Meteorización: Proceso, Tipos y Velocidades

La Meteorización es la descomposición de rocas, suelos y minerales, así como madera y materiales artificiales a través del contacto con agua, gases atmosféricos y organismos biológicos. 

La meteorización ocurre in situ (con poco movimiento o ningún movimiento), y no debe confundirse con erosión, que involucra el transporte de rocas y minerales por agentes como en agua, hielo, nieve, viento, olas y gravedad.

Se produce meteorización continuamente a todo nuestro alrededor, pero parece un proceso tan lento y sutil que a veces es fácil subestimar su importancia. 

No obstante, hay que recordar que la meteorización es una parte básica del ciclo de las rocas y, por tanto, un proceso clave del sistema de la Tierra.

Todos los materiales son susceptibles a la meteorización. Por ejemplo, el producto fabricado hormigón, que se parece mucho a una roca sedimentaria denominada conglomerado. Una pared de hormigón recién dado tiene un aspecto liso, fresco, inalterado. 

Sin embargo, no muchos años después, la misma pared aparecerá desconchada, agrietada y rugosa, quedando expuestos a superficie, los cantos. Si hay un árbol cerca, sus raíces pueden desplazarse horizontalmente y combar el hormigón.

Los mismos procesos naturales que acaban separando una pared de hormigón actúan también para desintegrar la roca.

La meteorización se produce cuando la roca es fragmentada mecánicamente (desintegrada) o alterada químicamente (descompuesta), o ambas cosas. 

La meteorización mecánica se lleva a cabo por fuerzas físicas que rompen la roca en trozos cada vez más pequeños sin alterar la composición mineral de la roca.

La meteorización química implica una transformación química de la roca en uno o más compuestos nuevos.


¿Por qué se meteoriza la roca?

La meteorización es la respuesta de los materiales terrestres a un ambiente cambiante. Después de millones de años de levantamiento y erosión, las rocas situadas encima de un gran cuerpo ígneo intrusivo pueden ser eliminadas, dejándolo expuesto a la superficie.

Ésta masa de roca cristalina (formada bajo la superficie en zonas profundas donde las temperaturas y las presiones son elevadas) queda ahora sometida a un ambiente superficial diferente y comparativamente hostil.

Como respuesta, la masa rocosa cambiará de manera gradual. Esta transformación de la roca es lo que denominamos meteorización.


Tipos de Meteorización

Meteorización Mecánica

La Meteorización Mecánica, también llamada Meteorización Física o Desagregación, es la clase de procesos que provoca la desintegración de las rocas sin cambios químicos. 

Suele ser mucho menos importante que la Meteorización Química, pero puede ser importante en entornos subárticos o alpinos.

Además, la meteorización mecánica y química a veces van de la mano. Por ejemplo, las grietas prolongadas por la meteorización mecánica aumentan el área de la superficie expuesta a la acción química, amplificando la tasa de desintegración.

La meteorización por gelifracción es la forma más importante de meteorización mecánica. El siguiente en importancia es el acuñamiento por las raíces de las plantas, que a veces entran en las grietas de las rocas y las separan.

La excavación de gusanos y otros animales también pueden ayudar a desintegrar la roca, al igual que los líquenes.


Meteorización por Gelifracción

Es el nombre dado para aquellas formas de meteorización física que son causadas por la formación de hielo dentro de los afloramientos rocosos. 

Durante mucho tiempo se creyó que el más importante era el acuñamiento por gelifracción, que resulta de la expansión del agua de los poros cuando se congela.

Sin embargo, recientes estudios sugieren que la segregación del hielo, en la que el agua sobreenfriada migra a lentes de hielo que se forman dentro de la roca, por lo que es considerado el mecanismo más importante.

Cuando el agua se congela, su volumen aumenta en un 9,2%. En teoría, esta expansión puede generar presiones superiores a 200 MPa (29.000 lpc), aunque un límite superior más realista es 14 MPa (2.000 lpc). 

Esto sigue siendo mucho mayor que la resistencia a la tracción del granito, que es de aproximadamente de 4 MPa (580 lpc). 

Esto hace que el acuñamiento por gelifracción, en el que el agua de los poros se congela y su expansión volumétrica fractura la roca circundante, parezca un plausible mecanismo de meteorización.

Sin embargo, el hielo simplemente se expandirá a partir de una fractura recta y abierta antes de que pueda generar una presión significativa. 

Por tanto el acuñamiento por gelifracción sólo puede ocurrir en fracturas pequeñas y tortuosas.

La roca también debe estar casi completamente saturada de agua o el hielo simplemente se expandirá hacia los espacios de aire en la roca no saturada, sin generar mucha presión. 

Estas condiciones son tan inusuales que es poco probable que la formación de cuñas por gelifracción sea el proceso dominante de meteorización por gelifracción.

Este tipo de meteorización es mucho más efectivo donde hay ciclos diarios de derretimiento y congelamiento de rocas saturadas de agua, por lo que es poco probable que sea significativo en los trópicos, en las regiones polares o en climas áridos. 

Los acuñamientos de hielo pueden producir destrucción de carreteras del norte de los Estados Unidos, en particular al principio de la primavera cuando el ciclo congelación-deshielo está bien establecido. Las carreteras se llenan de baches y se abomban por esta fuerza destructiva.


Descompresión

Cuando grandes masas de roca ígnea, en particular el granito, quedan expuestas a la erosión, empiezan a soltarse losas concéntricas. El proceso que genera estas capas semejantes a las de una cebolla se denomina lajamiento

Se piensa que esto ocurre, al menos en parte, debido a la gran reducción de presión que se produce cuando la roca situada encima es erosionada, un proceso denominado descompresión.

Acompañando a esta descompresión, las capas externas se expanden más que la roca situada debajo y, de esta manera, se separan del cuerpo rocoso. La meteorización continua acaba por separar y desgajar las lajas, creando domos de exfoliación.

La tensión diferencial dirigida hacia la superficie no reforzada puede ser tan alta como 35 MPa (5.100 lpc), lo suficientemente fácil como para romper la roca. 

Este mecanismo es el responsable del desconchado en minas y canteras, y de la formación de juntas en afloramientos rocosos.

El retroceso de un glaciar suprayacente también puede provocar exfoliación debido a la liberación de presión.


Expansión Térmica

El ciclo diario de temperatura puede meteorizar las rocas, en particular en los desiertos cálidos, donde las variaciones diurnas pueden superar los 30ºC. El calentamiento de una roca produce expansión y el enfriamiento causa contracción

La dilatación y reducción repetida de minerales con índices de expansión diferentes deben ejercer lógicamente cierta tensión sobre la capa externa de la roca.

Aunque en alguna ocasión se pensó que este proceso era de gran importancia para la desintegración de las rocas, los experimentos de laboratorio no han respaldado estos resultados. 

En una prueba, se calentaron rocas no meteorizadas a temperaturas mucho más elevadas que las normalmente experimentadas en la superficie de la tierra y luego se enfriaron. 

Este proceso se repitió muchas veces para simular centenares de años de meteorización, pero las rocas mostraron poco cambio aparente.

No obstante, los cantos rodados de las áreas desérticas si muestran signos de fragmentación que puede haber sido causada por cambios de temperatura. 

Una solución propuesta para el dilema sugiere que las rocas deben ser debilitadas por la meteorización química primero, antes de que puedan romperse a consecuencia de la actividad térmica.

Además este proceso puede ser reforzado por el rápido enfriamiento producido por una tempestad de lluvia en el desierto. 

Se necesitan más datos antes de llegar a una conclusión definitiva con respecto al efecto de la variación de temperatura sobre la desintegración de las rocas.


Actividad Biológica

Los organismos vivos pueden contribuir a la meteorización mecánica, así como la meteorización química

Los líquenes y musgos crecen en superficies rocosas esencialmente desnudas y crean un microambiente químico más húmedo. 

La unión de estos organismos a la superficie de la roca mejora la degradación física y química de la microcapa superficial de la roca.

Se ha observado que los líquenes arrancan los granos minerales sueltos de la lutita desnuda con sus hifas (estructuras de unión con forma de raíz), un proceso descrito como desplumado, y tiran los fragmentos hacia su cuerpo, donde los fragmentos luego se someten a un proceso de intemperismo químico

A mayor escala, las plántulas que brotan en una hendidura y las raíces de las plantas ejercen presión física y proporcionan una vía para la infiltración de agua y sustancias químicas.

La meteorización ocurre in situ (con poco movimiento o ningún movimiento), y no debe confundirse con erosión, que involucra el transporte de rocas y minerales por agentes como en agua, hielo, nieve, viento, olas y gravedad


Meteorización Química

Por Meteorización Química se entienden los complejos procesos que descomponen los componentes de las rocas y las estructuras internas de los minerales. Dichos procesos convierten los constituyentes en minerales nuevos o los liberan al ambiente circundante.

Durante esta transformación, la roca original se descompone en sustancias que son estables en el ambiente superficial. 

Por consiguiente, los productos de la meteorización química se mantendrán esencialmente inalterados en tanto cuanto permanezcan en un ambiente similar a aquel en el cual se formaron.

El agua es con mucho el agente de meteorización disolvente más importante. El agua pura sola es un buen disolvente y cantidades pequeñas de materiales disueltos dan como resultado un aumento de la actividad química para las soluciones de meteorización. 

Los principales procesos de meteorización química son la disolución, la oxidación y la hidrólisis. El agua desempeña un papel principal en cada uno de ellos.


Disolución

La disolución (también llamada solución simple o disolución congruente) es el proceso en el que un mineral se disuelve completamente sin producir ninguna sustancia sólida nueva. 

El agua de lluvia disuelve fácilmente los minerales solubles, como la halita o el yeso, pero también puede disolver minerales altamente resistentes como el cuarzo, si se le da suficiente tiempo. El agua rompe los enlaces entre los átomos del cristal:


Meteorización Química por Disolución

Una forma de disolución particularmente importante es la disolución de carbonato, en la que el dióxido de carbono atmosférico mejora la meteorización de la solución. 

La disolución de carbonato afecta las rocas que contienen carbonato de calcio, como la piedra caliza y la creta.

Tiene lugar cuando el agua de lluvia se combina con el dióxido de carbono para formar ácido carbónico, un ácido débil, que disuelve el carbonato de calcio (piedra caliza) y forma bicarbonato de calcio soluble. 

A pesar de una cinética de reacción más lenta, este proceso se favorece termodinámicamente a baja temperatura, porque el agua más fría contiene más gas de dióxido de carbono disuelto (debido a la solubilidad retrógrada de los gases). 

La disolución de carbonato es, por tanto, una característica importante de la meteorización glacial.

La disolución de carbonato en la superficie de piedra caliza bien unida produce un pavimento de piedra caliza disecada. Este proceso es más eficaz a lo largo de las articulaciones, ensanchándolas y profundizándolas.

En ambientes no contaminados, el pH de agua de lluvia debido al dióxido de carbono disuelto es de alrededor de 5,6. La lluvia ácida se produce cuando en la atmósfera están presentes gases como el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno

Estos óxidos reaccionan en el agua de lluvia para producir ácidos más fuertes y pueden reducir el pH a 4,5 o incluso a 3,0. 

El dióxido de azufre, SO₂, procedente de erupciones volcánicas o de combustibles fósiles, pueden convertirse en ácido sulfúrico dentro del agua de lluvia, lo que puede provocar la erosión de la solución en las rocas sobre las que cae.


Oxidación

Todos hemos visto objetos de hierro y de acero que se oxidaron cuando quedaron expuestos al agua. 

Lo mismo puede ocurrir con los minerales ricos en hierro. El proceso de oxidación se produce cuando el oxígeno se combina con el hierro para formar el óxido férrico, como sigue:


Meteorización Química por Oxidación

Este tipo de reacción química, denominada oxidación, se produce cuando se pierden electrones de un elemento durante una reacción. En este caso, decimos que el hierro se oxidó porque perdió electrones en favor del oxígeno. 

Aunque la oxidación del hierro progresa muy lentamente en un ambiente seco, la adición de agua aumenta enormemente la velocidad de reacción.

La oxidación es importante en la descomposición de minerales ferromagnesianos como el olivino, el piroxeno y la hornblenda. 

El oxígeno se combina fácilmente con el hierro en esos minerales para formar óxido férrico de color marrón rojizo denominado hematites, o, en otros casos, una herrumbre de color amarillento denominado limonita. 

Estos productos son responsables del color herrumbroso que aparece en las superficies de las rocas ígneas oscuras, como el basalto, cuando empiezan a experimentar meteorización

Sin embargo, la oxidación sólo puede ocurrir después de que el hierro es liberado de la estructura del silicato por otro proceso denominado hidrólisis.

Otra reacción de oxidación importante se produce cuando se descomponen los sulfuros, como la pirita. Los sulfuros son constituyentes importantes en muchas menas metálicas, y la pirita se encuentra también asociada a menudo a depósitos de carbón. 

En un ambiente húmedo, la meteorización química de la pirita (FeS₂) produce ácido sulfúrico (H₂SO₄) y oxi-hidróxido de hierro [FeO(OH)]. 

En muchas localidades mineras, este proceso de meteorización produce un grave riesgo ambiental, en particular en áreas húmedas donde el agua de la lluvia se infiltra en las pilas marginales (material de desecho que queda después de extraer el carbón u otros minerales). 

Este denominado drenaje ácido de mina acaba por abrirse camino hacia los ríos, matando los organismos acuáticos y degradando el hábitat acuático.


Hidrólisis

La hidrólisis (también llamada disolución incongruente) es una forma de meteorización química en la que solo se disuelve una parte de un mineral. 

El resto del mineral se transforma en un nuevo material sólido, como un mineral de arcilla.

Por ejemplo, la forsterita (olivina de magnesio) se hidroliza en brucita sólida y ácido silícico disuelto.


Meteorización Química por Hidrólisis


La mayor parte de la hidrólisis durante la meteorización de los minerales es la hidrólisis ácida, en la que los protones (iones de hidrógeno), que están presentes en el agua ácida, atacan los enlaces químicos de los cristales minerales.

Los enlaces entre diferentes cationes e iones de oxígeno en los minerales difieren en fuerza, y los más débiles serán atacados primero. 

El resultado es que los minerales en las rocas ígneas se meteorizan aproximadamente en el mismo orden en el que se formaron originalmente (serie de reacciones de Bowen).

El dióxido de carbono que se disuelve en agua para formar ácido carbónico, es la fuente más importante de protones, pero los ácidos orgánicos también son fuentes naturales importantes de acidez. 

La hidrólisis ácida del dióxido de carbono disuelto a veces se describe como carbonatación y puede resultar en la meteorización de los minerales primarios a minerales de carbonato secundarios. 

El ácido carbónico es consumido por la meteorización del silicato, lo que resulta en soluciones más alcalinas debido al bicarbonato. Esta es una reacción importante para controlar la cantidad de CO₂ en la atmósfera y puede afectar el clima.

Los aluminosilicatos que contienen cationes altamente solubles, como iones de sodio o potasio, liberarán los cationes como bicarbonatos disueltos durante la hidrólisis ácida:


Velocidades de Meteorización

Varios factores influyen en el tipo y la velocidad de meteorización de la roca. La meteorización mecánica afecta a la velocidad de meteorización. 

Al fracturar la roca en fragmentos más pequeños, aumenta la cantidad de área superficial expuesta a la meteorización química. Otros factores importantes son las características de las rocas y el clima.


Característica de la Roca

Las características de la roca abarcan todos sus rasgos químicos, entre ellos su composición mineral y la solubilidad

También afecta todas las heterogeneidades que permiten la libre circulación del agua, activando de esta manera cualquiera de los mecanismos químicos de meteorización.

Las variaciones en las velocidades de meteorización debido a los constituyentes minerales se pueden demostrar comparando antiguas lápidas hechas de distintas rocas. Las lápidas de granito, que está compuesto de silicatos, son relativamente resistentes a la meteorización química. 

Por el contrario, las que están hechas de mármol muestran signos importantes de alteración química a lo largo de un período relativamente corto. El mármol está compuesto de calcita que se disuelve fácilmente incluso en una solución débilmente ácida.

El orden en el cual se meteorizan los silicatos es esencialmente el mismo de su cristalización, respetando el orden establecido en las series de reacción de Bowen

La fuerza del enlace silicio-oxígeno es grande. Dado que el cuarzo está compuesto completamente por estos enlaces fuertes, es muy resistente a la meteorización. 

Por el contrario, el olivino tiene bastantes menos enlaces silicio-oxígeno siendo mucho menos resistente a la meteorización química.


Clima

Los factores climáticos, en particular la temperatura y la humedad son cruciales en la meteorización de la roca. 

Un ejemplo importante de meteorización mecánica es que la frecuencia de los ciclos de congelación-deshielo afecta en gran medida los procesos de cuña de hielo. 

La temperatura y la humedad ejercen también una fuerte influencia sobre las velocidades de meteorización química y sobre la clase y cantidad de vegetación presente. 

Las regiones con vegetación abundante tienen en general un manto grueso de suelo rico en materia orgánica descompuesta de la cual se derivan fluidos químicamente activos, como el ácido carbónico y el ácido húmico.

El ambiente óptimo para la meteorización química es una combinación de temperaturas cálidas y humedad abundante

En las regiones polares, la meteorización química es ineficaz porque las bajas temperaturas mantienen la humedad disponible encerrada en forma de hielo, mientras que en las regiones áridas hay insuficiente humedad para favorecer una meteorización química rápida.

La actividad humana puede influir en la composición de la atmósfera, la cual, a su vez, puede afectar a la velocidad de meteorización química. La lluvia ácida es un claro ejemplo.


Fuente:

  • Tarbuck, E. y Lutgens, F. Ciencias de la Tierra 8va. Edición. Pearson Education. Madrid, España (2005).
  • Colaboradores de Wikipedia. Meteorización. Wikipedia, la enciclopedia libre (2021). https://es.wikipedia.org/wiki/Meteorización


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