Altération des roches: physique et chimique

Après avoir lu cet article, vous en apprendrez davantage sur l’altération physique et chimique des roches.

Altération mécanique ou altération physique:

L'altération mécanique ou physique fait référence aux changements impliquant uniquement la forme. En raison de ce type de vieillissement, de grandes masses solides peuvent se briser en fragments lâches de taille et de forme variables, tout en conservant leur composition d'origine. Ces processus qui décomposent les roches sans modifier leur composition chimique sont appelés altération physique ou mécanique.

La dégradation mécanique peut être de deux types, à savoir. bloquer la désintégration et la désintégration granulaire. La désintégration des blocs est due au développement d'articulations qui divisent la masse rocheuse en un certain nombre de blocs ou de fragments individuels plus petits. La désintégration granulaire est due à une perte de cohésion entre les particules individuelles, ce qui rend la roche en morceaux granulaires incohérents.

La désintégration granulaire est limitée aux roches à grains grossiers et affecte des roches particulières telles que les granites à texture grossière. La désintégration en bloc affecte les roches de toutes les textures et est particulièrement visible dans les variétés à texture plus fine. En plus de la désintégration en bloc et granulaire, l'impact et l'abrasion peuvent également provoquer la désintégration des roches.

L'altération physique peut être due aux facteurs suivants:

(i) Dilatation thermique différentielle

ii) Variations de température

(iii) Dégradation

iv) Abrasion, meulage et impact

(v) Exfoliation

vi) Action de gel

(vii) Action végétale et animale

viii) Déchargement sous pression

1. Dilatation thermique différentielle:

Les minéraux dans une roche ont des coefficients de dilatation thermique variables. En raison de la hausse de la température, des contraintes différentielles seront créées. Cela conduira à la désintégration granulaire des minéraux et des roches. Les minéraux de couleur foncée ont un taux d’absorption de chaleur supérieur à celui des minéraux de couleur pâle. Cela peut également contribuer à la formation de contraintes pouvant conduire à des fissures.

2. Variations de température:

Les roches sont soumises à des échauffements et à des refroidissements répétés en raison des variations diurnes et saisonnières des températures. Pendant la période de chaleur intense, les couches externes de la masse rocheuse se dilatent en introduisant des contraintes de traction. Cela peut entraîner une séparation parallèle à la surface de la roche. Lorsque la température baisse considérablement, le matériau près de la surface se contracte davantage, ce qui entraîne des fissures radiales.

3. Dégradation:

L'érosion par les rivières et la mer peut entraîner des chutes de pierres et des glissements de terrain pouvant causer des fractures. C’est courant le long des côtes maritimes où l’enlèvement de l’argile des calcaires sous-jacents a lieu. Une dégradation à grande échelle peut également résulter de l'érosion éolienne des lits meubles à des niveaux inférieurs, entraînant la chute de roches plus dures au pied des falaises.

4. Abrasion, broyage et impact:

Ces trois opérations réduisent la taille des particules. L'abrasion est typique du frottement de masses de glace chargées de débris qui passent sur un sol rocheux. Le broyage est l'effet produit par les petits fragments qui sont happés par les plus gros et broyés pour donner une farine presque pure. De telles actions sont probables le long des canaux de la rivière et des côtes. L'impact fait référence à une collision soudaine des corps rocheux qui conduit à la desquamation et à la fragmentation des fragments.

5. Exfoliation:

Cela fait référence à la mise à l'échelle ou au pelage des coquilles successives de la surface de la roche. L'exfoliation est observée dans les roches à grains grossiers contenant du feldspath. Lorsque la surface de la roche est mouillée, l'humidité pénètre dans les pores et les crevasses situées entre les grains minéraux et réagit avec le feldspath. En conséquence de la réaction chimique, une nouvelle substance, à savoir le kaolin, se forme, qui est une forme d'argile.

Cette argile a un volume plus important que le feldspath présent à l’origine. Cette expansion fait perdre les grains de minéraux environnants. À la suite de cette action, une coquille mince de matériau de surface se détache (notez qu'il s'agit d'un processus physique provoquant un changement chimique). Ce processus est répété en raison de mouillages successifs de la surface de la roche.

6. Action de givre:

L'action du gel est due à une propriété contrastante de l'eau. Nous savons que la plupart des matériaux se dilatent lorsqu'ils sont chauffés et se contractent lorsqu'ils sont refroidis. Ceci est vrai pour l'eau sauf que lorsque l'eau est refroidie de 4 ° C à 0 ° C, elle se dilate.

L'étendue de l'expansion est maximale à 0 ° C car elle se solidifie dans la glace, le volume augmentant de 9%. Une telle dilatation de l'eau lorsqu'elle refroidit et se solidifie peut exercer des forces énormes, produisant des contraintes de plusieurs milliers de Newton par millimètre carré. Lorsque de l'eau de pluie, de la neige fondue ou de la condensation s'infiltre dans les pores ou les crevasses des rochers, lorsque la température descend sous le point de congélation, l'eau qui s'infiltre dans les fissures et les pores se transforme en glace.

La glace en expansion exerce une pression énorme sur le rocher, agissant comme un coin, élargit et prolonge l'ouverture. Par la suite, lorsque la glace fond, l’eau s’infiltre plus profondément dans l’ouverture. Au fur et à mesure que l'eau regèle, le processus est répété. Ce dégel et ce gel répétés de l’eau, c’est-à-dire que l’action du gel détruit la roche.

L'action du gel est prédominante lorsque le lit de roche est directement exposé à l'atmosphère et lorsqu'il existe de l'humidité et que la température fluctue souvent au-dessus et au-dessous du point de congélation de l'eau.

De telles conditions existent en hiver dans les climats tempérés et peuvent également se produire sur les sommets des montagnes ainsi que dans les régions de haute altitude au printemps et à l'automne. Les températures diurnes s'élèvent au-dessus du point de congélation, ce qui provoque la fonte de la neige et de la glace et, lorsque la température repasse sous le point de congélation pendant la nuit, ce qui produit une action de gel.

En raison de l'action du gel sur les falaises, les fragments détachés et détachés tombent à la base de la falaise. À mesure que ce processus se poursuit, un tas de fragments appelé talus de Tallus s’accumule à la base de la falaise. Les nids-de-poule sur les routes des régions froides sont dus au gel sur les surfaces exposées.

7. Action des plantes et des animaux:

Les roches peuvent se décomposer en morceaux plus petits du fait de l’interaction des plantes et des animaux. Quand une roche se développe des fissures, de petites particules de roche et de la terre sont entraînées dans une telle fissure par la pluie ou le vent. Si une graine tombe dans une telle fissure, elle peut germer et devenir une plante.

Une telle plante peut envoyer ses radicelles plus profondément dans les roches à la recherche d'eau. Lorsque les radicules en croissance s'épaississent, elles se pressent contre les côtés de la fissure et peuvent, avec le temps, casser le roc. Les racines de plantes minuscules telles que les lichens et les mousses produisent un acide qui dissout les roches à mesure qu'elles grandissent et se désintègrent, ce qui accélère la décomposition des roches.

Les animaux (à l'exception des humains) contribuent également à l'altération des roches. Les vers de terre peuvent amener des particules à la surface. Ces particules sont exposées à l'atmosphère et soumises à une décomposition ultérieure. Les fourmis, les termites, les taupes et ces animaux fouisseurs peuvent provoquer des intempéries. Les terriers créés par ceux-ci permettent à l'air et à l'eau de pénétrer pour causer une altération du roc sous-jacent.

Les humains ont également contribué à la dégradation physique. L'extraction de roches et l'exploitation de mines à ciel ouvert sont des exemples d'activités humaines dans lesquelles des roches sont brisées. De plus, ces activités exposent d’énormes quantités de roches fraîches à d’autres processus de vieillissement.

8. Déchargement sous pression (libération de pression):

Les roches formées à de grandes profondeurs sont sous haute pression. Ils développent des contraintes de compression très élevées qui ne peuvent pas être libérées à cause de la pression.

Certaines forces dans le sol ramènent ces roches à la surface et dans de telles situations, une pression est libérée, entraînant une expansion et un relâchement des contraintes. Dans ce processus, les roches développent de grandes fissures ou des joints où elles sont faibles. Le déchargement peut également avoir lieu lorsque de très lourds glaciers fondent et que la pression est relâchée.

Remarque: le vieillissement physique expose les grandes surfaces nécessaires à l'activité chimique.

Vieillissement chimique des roches:

L'altération chimique est un processus dans lequel les roches sont décomposées en changeant leur composition chimique. La plupart des roches sont formées dans un environnement très différent de celui qui règne à la surface de la terre. Beaucoup de substances présentes dans l'atmosphère ne sont pas présentes dans l'environnement où se forment les roches.

Ainsi, lorsque les minéraux de la roche sont exposés à la substance de l’atmosphère, des réactions chimiques se produisent, donnant lieu à la formation de nouveaux composés, dont les propriétés diffèrent de celles des minéraux d’origine. Ces changements affaiblissent la structure du roc et, par conséquent, le roc est brisé par le vieillissement physique.

Il convient de noter les caractéristiques générales suivantes des réactions chimiques dans le contexte de différents environnements climatiques.

(i) Les réactions chimiques ont tendance à se dérouler plus rapidement à des températures plus élevées.

(ii) Pour une réaction efficace, les réactifs doivent être rassemblés rapidement et facilement et les produits doivent être éliminés. Dans la nature, l’eau fournit généralement les réactifs aux surfaces minérales et élimine les produits de réaction.

(iii) Plus les grains qui réagissent sont petits, plus les réactions chimiques se déroulent rapidement. Tous les facteurs ci-dessus jouent un rôle dans le processus de vieillissement chimique. Le climat local contrôle la température moyenne de la réaction et l'alimentation en eau pour la réaction.

La taille des grains des réactifs minéraux dépend en grande partie du processus d’altération mécanique (désintégration) des roches ainsi que de l’abrasion et de la casse pendant le transport. La durée de réaction aux intempéries dépend du taux d'érosion et donc du taux de soulèvement ou d'affaissement.

Si l'érosion ou les dépôts se produisent rapidement, les réactions aux intempéries seront interrompues car les sédiments seront enfouis et retirés de l'environnement. si l'érosion ou les dépôts se produisent lentement, les réactions aux intempéries peuvent durer plus longtemps.

L'altération chimique est principalement due à l'oxygène, au dioxyde de carbone et à l'eau.

1. oxydation:

L'oxydation signifie la combinaison d'oxygène avec d'autres substances. C'est un processus de vieillissement chimique important. La plupart des minéraux contenant du fer, tels que la magnétite et l'amphibole de pyrite. Les biotites sont facilement affectées par l'oxygène, parmi lesquels l'hématite (Fe ₂ O ₃ ) et la magnétite (Fe ₃ O ₄ ) sont très courantes.

La présence d'eau pendant l'oxydation peut entraîner une autre réaction. Un composé de fer, d'oxygène et d'eau appelé goethite peut être formé. La goethite est de couleur brun jaunâtre. Lorsque la goethite est déshydratée, il se forme une hématite. La présence d'hématite ou de goethite dans les sols donne une couleur brun rougeâtre ou jaune.

Oxydation de l'oxyde de fer en présence d'eau:

Déshydratation de la goethite:

L'oxydation provoque la décomposition de la roche en raison de l'effet suivant. Lorsque l'oxygène se combine au fer, les liaisons chimiques entre le fer et d'autres éléments sont rompues, ce qui fragilise la structure. Même l’aluminium et le silicium soumis à l’oxydation peuvent former une structure affaiblie.

2. Hydratation, hydrolyse, solution:

L’eau présente à la surface de la terre est un agent important de l’altération chimique. Une réaction de l'eau avec une autre substance s'appelle hydratation.

Ex: hydratation de l'anhydrite pour former du gypse

L'eau peut également se briser en ions hydrogène (H +) et hydroxydes (OH-). Si ces ions remplacent les ions du minéral, la réaction est appelée hydrolyse. Les minéraux communs qui sont hydrolysés sont le feldspath, l’amphibole et la biotite. Ce processus entraîne un gonflement et une décomposition en poudre.

L'eau peut dissoudre la matière rocheuse et provoquer une altération. Ce processus s'appelle altération par solution. L'halite (sel gemme) et le gypse sont des exemples de minéraux solubles dans l'eau. Lorsque l'eau dissout lentement certains minéraux de la roche, ceux-ci sont exposés à la dégradation.

Dans certains cas, la structure de la roche peut s’affaiblir en raison de cavités vacantes créées qui entraînent son affaissement. Les minéraux dissous en solution peuvent réagir chimiquement les uns avec les autres pour former de nouveaux composés. Si les composés résultants sont insolubles dans l’eau, ils peuvent précipiter.

3. carbonatation:

La combinaison chimique du dioxyde de carbone avec une autre substance s'appelle la carbonatation. Le dioxyde de carbone à l'état gazeux peut n'avoir aucun effet sur les roches. Cependant, lorsque le dioxyde de carbone entre en contact avec de l'eau, il se forme de l'acide carbonique qui peut agir sur les minéraux rocheux courants. Les minéraux contenant du sodium, du potassium, du magnésium et du calcium sont affectés par l’acide carbonique pour former des carbonates.

La calcite minérale est sévèrement altérée par l’acide carbonique. Le calcaire est totalement dissout par l'acide carbonique présent dans les eaux souterraines ou les eaux de pluie. Des eaux souterraines contenant de l'acide carbonique s'infiltrent dans des roches composées de calcite, des cavernes spectaculaires se forment en raison de la formation de très grands trous.

4. Autre facteur chimique:

Outre l'acide carbonique, il existe d'autres acides qui attaquent les roches et les minéraux. Certains de ces acides sont produits lors de la décomposition de la matière organique. Certains acides sont produits sous forme de déchets de certaines plantes et de certains animaux. Ces acides se dissolvent dans l'eau de pluie et s'infiltrent dans le sol, atteignant le substrat rocheux et agissent chimiquement avec la roche.

Certaines plantes primitives, telles que les lichens, peuvent pousser sur des roches nues lorsque celles-ci sont humides et rester en sommeil lorsque les roches sont sèches. Les sécrétions des lichens corrodent la surface de la roche, ce qui dissout les nutriments minéraux relâchant les particules minérales. Les particules minérales détachées avec la poussière s'accumulent dans les crevasses de la roche. Certaines graines peuvent pénétrer dans ces particules de sol et se développer, entraînant une altération physique plus poussée.

Les activités humaines deviennent également des sources d’acides pouvant causer le vieillissement des roches. Les maisons, les voitures, les bus, les camions, etc. libèrent de grandes quantités de gaz résiduaires et d'autres polluants dans l'atmosphère. Beaucoup d'entre eux, comme les oxydes d'azote et de soufre, réagissent chimiquement avec l'eau pour former des acides réactifs.

Les bactéries peuvent également jouer un rôle important dans la désintégration et la décomposition des roches. Certains d'entre eux sont connus pour dégager de l'acide nitrique qui peut agir chimiquement sur les roches. Les bactéries microscopiques pénètrent dans toutes les petites crevasses produites par les agents atmosphériques et entraînent, pendant de longues périodes, la désintégration des roches superficielles, leur période d'activité étant limitée aux mois d'été.

Ils ont été remarqués sur des roches de caractère très différent, telles que des granites, des schistes, des calcaires, des grès, des roches volcaniques, ainsi que sur des pics montagneux et des niveaux inférieurs. Il a également été signalé que certaines variétés de fourmis déversent en permanence de l'acide carbonique dans le sol, ce qui entraîne leur vieillissement.

Certaines autres espèces de fourmis connues sous le nom de saubas ou sauvas vivent en grandes colonies, creusant dans la terre, où elles creusent des chambres avec des galeries rayonnant dans toutes les directions dans lesquelles elles transportent de grandes quantités de feuilles.

Dans les régions de complexes industriels, les acides sont en quantité alarmante. L'eau des précipitations dans ces régions contient une quantité considérable d'acide et les pluies sont souvent appelées pluies acides. Les roches peuvent être altérées et décomposées par l'action des pluies acides. Les pluies acides peuvent également endommager les structures artificielles et endommager la vie des plantes et des animaux.

Formes de vieillissement chimique:

1. Solution aux intempéries:

Ceci est une autre forme de vieillissement chimique. Cela se produit lorsque les minéraux se dissolvent dans l'eau (passent en solution). Cela est dû au fait que certains types de roches se dissolvent facilement dans les eaux de pluie. Le vieillissement par la solution produit généralement des surfaces festonnées plutôt lisses. Par exemple, la calcite molle et le gypse montrent souvent des signes de vieillissement en solution.

2. altération sphéroïdale:

L'altération sphéroïdale fait référence à l'altération progressive de blocs de roches de joints vers l'intérieur, à partir de leurs bords. La région marginale des fractures de la roche est partiellement ou totalement convertie en argile ou en d’autres produits.

Tandis que les régions intérieures de la roche restent relativement fraîches et solides, les extérieures sont soumises à des dilatations différentielles et le matériau dans cette région se détache le long de joints concentriques. La taille des noyaux formés va du bloc aux galets. Ils sont arrondis par les intempéries. Ce type de vieillissement est dû à la roche soumise à une altération mécanique et chimique.

Premièrement, les roches sont des joints en développement fendus Les blocs séparés de la roche subissent une altération chimique due à la corrosion des arêtes et des surfaces des différents blocs séparés. En conséquence, les blocs séparés sont transformés en blocs arrondis.

3. intempéries différentielle:

Nous observons souvent dans de nombreuses cultures de tranchées routières des couches de roches qui s’altèrent toutes à des vitesses différentes, ce qui donne à la culture en sortie une apparence inégale de roches plates. C'est ce qu'on appelle l'altération différentielle.

Cela se produit lorsque, par exemple, les couches d'un affleurement contiennent plus d'un type de roche, certains environnements marins anciens peuvent déposer des couches séparées de sable et de limon, créant ainsi une récolte de grès et de schiste. Lorsque ces deux types de climat rocheux se produisent, il en résulte souvent une altération différentielle dans laquelle les grès sont plus résistants aux intempéries que les schistes.