L’erosione delle rocce si sviluppa attraverso i processi di degradazione, i quali possono essere di tipo fisico o fisico-chimico (disgregazione) o di tipo chimico (alterazione). Disgregazione e alterazione avvengono contemporaneamente anzi si tratta di un’azione combinata.

Processi erosivi di tipo fisico o fisico-chimico (disgregazione)

Possiamo distinguere i processi erosivi di tipo fisico e fisico-chimico nella maniera seguente:

Processi erosivi di tipo fisico per azione della gravità (disgregazione meccanica) (FG)

Fratturazione indotta dalla gravità (IFG)

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Movimenti di massa gravitativi. (IFGM)

Per la sola azione della gravità possiamo avere volumi di roccia, detrito o terreno che sottoposti a movimenti differenziali vengono separati in elementi di volumi sempre più piccoli in seguito a crolli, ribaltamenti, scivolamenti rotazionali o traslativi, espansioni laterali, colamenti o in seguito ad un’associazione di diversi meccanismi come i precedenti.

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Fratturazione indotta dalla compressione (IFGC)

Si ha quando un volume di roccia di grandi dimensioni rimane, a causa dell’erosione,  poggiata sopra un altro volume di roccia più piccolo, che per sforzo compressivo quindi può rompersi per sbriciolamento.

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Fratturazione indotta da decompressione (IFGD)

I processi erosivi rimuovendo i volumi di roccia che si trovano al di sopra rispetto a quelli che si trovano al di sotto, causano l’espansione dei volumi sottostanti con conseguente formazione di joints e fratture parallelamente alla superficie (esquamazione sferoidale).

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Rilascio tensionale (IFGTR)
E’ dovuto a fratture preesistenti della roccia che si romperà secondo la gravità.

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Reptazione (Soil creep) (CREEP)
La reptazione o soil creep riguarda il suolo e la porzione alterata del substrato. Si tratta di un movimento lentissimo (da qualche mm ad alcuni cm/a), che decresce in maniera esponenziale con la profondità (Z) ed è costituito da un insieme di piccoli movimenti parziali delle singole particelle, che avviene lungo un pendio (con inclinazione di 5° minimo) che determina una lenta deformazione di roccia e suolo.

Questo movimento avviene in terreni sciolti e incoerenti e consiste nello spostamento graduale dei singoli granuli e non è causato direttamente dalla gravità

di umidità, dilatazioni termiche, crescita delle radici, attività di animali scavatori o pascolanti e lavorazioni agricole. In superficie si notano piccoli distacchi e gradini.

Cause diverse si sommano all’azione della gravità e determinano lo spostamento delle particelle attraverso cicliche microespansioni e microcontrazioni  del suolo:

  • circolazione di acqua nel terreno
  • dilatazioni e contrazioni termiche
  • variazioni di umidità (umidificazione ed essiccazione)
  • cicli di gelo e disgelo
  • bioturbazione (crescita delle radici, attività di animali scavatori o pascolanti e lavorazioni agricole)
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Dilavamento (DIL)

Le acque piovane, ma anche la grandine o la neve, per la loro forza di caduta producono importanti effetti di modellamento sia attraverso l’azione diretta all’impatto, sia attraverso lo scorrimento dell’acqua in superficie causato dalla pendenza naturale. Si possono distinguere vari tipi di processi di dilavamento:

  • Erosione da precipitazioni – Splash erosion. E’ l’azione meccanica delle gocce d’acqua, dei chicchi di grandine o della neve direttamente sul terreno.
    • EFFETTI
      • rimozione delle particelle più fini con conseguente distruzione della struttura del suolo e asportazione della parte organica
      • progressivo spostamento veros valle degli element del terreno
      • occlusione dei pori del suolo con conseguente diminuzione della permeabilità
  • Erosione laminare/areale – Sheet erosion/flood (dilavamento diffuso). La maggior parte dell’acqua defluisce e non viene assorbita dal suolo che risulta coperto da una lama d’acqua con conseguente erosione laminare e areale. 
  • Le acque piovane che non si infiltrano, scorrono sul terreno dapprima in modo diffuso con la formazione di unalamina di acqua più o meno omogena che scorre sui pendii.
    Il fenomeno è particolarmente efficace su terreni privi di copertura vegetale e in cui le acque non si infiltrano.

    • EFFETTI
      • Nelle regioni aride, a seguito diprecipitazioni brevi e intense,si forma una lama d’acqua più o meno continua che scende rapida ed impetuosa verso il piede dei versanti, originando nelle aree di fondovalle inondazioni improvvise e
        estremamentepericolose. Sitrattadifenomenipocofrequentimadigrandeintensità,duranteiquali leacquedilavanti
        asportanograndi quantitàdimaterialedetriticodai versanti e letrasportanoperpoi sedimentarlenei fondovalle: si
        vengonocosìaoriginaremarcatemodificazionimorfologicheintempirelativamentebrevi.

  • Sheet flood e flash flood: sono due fenomeni di piena diversi, anche se possono essere collegati. Nelle regioni aride, a seguito di precipitazioni brevi e intense, si forma una lama d’acqua più o meno continua che scende in modo tanto più rapido ed impetuoso quanto più è grande la pendenza,  verso il piede dei versanti, originando nelle aree di fondovalle inondazioni improvvise e estremamente pericolose. Si tratta di fenomeni poco frequenti ma di grande intensità, durante i quali le acque dilavanti asportanograndi quantitàdimaterialedetriticodai versanti e letrasportanoperpoi sedimentarlenei fondovalle: si vengono così a originare marcate modificazioni morfologi che in tempi relativamente brevi.

    • Sheet flood (allagamento a velo): è il deflusso dell’acqua in uno strato relativamente uniforme su un’ampia superficie, senza essere confinato in un alveo o canale. Si verifica quando la pioggia intensa supera la capacità del terreno di assorbire l’acqua, che quindi scorre “a velo” sul suolo. È tipico di aree pianeggianti, superfici impermeabili o ambienti aridi.
    • Flash flood (alluvione improvvisa): è un’inondazione che si sviluppa molto rapidamente, generalmente entro poche ore (spesso meno di 6) da una pioggia intensa o da un improvviso rilascio d’acqua (ad esempio per il cedimento di una diga). È caratterizzata da correnti molto veloci e rappresenta uno dei fenomeni idrologici più pericolosi perché lascia pochissimo tempo per mettersi in salvo.

    Differenza principale:

    • Lo sheet flood descrive come l’acqua si muove (diffusa in uno strato superficiale).
    • La flash flood descrive la rapidità e la pericolosità dell’evento di piena, che può includere sia uno sheet flood sia l’esondazione di torrenti, fiumi o canali.

    Rill e gully erosion:

  • Quando le piogge si protraggono, sui versanti maggiormente acclivi la lama d’acqua che si produce tende ad incanalarsi e si pasa da un velo continuo ad una situazione in cui si si concentra in una serie di filetti fluidi subparalleli, che incidono il suolo con una fitta rete di microsolchi di erosione con dimensioni dell’ordine del cm (rills).
    Il processo si sviluppa soprattutto su versanti privi di vegetazione o ricoperti da una rada copertura erbacea. Negli ambienti con condizioni di biostasia, i rills si sviluppano solamente in aree sottoposte a deforestazione o a intense pratiche agricole, mentre
    nelle zone aride il fenomeno è sempre presente.
  • Infine questi filetti tendono a confluire dando luogo ad un ruscellamento concentrato lungo incisioni caratterizzate da maggiori velocità dell’acqua e portata (gully erosion).
  • EFFETTI
    Quando muovendosi verso il basso sul versante le acque dilavanti tendono a d approfondire i rivoli e questi iniziano a convergere,si assiste ad u n notevole incremento dell’erosione del suolo, conl aformazione di solchid’erosione (gullies) via via più profondi procedendo vers ovalle.
  • Piping: E’ un fenomeno dovuto allo scorrimento subsuperficiale dell’acqua nel terreno
    • Quando l’acqua di ruscellamento penetra in unterreno porosoo fessurato e vi scorre con velocità abbastanza elevata si possono produrre dei cunicoli sub-superficiali di erosione.
    • Altri effetti
      • La genesi di gullies può essere legata alla combinazione dei processi di dilavamento
        superficiale con quelli di piping. I gullies si formano sia per il progressivo approfondimento dei rills che per crollo delle cavità prodotte dall’erosione subsuperficiale).

 

Processi erosivi di tipo dinamico per azione della pressione di acqua, ghiaccio, vento (DYN-ER)

Questo tipo di processi sono determinati dallo sforzo di taglio esercitato dall’acqua, dal ghiaccio o dal vento che provoca la rimozione di particelle.

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Erosione fluviale (HYRER)

Erosione fluviale di fondo (HYRER-B)

E’ causata dalla corrente fluviale che esercita una pressione tale da provocare la rimozione delle particelle, vincendo la resistenza del materiale posto sul fondo dell’alveo.

Erosione fluviale di sponda  (HYRER – RS)

Questo processo di erosione è sempre determinato dalla pressione della corrente fluviale che rimuove le particelle che si depositano lungo le sponde dell’alveo a causa di movimenti gravitativi di massa. L’azione combinata di questi due processi erosivi provoca l’arretramento della sponda.

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Erosione lacustre (HYLER)

In ambiente lacustre l’erosione di fondo e di sponda è dovuta, non solo alle correnti determinate da differenze di temperatura o derivanti dalla presenza di immissari ed emissari oppure alla presenza di un fondale molto irregolare con restringimenti e dislivelli che può dare origine gorghi, ma anche ad altri movimenti dovuti all’azione del vento sulla superficie (onde lacustri), all’attrazione lunisolare (maree, onde di marea lacustri) oppure a cambiamenti periodici repentini e zonati della pressione atmosferica (sesse lacustri) che causano innalzamenti di livello dell’acqua con spostamenti laterali, spesso osservabili come veri e propri dislivelli tra una parte e l’altra della costa, e formazione di onde (onde di sessa lacustre).

Erosione marina (HYMER) 

Come in ambiente lacustre anche in ambiente marino si ha erosione di fondo e di sponda dovuta alla corrente marina, all’azione del vento sulla superficie marina (onde marine), ed alle onde di marea.

Erosione glaciale (HYGER) 
In ambiente glaciale l’erosione è determinata sia dalla spinta di un ghiacciaio (qui ci riferiamo in modo particolari ai ghiacciai montani) sui suoi margini laterali oppure frontalmente, sia dalla pressione che viene esercitata dal ghiaccio sul fondo. Questo provoca non solo la frantumazione ma anche rimozione di tutto il materiale che si viene a trovare lateralmente, frontalmente e sul fondo di un ghiacciaio.
Erosione eolica (deflazione) (W-ER)

Anche la spinta del vento, per quanto limitata contribuisce all’erosione di tipo dinamico, aiutando a rimuovere del tutto le particelle anche parzialmente separate.

Processi erosivi di tipo fisico – Azione meccanica di particelle trasportate da agenti atmosferici (acqua, ghiaccio, vento) – Abrasione (ABR-ER)

Si tratta di processi erosivi determinati dall’azione meccanica abrasiva di particelle trasportate da agenti atmosferici (acqua, ghiaccio o vento) sulle rocce, sui terreni o sui suoli. Questo tipo di azione viene chiamata in generale abrasione.

Tipi di abrasione 

Corrasione marina o fluviale 
E’ causata dalle particelle trasportate dall’acqua (onde del mare, correnti marine o fluviali, ecc.).

Corrasione eolica
E’ causata dalle particelle trasportate dal vento.

Esarazione
E’ causata dall’azione abrasiva del ghiaccio sulle rocce sottostanti e dalla spinta del ghiaccio sulle particelle poste a contatto con la sua superficie.

Processi erosivi di tipo fisico, azione meccanica e dinamica di organismi viventi (BIOCL-ER)

Bioclastismo (BIOCL)

E’ un processo erosivo prodotto dagli esseri viventi (es. radici delle piante, animali scavatori, ecc) che contribuisce alla disgregazione meccanica delle rocce. Gli esseri viventi esercitano infatti azioni di tipo meccanico e dinamico (es. compressivo, abrasivo) sulle rocce.

Processi erosivi di tipo chimico-fisico (disgregazione)

Sono processi erosivi legati al cambiamento di stato dell’acqua o alla cristallizzazione di alcuni sali.

  • Crioclastismo. E’ dovuto alla pressione (P) esercitata dall’acqua in congelamento sulle superfici di discontinuità di una roccia
  • Termoclastismo: E’ dovuto alle ΔT, prodotte dall’insolazione, che producono dilatazioni e contrazioni delle rocce tali da portare, se di entità e durata rilevante alla frantumazione delle rocce.
  • Idroclastismo: E’ dovuto a cicli di umidificazione ed essiccamento dovute all’assorbimento di acqua da parte delle rocce che portano inevitabilmente alla loro disgregazione
  • Aloclastismo: E’ un fenomeno causato dall’azione meccanica di sali cristallizzati entro le superfici di discontinuità delle rocce con modalità simili al crioclastismo.
  • Bioturbazione: Comprende sia processi fisici e fisico-chimici che contribuiscono all’alterazione, alla deformazione ed alla distruzione di strutture inorganiche dei sedimenti da parte di organismi viventi.

Processi erosivi di tipo chimico (alterazione)

Per alterazione si intendono quei processi di tipo chimico che portano alla formazione di nuovi minerali. Questi processi avvengono soltanto in certe condizioni e/o anche in presenza di organismi viventi:

  • chimico
    • ossidazione (OXI)
    • corrosione (COR)
    • dissoluzione (DIS)
    • idrolisi (IDL)
  • alterazione biotica
    • alterazione lichenica
    • chelazione

Degradazione Chimica (Alterazione)

Per degradazione chimica si intendono una serie di processi che, per mezzo di reazioni chimiche, producono cambiamenti nella composizione chimica e mineralogica di una roccia con formazione di nuovi minerali.

Ossidazione/Riduzione (OXI)

Ossidazione

E’ dovuto alla reazione chimica di alcuni minerali, originati in ambiente  riducente, con l’ossigeno atmosferico o con quello disciolto nelle soluzioni acquose.
L’ossidazione interessa prevalentemente le rocce contenenti Fe, Mn, Ti o S e determina la formazione di ossidi con colorazioni rossastre, marroni e giallastre chimicamente degradate.

Per effetto dell’ossidazione il Fe2+ bivalente di molti minerali (es. le miche) viene  trasformato in Fe3+ con effetti disgreganti sui legami dei reticoli cristallini determinando un indebolimento complessivo della roccia madre che può essere attaccata più facilmente dagli processi erosivi e/o di degradazione.

L’ossigeno (O2) libero presente in atmosfera dunque può cambiare lo stato di ossidazione di un elemento chimico all’interno di un minerale. 

    • 2Fe3O4 (magnetite) +1/2O2 ⇔ 3Fe2O3(ematite)
    • FeS2 (pirite) + 8H2O + 15O2 ⇔  2Fe2O3 (ematite) + 16H+ + 8SO4‐
    • MnO2 (pirolusite) + O2  ⇔ MnO
      2-
      4
    • 4FeSiO3 + O2 ⇔ 2Fe2O3 + 4SiO2  (pirosseno —> ematite + silice disciolta) 

I fenomeni di ossidazione più vistosi si osservano in rocce contenenti minerali di Fe e Mn, ove il processo viene reso evidente dalla caratteristica colorazione che assume la porzione alterata in affioramento:
‐ rosso‐bruna per i minerali di Fe
‐ nerastra per i minerali di Mn.

Corrosione

E’ un fenomeno di natura elettrochimica che determina una interazione chimico-fisica del materiale metallico con l’ambiente che lo circonda.

Dissoluzione/Carbonatazione

La pioggia e le acque superficiali spesso disciolgono parte dell’anidride carbonica (CO2) atmosferica (Carbonazione), formando acido carbonico (H2CO3):

CO2 + H2O ⇔ H2CO3(aq) 

L’acido carbonico H2CO3 può poi reagire con il CaCO3 (carbonato di calcio) portando in soluzione ioni calcio e ioni bicarbonato.

H2CO3 + CaCO3  ⇔ Ca2+ + 2(HCO3)2-

La reazione può inoltre spostarsi verso sinistra e consentire la precipitazione di carbonato di calcio, ad esempio per diminuzione di pressione o per basso contenuto di CO2 libera.

Anche la silice può essere trasformata per dissoluzione in acido ortosilicico:

SiO2 + H2O ⇔ H4SiO4

Idratazione e Deidratazione

Idratazione

E’ il processo di assunzione di acqua di cristallizzazione nel reticolo di un minerale. Pertanto
si ha generalmente un aumento di volume dei litotipi che contengono questi minerali con  conseguenti effetti meccanici di deformazione.
Casi frequenti sono quelli della trasformazione di
‐ anidrite in gesso
‐ ossidi in idrossidi di Ferro

L’idratazione comporta dunque l’inserimento di molecole di H2O o di ioni OH–all’interno della struttura cristallina di un minerale. Se avviene il contrario invece si ha una reazione di deidratazione. Un esempio è la reazione gesso (CaSO4 • 2H2O) /anidride (CaSO4)

CaSO4 + 2H2O ⇔ CaSO4 • 2H2O

Altro importante esempio è rappresentato dagli ossidi di ferro che possono, assorbendo ossidrili (OH–) , dare idrossidi di ferro. Un esempio di questa reazione è rappresentato dalla (FeO)/goethite FeO(OH) :

FeO (wustite) + 2H2O ⇔ FeO(OH) (goethite)  + H3O+

Idrolisi

Sono reazioni che portano in soluzione uno o più ioni presenti all’interno di un minerale e che coinvolgono la maggior parte dei silicati, come ad esempio Olivina, Pirosseni e Feldspati.

2KAlSi3O8 (Feldspato) + 2H2CO3 + 9H2O ⇔ Al2Si2O5(OH)2 (Caolinite) + 4H4SiO4 + 2K++ 2HCO3–

Argillificazione

Reazioni chimiche simili all’idrolisi interessano altri minerali silicatici (p.e. plagioclasi e miche) che subiscono un analogo processo di argillificazione (alterazione siallitica).

Alterazione allitica

Nelle zone a clima megatermico umido i minerali argillosi ottenuti possono essere  ulteriormente scomposti (alterazione allitica), con la separazione della silice (SiO2) e di ossidi e idrossidi di ferro (ematite e goethite) e alluminio (gibbsite). Nelle zone tropicali la silice può venire dilavata e completamente asportata dalle acque, con la formazione di suoli residuali anche profondi (suoli lateritici o lateriti) o di orizzonti cementati ed induriti (crostoni lateritici) caratterizzati dalla concentrazione di ossidi e idrossidi di ferro e alluminio.

Alterazione biotica

Le rocce sono alterate anche dall’attività di organismi animali o vegetali, capaci di adattarsi, dal punto di vista trofico, direttamente al substrato geologico. Tale alterazione può essere attiva, quando è connessa direttamente alla loro vita biologica, oppure di tipo passivo se è invece connessa alla loro decomposizione.

I primi organismi non microscopici che si insediano sulla crosta inalterata sono i licheni crostosi endolitici (es. Verrucaria hiacens) penetrando la massa litoide roccia con ife e gonidi fino a portare il tallo anche oltre 1 cm di profondità. Le ife medullari emettono CO2 e particolari sostanze dette sostanze licheniche (es. acido lecanorico) che permettono l’attacco chimico del substrato.

I licheni quindi oltre a frantumare la roccia con azione chimica e fisica, assorbono da questa nutrienti. 

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