rocce, alterazióne delle-
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Descrizione generale
Insieme di processi naturali che provocano trasformazioni fisiche e chimiche nelle rocce affioranti in superficie. È talora indicata anche come degradazione meteorica. I processi attraverso i quali si realizza l'alterazione delle rocce si svolgono in tempi notevolmente lunghi e hanno inizio quando una roccia, per cause naturali o artificiali, viene a essere esposta all'atmosfera. A seconda delle condizioni climatiche e subordinatamente alla natura delle rocce, possono assumere maggiore importanza i processi fisici, che provocano una semplice disgregazione meccanica, o quelli chimici, che danno luogo a un vero e proprio disfacimento, con trasformazioni spinte a livello dei singoli minerali. Da un punto di vista generale si può ancora osservare che le rocce sono tanto più alterabili quanto maggiori sono le differenze fra le condizioni fisico-chimiche cui esse sono sottoposte nell'ambiente subaereo e quelle che vigevano nel loro luogo di formazione. In altre parole si può affermare che le rocce ignee e quelle metamorfiche sono più predisposte all'alterazione di quelle sedimentarie. Questo criterio è applicabile anche al caso dei singoli minerali costituenti le rocce, tanto che, volendo fornire una scala di alterabilità per gli stessi, è sufficiente elencarli secondo l'ordine delle classiche serie di reazione di Bowen, cioè secondo la successione genetica nel corso del raffreddamento del magma.
Alterazione fisica
L'alterazione fisica delle rocce è essenzialmente dovuta agli effetti del gelo e disgelo, agli sbalzi di temperatura e, localmente, all'azione divaricatrice delle radici e all'attività umana . L'azione del gelo e disgelo è connessa all'aumento di volume che l'acqua subisce quando passa dallo stato liquido a quello solido. In concomitanza con questo fenomeno, infatti, l'acqua contenuta nella cavità delle rocce (fratture, pori, ecc.) esercita delle pressioni ingenti (a -22 ºC si raggiungono 2100 kg/cm²), che, se ripetute, danno luogo a un vero e proprio sgretolamento. Questo tipo di alterazione fisica raggiunge la massima intensità nelle regioni dove le escursioni della temperatura intorno a 0 ºC si verificano con maggior frequenza (regioni temperate freddo-umide e, nelle zone montagnose, fasce prossime al limite delle nevi persistenti). In altre parole, affinché si manifesti questo tipo di alterazione, non si richiedono forti oscillazioni termiche giornaliere, che rappresentano invece la condizione essenziale perché si manifestino gli effetti disgregatori degli sbalzi di temperatura. La disgregazione è in questo caso legata ai processi di dilatazione e contrazione che subiscono i granuli delle rocce polimineraliche con l'alternarsi del riscaldamento diurno al raffreddamento notturno. Data la ridotta conducibilità termica delle rocce, questo fenomeno interessa soltanto le porzioni corticali delle masse rocciose esposte ai raggi del sole. Se le rocce sottoposte agli sbalzi di temperatura sono monomineraliche o a grana fine, le tensioni interne si manifestano fra sottili strati a diversa temperatura, il che comporta le classiche forme di desquamazione o sfogliazione. La disgregazione per sbalzi di temperatura è caratteristica delle regioni a clima arido (deserti) e delle zone di alta montagna, cioè di tutti quegli ambienti nei quali l'aria particolarmente tersa favorisce un'intensa insolazione diurna e un rapido e notevole raffreddamento notturno.
Alterazione chimica
L'alterazione chimica delle rocce può avvenire per azione semplice o combinata di fenomeni di ossidazione, carbonatazione, idratazione, soluzione e idrolisi. L'ossidazione comporta la combinazione di alcuni componenti delle rocce (elementi nativi, minerali, sostanze organiche, ecc.) con l'ossigeno atmosferico. I suoi effetti più appariscenti sono rappresentati dagli arrossamenti delle rocce, connessi con la trasformazione degli ossidi e idrossidi ferrosi in ossidi e idrossidi ferrici; dalla sbiancatura superficiale delle rocce carboniose e bituminose, originariamente nerastre; dalla trasformazione dei solfuri (insolubili) in solfati (solubili). A questo ultimo processo è dovuta, per esempio, la formazione del cosiddetto cappellaccio limonitico, di colore rossastro, al di sopra dei giacimenti di pirite e, in scala minore, la formazione di chiazze rossastre (sempre di natura limonitica) sulle rocce e sulle pietre ornamentali contenenti granuli di pirite ed esposte all'atmosfera. La carbonatazione è dovuta all'azione combinata dell'acqua e dell'anidride carbonica su alcune basi che si formano a seguito dei processi di alterazione idrolitica; essa porta alla formazione di carbonati solubili, permettendo quindi, indirettamente, il proseguimento di detta alterazione. In definitiva il processo della carbonatazione è collaterale a quello dell'idrolisi. Anche i fenomeni di idratazione rivestono importanza modesta, interessando solo particolari tipi di minerali, quali l'anidrite e gli ossidi ferrici. L'anidrite, a contatto con l'acqua, è in grado di incorporare nel proprio reticolo cristallino due molecole d'acqua, trasformandosi in gesso; gli ossidi ferrici, per reazioni analoghe, si trasformano in minerali del gruppo della limonite. Tutte le trasformazioni connesse con l'idratazione implicano notevoli aumenti di volume (fino al 62% nel caso dell'anidrite). Ben più importanti rispetto ai due ultimi processi citati sono i fenomeni di soluzione che intervengono nelle masse rocciose esposte al contatto con l'acqua. Sotto questo punto di vista, occorre ricordare che ben pochi minerali possono essere ritenuti praticamente insolubili (quarzo e muscovite); in ordine crescente, i minerali più sensibili all'azione solvente dell'acqua sono: i carbonati, i solfati e i cloruri. Per effetto del fenomeno di soluzione, le rocce possono assumere strutture particolari (per esempio dolomie cariate) o forme assai caratteristiche (vedi carsismo).
Alterazione chimica per idrolisi
Nel quadro generale del disfacimento chimico delle rocce, sono tuttavia i processi di alterazione per idrolisi quelli che rivestono maggior significato. Essi interessano infatti i silicati, costituenti fondamentali delle rocce ignee e presenti anche, in percentuali variabili, in quelle metamorfiche e in quelle sedimentarie. Fra i minerali silicatici sono particolarmente sensibili a questo tipo di alterazione i feldspati e i feldspatoidi e, in misura minore, gli anfiboli, i pirosseni, le miche ferrifere, ecc. L'alterazione dei silicati per via idrolitica è resa possibile dal fatto che l'acqua è parzialmente dissociata nei suoi ioni costituenti (H+ e OH-) e si comporta, di conseguenza, come un acido debole, capace di attaccare i sali di altri acidi più deboli ancora, quali sono appunto i silicati. Poiché il grado di dissociazione dell'acqua cresce con la temperatura, l'intensità e la rapidità dei fenomeni di disfacimento raggiungono valori massimi nelle regioni caldo-umide della fascia intertropicale. L'alterazione idrolitica dei silicati si realizza gradualmente attraverso diversi stadi e non sempre si raggiunge quello finale. Il primo stadio comporta l'allontanamento di alcuni cationi (sodio, potassio, calcio, magnesio, ferro, ecc.), che si combinano con il gruppo ossidrilico formando delle basi, e la contemporanea formazione di silicati idrati di alluminio (minerali argillosi). Tale processo si identifica con la cosiddetta alterazione siallitica o caolinizzazione dei feldspati. Negli stadi successivi (alterazione allittica e alterazione alluminosa) anche i minerali argillosi di neoformazione vengono attaccati e scomposti con separazione di silice (colloidale e microcristallina), idrossidi di ferro e alluminio, ecc., che sono i principali costituenti dei suoli lateritici. In una fase successiva, che si realizza soprattutto nelle zone equatoriali, anche la silice unitamente agli idrossidi ferrici può essere allontanata, in soluzione o sospensione, dalle acque dilavanti e percolanti: nel residuo si crea così un arricchimento indiretto di ossidi e idrossidi di alluminio, componenti fondamentali dei suoli bauxitici (alterazione bauxitica).
Il ruolo degli organismi
Per quanto riguarda infine il ruolo degli organismi nel quadro dell'alterazione delle rocce, si può ricordare anche l'attività distruttrice dell'uomo (sbancamenti, cave, arature profonde, ecc.), che accelera i processi naturali di disgregazione. Gli organismi contribuiscono anche al disfacimento chimico. Notevole è sotto questo profilo l'attività dei batteri, sia per il contributo diretto apportato da alcuni di essi (batteri nitrificanti, ferrobatteri, solfobatteri, ecc.), sia per l'importanza che essi assumono, controllando la decomposizione della materia organica, nella genesi delle sostanze umiche, sostanze che, a loro volta, prendono parte attiva nei complicati processi chimici che conducono alla formazione dei suoli. Sempre rimanendo nel campo dell'attività degli organismi, non si può oggi ignorare il contributo indiretto dell'uomo anche nei processi di alterazione chimica: gli inquinamenti hanno notevolmente incrementato il grado di aggressività dell'atmosfera e delle acque, come si può facilmente constatare dall'intensificarsi del disfacimento di molte pietre ornamentali nelle città più industrializzate.