aquellos procesos que implican un desplazamiento de masas de agua,
ya sean ríos, aguas subterráneas, corrientes marinas, corrientes generadas por el oleaje
y por las mareas...
c) Corrientes de turbidez. Son masas de agua «sucia» (con partículas de arcilla en
suspensión) que pueden deslizarse a gran velocidad por el interior de masas de agua
limpia al ser más densas que éstas. Se suelen producir en los taludes de los lagos y
océanos, y son los agentes de erosión y transporte más importantes en las
aguas profundas.
d) Coladas de barro. Son masas constituidas por mezclas de
arcilla y agua en proporciones variables, aunque su contenido en
arcilla es mucho mayor que el de las corrientes de turbidez.
Podemos visualizarlas como "purés", más o menos diluidos, que se
deslizan por las laderas y los valles e, incluso, fluyen debajo del
agua por los taludes oceánicos. Su alta viscosidad les permite
transportar partículas de gran tamaño.
e) Glaciares. En las regiones situadas en latitudes o alturas
elevadas, se pueden acumular grandes masas de hielo que se
comportan como fluidos de elevada viscosidad. Los glaciares
descienden lentamente por los valles, erosionando y transportando
materiales de todo tamaño.
FACTORES QUE CONTROLAN LA EROSIÓN
El tipo de agentes erosivos y la intensidad de su acción dependen de los mismos
factores que controlan la meteorización y el desarrollo de los suelos:
Clima. Controla las precipitaciones y, por tanto, el volumen de agua corriente.
Además, el viento, el oleaje y algunas corrientes marinas dependen de las
condiciones climáticas.
Actividad biológica. El desarrollo de la vegetación influye sobre la intensidad de
la erosión. Así, la presencia de masas vegetales dificulta la erosión del suelo ya
que las hojas atenúan el impacto de las gotas de lluvia mientras que las raíces fijan
las partículas del suelo e impiden que las aguas corrientes las arrastren.
Por el contrario, la deforestación facilita de forma muy importante la erosión de
los suelos, ya que los deja desprotegidos frente a los agentes erosivos.
Litología. Las características del sustrato, sobre el que actúan los procesos
erosivos, constituyen un factor clave en la determinación de la intensidad con que
actúa la erosión. Así, esta intensidad es máxima cuando la erosión afecta a suelos,
sedimentos y rocas poco resistentes (arcillas, margas, pizarras...); mientras que las
rocas más resistentes (calizas, granitos...) son más difíciles de erosionar.
FORMAS DE TRANSPORTE
a) Transporte de iones en disolución.
Los iones resultantes de la meteorización química del área fuente son transportados
como carga en disolución. El transporte en disolución no es "visible", es decir, un río
puede transportar miles de toneladas de materiales disueltos y, sin embargo, sus aguas
pueden ser perfectamente transparentes.
b) Transporte de partículas.
1) Dispersión. El medio de transporte y los materiales están finamente
distribuidos y constituyen una mezcla coloidal que solo decantan en condiciones
particulares, como cuando el agua queda en reposo o cuando cambian las condiciones
químicas. Es el caso de minerales de las arcillas que floculan al cambiar la salinidad del
agua.
2) Suspensión. Se transportan partículas sólidas muy finas que van flotando
en el agua o en el aire.
3) Carga de fondo. De esta manera se transportan los clastos de tres formas:
Saltación. Las partículas se desplazan a saltos sobre la superficie, llevadas por el viento o
el agua.
Reptación. Las partículas son tan pesadas que van arrastrándose sobre el fondo, llevadas
por el agua, el viento o el hielo.
Rodadura. Las partículas van rodando por la superficie, pues el agente de transporte
(agua, viento o hielo) no las puede levantar.
LA SEDIMENTACIÓN
Es el proceso de acumulación, en una zona más baja (área de sedimentación), de
materiales procedentes de la meteorización y erosión de rocas preexistentes (ígneas, metamórficas
o sedimentarias) que han sido transportadas desde el área fuente. Los materiales sueltos
(sedimentos) se disponen formando capas o estratos horizontales en las áreas de sedimentación
(cuencas sedimentarias), que suelen ser los fondos marinos, aunque también pueden serlo
cualquier zona más baja que su entorno, como un lago.
Las condiciones de sedimentación varían en función de la naturaleza del medio, del
régimen de flujo, de cómo se produzca la pérdida de energía, de la litología de los materiales...
Podemos distinguir tres tipos:
a) Sedimentación física o mecánica. Se depositan los materiales transportados como partículas.
* Decantación. Consiste en el depósito de los materiales cuando, por cualquier causa (un cambio
brusco de pendiente, zonas deprimidas...), disminuye la velocidad del medio de transporte y éste
pierde la energía necesaria para transportar, actuando la gravedad.
* Floculación. Se produce por la aglutinación de las partículas transportadas en dispersión
cuando cambian las propiedades químicas del medio (contacto agua salada-dulce).
b) Sedimentación química. Se produce la precipitación química de los
iones transportados en disolución cuando el agua se sobresatura (por
evaporación parcial) respecto a un determinado mineral como la halita, yeso,
calcita..., que cristaliza.
c) Sedimentación bioquímica. Se debe a la actividad de ciertos organismos
sin que se produzca una sobresaturación. Ciertas algas, captan CO2 del agua
para realizar la fotosíntesis. Si esas aguas contienen bicarbonato cálcico, la
extracción del CO2 provoca la sobresaturación local del CaCO3 y su
consiguiente precipitación en el entorno del organismo.
Otros hacen precipitar determinados minerales que luego utilizan
para fabricar sus esqueletos. Es el caso de los foraminíferos, corales,
bivalvos, diatomeas, esponjas, equinodermos... Los vertebrados forman sus
huesos por precipitación bioquímica de cristales de fosfato cálcico.
