Érosion
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L'altération est la décomposition des roches , des sols et des minéraux ainsi que du bois et des matériaux artificiels par contact avec l' atmosphère terrestre , l'eau et les organismes biologiques. L'altération se produit in situ ( c'est-à - dire sur place, sans déplacement), c'est-à-dire au même endroit, avec peu ou pas de mouvement, et ne doit donc pas être confondue avec l' érosion , qui implique le transport de roches et de minéraux par des agents tels que l' eau , glace , neige , vent , vagues et gravité puis être transporté et déposé dans d'autres endroits.
Il existe deux classifications importantes des processus d'altération: l'altération physique et chimique; chacun implique parfois une composante biologique. L'altération mécanique ou physique implique la décomposition des roches et des sols par contact direct avec les conditions atmosphériques, telles que la chaleur, l'eau, la glace et la pression. La deuxième classification, l'altération chimique, implique l'effet direct des produits chimiques atmosphériques ou des produits chimiques produits biologiquement également connus sous le nom d'altération biologique dans la dégradation des roches, des sols et des minéraux. [1]Alors que le vieillissement physique est accentué dans les environnements très froids ou très secs, les réactions chimiques sont plus intenses là où le climat est humide et chaud. Cependant, les deux types d'altération se produisent ensemble et chacun a tendance à accélérer l'autre. Par exemple, l'abrasion physique (frottement ensemble) diminue la taille des particules et augmente donc leur surface, les rendant plus sensibles aux réactions chimiques. Les différents agents agissent de concert pour convertir les minéraux primaires ( feldspaths et micas ) en minéraux secondaires ( argiles et carbonates ) et libérer des éléments nutritifs végétaux sous des formes solubles.
Les matériaux qui restent après la décomposition de la roche combinés à la matière organique créent du sol . La teneur en minéraux du sol est déterminée par le matériau d'origine ; Ainsi, un sol dérivé d'un seul type de roche peut souvent être déficient en un ou plusieurs minéraux nécessaires à une bonne fertilité, tandis qu'un sol altéré par un mélange de types de roches (comme dans les sédiments glaciaires , éoliens ou alluviaux ) rend souvent un sol plus fertile . De plus, de nombreux reliefs et paysages de la Terre sont le résultat de processus d'altération combinés à l'érosion et à la redéposition.
L' altération physique [ modifier ]
L'altération physique , également appelée altération mécanique ou désagrégation , est la classe de processus qui provoque la désintégration des roches sans changement chimique. Le principal processus de vieillissement physique est l' abrasion (le processus par lequel les clastes et autres particules sont réduits en taille). Cependant, les intempéries chimiques et physiques vont souvent de pair. Une altération physique peut survenir en raison de la température, de la pression, du gel, etc. Par exemple, les fissures exploitées par l'altération physique augmenteront la surface exposée à l'action chimique, amplifiant ainsi le taux de désintégration.
Les processus d'abrasion par l'eau, la glace et le vent chargés de sédiments peuvent avoir un énorme pouvoir de coupe, comme le démontrent amplement les gorges, les ravins et les vallées du monde entier. Dans les zones glaciaires, d'énormes masses de glace en mouvement incrustées de fragments de sol et de roche broient les roches sur leur passage et emportent de grands volumes de matériaux. Les racines des plantes pénètrent parfois dans les fissures des roches et les séparent, ce qui entraîne une certaine désintégration; l'enfouissement des animaux peut aider à désintégrer la roche. Cependant, ces influences biotiques sont généralement de peu d'importance dans la production de matière mère par rapport aux effets physiques drastiques de l'eau, de la glace, du vent et des changements de température.
Le stress thermique [ modifier ]
L'altération par stress thermique , parfois appelée altération par insolation , [2] résulte de l'expansion et de la contraction de la roche, causées par les changements de température. Par exemple, le réchauffement des roches par la lumière du soleil ou les incendies peut provoquer l'expansion de leurs minéraux constitutifs. Comme certains minéraux se dilatent plus que d'autres, les changements de température créent des contraintes différentielles qui finissent par provoquer la fissuration de la roche. Parce que la surface extérieure d'une roche est souvent plus chaude ou plus froide que les parties intérieures plus protégées, certaines roches peuvent résister à l' exfoliation - le pelage des couches extérieures. Ce processus peut être fortement accéléré si de la glace se forme dans la surface des fissures. Lorsque l'eau gèle, elle peut se dilater avec une force d'environ 1465 tonnes métriques / m 2 ,[la citation nécessaire ] désintègre d'énormes masses de roche et déloge les grains minéraux des fragments plus petits.
L'altération par contrainte thermique comprend deux types principaux, le choc thermique et la fatigue thermique . L'altération due au stress thermique est un mécanisme important dans les déserts , où il existe une large plage de températures diurnes , chaude le jour et froide la nuit. [3] Le chauffage et le refroidissement répétés exercent une contrainte sur les couches externes de roches, ce qui peut entraîner le décollement de leurs couches externes en feuilles minces. Le processus de pelage est également appelé exfoliation. Bien que les changements de température soient le principal moteur, l'humidité peut améliorer la dilatation thermique dans la roche. Les incendies de forêt et les feux de parcours sont également connus pour causer une altération importante des rocheset des rochers exposés le long de la surface du sol. Une chaleur localisée intense peut rapidement dilater un rocher.
La chaleur thermique des incendies de forêt peut provoquer une altération importante des roches et des rochers, la chaleur peut rapidement dilater un rocher et un choc thermique peut se produire. La dilatation différentielle d'un gradient thermique peut être comprise en termes de contrainte ou de déformation, de manière équivalente. À un moment donné, cette contrainte peut dépasser la résistance du matériau, provoquant la formation d'une fissure. Si rien n'empêche cette fissure de se propager à travers le matériau, cela entraînera l'échec de la structure de l'objet.
Altération du gel [ modifier ]
 | Certaines parties de cet article (celles liées à l'altération par le gel conflictuel et au calage par le gel et n'incorporant pas non plus l'hydrofracturation, ce qui fait que la science semble ici fausse. Voir l'article référencé sur la page de vieillissement par le gel : Matsuoka, N.; Murton, J. 2008. " : les progrès récents et les orientations futures ". Permafrost Periglac. Process. 19: 195–210. doi: 10.1002 / ppp.620.) doivent être mis à jour . ( Janvier 2021 ) |
L'altération par le gel , également appelée calage de la glace ou cryofracturation , est le nom collectif de plusieurs processus où la glace est présente. Ces processus comprennent l'éclatement par le gel, le blocage par le gel et l'altération par gel-dégel. Le bris de gel sévère produit d'énormes tas de fragments de roche appelés éboulis qui peuvent être situés au pied des zones de montagne ou le long des pentes. Les intempéries par le gel sont courantes dans les zones de montagne où la température avoisine le point de congélation de l'eau. Certains sols sensibles au gel se dilatent ou se soulèvent lors du gel en raison de la migration de l'eau par capillarité pour faire croître des lentilles de glace près du front de congélation. [4]Ce même phénomène se produit dans les espaces poreux des roches. Les accumulations de glace grossissent à mesure qu'elles attirent l'eau liquide des pores environnants. La croissance des cristaux de glace affaiblit les roches qui, avec le temps, se désagrègent. [5] Elle est causée par l'expansion d'environ 10% (9,87) de la glace lorsque l' eau gèle, ce qui peut exercer une pression considérable sur tout ce qui contient de l'eau lorsqu'elle gèle.
L'action d'altération induite par le gel se produit principalement dans les environnements où il y a beaucoup d'humidité, et les températures fluctuent fréquemment au-dessus et au-dessous du point de congélation, en particulier dans les zones alpines et périglaciaires . Un exemple de roches sensibles au gel est la craie , qui possède de nombreux espaces poreux pour la croissance des cristaux de glace. Ce processus peut être vu à Dartmoor où il se traduit par la formation de tors. Lorsque l'eau qui a pénétré dans les joints gèle, la glace formée sollicite les parois des joints et provoque l'approfondissement et l'élargissement des joints. Lorsque la glace dégèle, l'eau peut s'écouler plus loin dans la roche. Des cycles répétés de gel-dégel affaiblissent les roches qui, avec le temps, se cassent le long des articulations en morceaux angulaires. Les fragments de roche angulaires se rassemblent au bas de la pente pour former un talus incliné (ou éboulis pente). Le fractionnement des roches le long des joints en blocs s'appelle la désintégration des blocs. Les blocs de roches qui se détachent sont de formes diverses selon la structure de la roche.
Vagues de l' océan [ modifier ]
La géographie côtière est formée par l'altération des actions des vagues au cours des périodes géologiques ou peut se produire plus brusquement par le processus d'altération du sel.
Libération de pression [ modifier ]
Lors du relâchement de la pression , également appelé déchargement , les matériaux sus-jacents (pas nécessairement les roches) sont éliminés (par érosion ou par d'autres processus), ce qui provoque l'expansion et la fracture des roches sous-jacentes parallèlement à la surface.
Des roches ignées intrusives (par exemple le granit ) se forment profondément sous la surface de la Terre. Ils subissent une pression énorme à cause du matériau rocheux qui les recouvre. Lorsque l'érosion enlève le matériau rocheux sus-jacent, ces roches intrusives sont exposées et la pression sur elles est relâchée. Les parties extérieures des roches ont alors tendance à se dilater. L'expansion crée des contraintes qui provoquent la formation de fractures parallèles à la surface de la roche. Au fil du temps, des plaques de roche se détachent des roches exposées le long des fractures, un processus connu sous le nom d' exfoliation . L'exfoliation due à la libération de pression est également connue sous le nom de «drapage».
Le recul d'un glacier sus-jacent peut également entraîner une exfoliation due à la libération de pression.
Croissance des cristaux de sel [ modifier ]
La cristallisation du sel , l' altération de sel , ou coincement de sel est l'altération qui est connu comme haloclastie , provoque la désintégration des roches lorsque salines solutions infiltrer dans des fissures et des joints dans les roches et évaporer, laissant le sel de cristaux derrière. Ces cristaux de sel se dilatent à mesure qu'ils s'échauffent, exerçant une pression sur la roche de confinement.
La cristallisation du sel peut également avoir lieu lorsque des solutions décomposent des roches (par exemple, du calcaire et de la craie ) pour former des solutions salines de sulfate de sodium ou de carbonate de sodium , dont l'humidité s'évapore pour former leurs cristaux de sel respectifs.
Les sels qui se sont avérés les plus efficaces pour désintégrer les roches sont le sulfate de sodium , le sulfate de magnésium et le chlorure de calcium . Certains de ces sels peuvent se dilater jusqu'à trois fois, voire plus.
La cristallisation du sel est normalement associée aux climats arides où un fort chauffage provoque une forte évaporation et donc une cristallisation du sel. Il est également courant le long des côtes. Un exemple d'altération saline peut être vu dans les pierres alvéolées de la digue . Le nid d'abeille est un type de tafoni , une classe de structures d'altération des roches caverneuses, qui se développent probablement en grande partie par des processus d'altération chimique et physique du sel.
Les effets biologiques sur l' altération mécanique [ modifier ]
Les organismes vivants peuvent contribuer à l'altération mécanique, ainsi qu'à l'altération chimique (voir § Altération biologique ci-dessous). Les lichens et les mousses poussent sur des surfaces rocheuses essentiellement nues et créent un microenvironnement chimique plus humide. La fixation de ces organismes à la surface de la roche améliore la décomposition physique et chimique de la microcouche de surface de la roche. À plus grande échelle, les semis qui poussent dans une crevasse et les racines des plantes exercent une pression physique et fournissent une voie d'infiltration d'eau et de produits chimiques.
L' altération chimique [ modifier ]
L'altération chimique modifie la composition des roches, les transformant souvent lorsque l'eau interagit avec les minéraux pour créer diverses réactions chimiques. L'altération chimique est un processus graduel et continu à mesure que la minéralogie de la roche s'adapte à l'environnement proche de la surface. Des minéraux nouveaux ou secondaires se développent à partir des minéraux d'origine de la roche. En cela, les processus d' oxydation et d' hydrolyse sont les plus importants. L'altération chimique est renforcée par des agents géologiques tels que la présence d'eau et d'oxygène, ainsi que par des agents biologiques tels que les acides produits par le métabolisme microbien et des racines des plantes.
Le processus de soulèvement des blocs de montagne est important pour exposer de nouvelles strates rocheuses à l'atmosphère et à l'humidité, ce qui permet une altération chimique importante; un rejet important de Ca 2+ et d'autres ions se produit dans les eaux de surface. [6]
Dissolution et carbonatation [ modifier ]
Les précipitations sont acides car le dioxyde de carbone atmosphérique se dissout dans l'eau de pluie, produisant de l'acide carbonique faible . Dans les environnements non pollués, le pH des précipitations est d'environ 5,6. Les pluies acides se produisent lorsque des gaz tels que le dioxyde de soufre et les oxydes d'azote sont présents dans l'atmosphère. Ces oxydes réagissent dans l'eau de pluie pour produire des acides plus forts et peuvent abaisser le pH à 4,5 voire 3,0. Le dioxyde de soufre , SO 2 , provient d'éruptions volcaniques ou de combustibles fossiles, peut devenir de l'acide sulfurique dans l'eau de pluie, ce qui peut provoquer une altération de la solution des roches sur lesquelles il tombe.
Certains minéraux, en raison de leur solubilité naturelle (par exemple les évaporites ), de leur potentiel d'oxydation (minéraux riches en fer, tels que la pyrite ), ou de leur instabilité par rapport aux conditions de surface (voir la série de dissolution de Goldich ) résistent naturellement par dissolution , même sans eau acide.
L'un des processus d'altération en solution bien connus est la dissolution du carbonate, processus dans lequel le dioxyde de carbone atmosphérique conduit à l'altération de la solution. La dissolution du carbonate affecte les roches contenant du carbonate de calcium , comme le calcaire et la craie . Cela se produit lorsque la pluie se combine avec le dioxyde de carbone pour former de l'acide carbonique , un acide faible , qui dissout le carbonate de calcium (calcaire) et forme du bicarbonate de calcium soluble . Malgré une cinétique de réaction plus lente , ce processus est thermodynamiquement favorisé à basse température, car une eau plus froide contient plus de gaz carbonique dissous (rétrogradesolubilité des gaz). La dissolution carbonatée est donc une caractéristique importante de l'altération glaciaire.
La réaction de dissolution du carbonate comprend les étapes suivantes:
- CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
- dioxyde de carbone + eau → acide carbonique
- H 2 CO 3 + CaCO 3 → Ca (HCO 3 ) 2
- acide carbonique + carbonate de calcium → bicarbonate de calcium
La dissolution du carbonate à la surface du calcaire bien jointif produit un revêtement de calcaire disséqué . Ce processus est le plus efficace le long des articulations, en les élargissant et en les approfondissant.
Hydratation [ modifier ]
L'hydratation minérale est une forme d'altération chimique qui implique l'attachement rigide des ions H + et OH- aux atomes et aux molécules d'un minéral.
Lorsque les minéraux de la roche absorbent de l'eau, l'augmentation du volume crée des contraintes physiques dans la roche. Par exemple, les oxydes de fer sont convertis en hydroxydes de fer et l'hydratation de l' anhydrite forme du gypse .
L' hydrolyse des silicates et des carbonates [ modifier ]
L'hydrolyse est un processus chimique d'altération qui peut affecter les minéraux silicatés et carbonatés. Un exemple d'une telle réaction dans laquelle l'eau réagit avec un minéral silicate est le suivant:
- Mg 2 SiO 4 + 4 H 2 O ⇌ 2 Mg (OH) 2 + H 4 SiO 4
- olivine ( forstérite ) + eau ⇌ brucite + acide silicique
Cette réaction peut entraîner la dissolution complète du minéral d'origine, si suffisamment d'eau est disponible dans le système et si la réaction est thermodynamiquement favorable. À température ambiante, l'eau est faiblement dissociée en H + et OH - mais le dioxyde de carbone se dissout facilement dans l'eau formant de l'acide carbonique qui est un important agent de vieillissement.
- Mg 2 SiO 4 + 4 CO 2 + 4 H 2 O ⇌ 2 Mg 2+ + 4 HCO 3 - + H 4 SiO 4
- olivine ( forstérite ) + dioxyde de carbone + eau ⇌ ions magnésium et bicarbonate en solution + acide silicique en solution
Cette réaction d'hydrolyse est beaucoup plus courante. L'acide carbonique est consommé par l' altération du silicate , ce qui donne des solutions plus alcalines à cause du bicarbonate . C'est une réaction importante pour contrôler la quantité de CO 2 dans l'atmosphère et peut affecter le climat.
Les aluminosilicates lorsqu'ils sont soumis à la réaction d'hydrolyse produisent un minéral secondaire plutôt que de simplement libérer des cations.
- 2 KAlSi 3 O 8 + 2 H 2 CO 3 + 9 H 2 O ⇌ Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4 H 4 SiO 4 + 2 K + + 2 HCO 3 -
- orthoclase (feldspath aluminosilicate) + acide carbonique + eau ⇌ kaolinite (un minéral argileux) + acide silicique en solution + ions potassium et bicarbonate en solution
Oxydation [ modifier ]
Dans l'environnement de vieillissement, une oxydation chimique de divers métaux se produit. Le plus couramment observé est l'oxydation du Fe 2+ ( fer ) et la combinaison avec de l' oxygène et de l'eau pour former des hydroxydes et oxydes de Fe 3+ tels que la goethite , la limonite et l' hématite . Cela donne aux roches affectées une coloration brun rougeâtre à la surface qui s'effrite facilement et affaiblit la roche. Ce processus est mieux connu sous le nom de « rouille », bien qu'il soit distinct de la rouille du fer métallique. De nombreux autres minerais et minéraux métalliques s'oxydent et s'hydratent pour produire des dépôts colorés, tels que les chalcopyritesou CuFeS 2 s'oxydant en hydroxyde de cuivre et oxydes de fer .
Altération biologique [ modifier ]
Un certain nombre de plantes et d'animaux peuvent créer une altération chimique par la libération de composés acides, c'est-à-dire que l'effet de la mousse qui pousse sur les toits est classé comme une altération. L'altération minérale peut également être initiée ou accélérée par des microorganismes du sol. On pense que les lichens sur les roches augmentent les taux d'altération chimique. Par exemple, une étude expérimentale sur le granite de hornblende dans le New Jersey, aux États-Unis, a démontré une augmentation de 3x à 4x du taux d'altération sous les surfaces couvertes de lichen par rapport aux surfaces rocheuses nues récemment exposées. [7]
Les formes les plus courantes d'altération biologique sont la libération de composés chélateurs (c.-à-d. Acides organiques, sidérophores ) et de molécules acidifiantes (c.-à-d. Protons, acides organiques) par les plantes afin de décomposer les composés contenant de l' aluminium et du fer dans les sols situés en dessous. Les restes de plantes mortes en décomposition dans le sol peuvent former des acides organiques qui, lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, provoquent une altération chimique. [8] L'accumulation de composés chélateurs, principalement des acides organiques de faible poids moléculaire, peut facilement affecter les roches et les sols environnants et peut conduire à la podsolisation des sols. [9] [10]
Les champignons mycorhiziens symbiotiques associés aux systèmes racinaires des arbres peuvent libérer des nutriments inorganiques à partir de minéraux tels que l'apatite ou la biotite et transférer ces nutriments aux arbres, contribuant ainsi à la nutrition des arbres. [11] Il a également été récemment démontré que les communautés bactériennes peuvent avoir un impact sur la stabilité minérale menant à la libération de nutriments inorganiques. [12] Une large gamme de souches bactériennes ou de communautés de divers genres ont été signalées pour être capables de coloniser des surfaces minérales ou de survivre aux minéraux, et pour certaines d'entre elles, un effet favorisant la croissance des plantes a été démontré. [13] Les mécanismes démontrés ou supposés utilisés par les bactéries pour altérer les minéraux comprennent plusieurs réactions d'oxydoréduction et de dissolution ainsi que la production d'agents d'altération, tels que des protons, des acides organiques et des molécules chélatantes.
Intempéries construction [ modifier ]
Les bâtiments en pierre, en brique ou en béton sont sensibles aux mêmes agents d'altération que toute surface rocheuse exposée. Les statues , monuments et pierres ornementales peuvent également être gravement endommagés par les processus naturels d'altération. Ceci est accéléré dans les zones gravement touchées par les pluies acides .
Les propriétés des sols bien érodées [ modifier ]
Trois groupes de minéraux demeurent souvent dans les sols bien altérés: les argiles silicatées, les produits finis très résistants, notamment les argiles à base de fer et d'oxyde d'aluminium, et les minéraux primaires très résistants comme le quartz. Dans les sols fortement altérés des régions tropicales et subtropicales humides, les oxydes de fer et d'aluminium, et certaines argiles silicatées à faibles rapports Si / Al, prédominent car la plupart des autres constituants ont été décomposés et éliminés.
Galerie [ modifier ]
Altération du sel de la pierre de construction sur l'île de Gozo , Malte .
Altération du sel du grès près de Qobustan , Azerbaïdjan .
Ce mur de grès permien près de Sedona, en Arizona , aux États-Unis, s'est transformé en une petite alcôve .
Altération sur un pilier de grès à Bayreuth .
Effet des intempéries des pluies acides sur les statues.
Effet de vieillissement sur une statue de grès à Dresde, Allemagne.
Voir aussi [ modifier ]
 | Le Wikibook Historical Geology a une page sur le thème de: Altération mécanique et érosion |
| Le Wikibook Historical Geology a une page sur le thème: Altération chimique |
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 | Wikimedia Commons a des médias liés aux intempéries . |
 | Wikiversity a des ressources d'apprentissage sur le vieillissement |
- Processus éoliens - Processus dus à l'activité éolienne
- Biorhexistasie
- Cémentation des roches
- Décomposition - Le processus dans lequel les substances organiques sont décomposées en matière organique plus simple
- Chambre environnementale
- Éluvium
- Érosion - Processus qui enlèvent le sol et la roche d'un endroit sur la croûte terrestre, puis les transportent vers un autre endroit où ils sont déposés
- Granit exfoliant - Peau de granit qui pèle comme un oignon (desquamation) à cause des intempéries
- Facteurs de vieillissement des polymères
- Altération des météorites
- Pédogenèse - Processus de formation du sol
- Altération inverse
- Fonction de production du sol
- Altération de l'espace
- Altération sphéroïdale
- Essais météorologiques des polymères
- Acier résistant aux intempéries - Groupe d'alliages d'acier conçus pour former une finition semblable à la rouille lorsqu'ils sont exposés aux intempéries
Références [ modifier ]
- ^ Gore, Pamela JW Weathering Archivé le 10/05/2013 à la Wayback Machine . Georgia Perimeter College
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