Comment l'altération de l'atmosphère influence la géographie physique de la Terre

Types d'altération : physique, chimique et biologique

Les géoscientifiques classent les conditions météorologiques en trois grandes catégories, selon les mécanismes impliqués : les conditions météorologiques physiques (ou mécaniques), les conditions météorologiques chimiques et les conditions météorologiques biologiques. Dans la nature, ces types fonctionnent souvent simultanément, avec un processus qui améliore un autre. Par exemple, la fracturation physique augmente la surface disponible pour les attaques chimiques, tandis que l'activité biologique peut produire des acides qui accélèrent la dégradation chimique.

Conditions atmosphériques physiques : désintégration sans changement chimique

L'altération physique brise les roches en petits fragments sans modifier leur composition minérale. Ce type d'altération est le plus efficace dans les environnements à fortes températures, à eau abondante ou à vitesses élevées du vent.

• Gel-dégel (Frost Wedging):[ L'eau s'infiltre dans les fissures de la roche, s'étend d'environ 9% lorsqu'elle gèle et agit comme un coin qui force la fissure plus large. Les cycles de gel-dégel répétés brisent les fragments angulaires, créant des pentes talus à la base des falaises. Ce processus est dominant dans les régions alpines et périglaciaires.
• Extension et contraction thermiques:[ Dans les environnements désertiques, les oscillations dramatiques de la température quotidienne entraînent une expansion des roches lorsqu'elles sont chauffées et se contractent lorsqu'elles sont refroidies.
• Déchargement et libération de pression:[ Lorsque les roches surplombantes sont enlevées par érosion, la roche sous-jacente se développe et se fracture parallèlement à la surface, produisant des joints de tôle. Ce processus est responsable des dômes d'exfoliation vus dans des endroits comme le parc national Yosemite (USA).
• Abrasion: Les particules transportées par le vent, l'eau ou la glace scour les portent. Les roches abrasées par le vent développent souvent une surface de ventifact polie, tandis que les cours d'eau coupent les trous de pot et les canaux.
• Crystallisation du sel: Dans les zones côtières et arides, les solutions de sel pénètrent dans les pores et les fissures. Lorsque l'eau s'évapore, les cristaux de sel poussent et exercent une pression, désintégrant la roche.

Conditions atmosphériques chimiques: décomposition par réaction chimique

L'altération chimique modifie la structure interne des minéraux, souvent en les transformant en substances nouvelles et plus stables. L'eau est l'agent critique, soit comme solvant, soit comme milieu pour les réactions chimiques.

• Dissolution: Des minéraux comme la halite (salut de roche) et la calcite se dissolvent directement dans l'eau. L'eau acide accélère grandement la dissolution. Le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le sol se dissout dans l'eau de pluie pour former un acide carbonique faible, qui attaque facilement le calcaire, créant une topographie karstique, des puits et des grottes.
• Oxydation: L'oxygène dissous dans l'eau réagit avec des minéraux ferreux, formant des oxydes de fer (rouille) mous, émiettés et souvent brun rougeâtre. Cela affaiblit les roches et donne de nombreux paysages, tels que les lits rouges de l'Oklahoma et les formations de fer à bandes de l'Australie, leur couleur caractéristique.
• Hydrolyse: Cette réaction entre les minéraux de l'eau et des silicates (comme le feldspar et le mica) produit des minéraux argileux et des ions dissous. Par exemple, l'hydrolyse du feldspar produit de l'argile kaolinite et des ions potassium, qui sont ensuite lessivés. L'hydrolyse est le processus primaire par lequel le granit se met en terre riche en argile des régions tropicales.
• Hydration:[ Certains minéraux absorbent l'eau et s'étendent, ce qui stresse la roche. Bien que pas aussi destructeur que l'hydrolyse, l'hydratation est un précurseur courant de l'altération physique.

Les taux d'altération chimique sont fortement influencés par la température et l'humidité. Les climats chauds et humides favorisent l'altération chimique la plus rapide, c'est pourquoi les régions tropicales ont une régolith profonde, chimiquement altérée, tandis que les zones polaires et arides présentent une altération chimique minimale.

Conditions météorologiques biologiques : la vie comme agent météorologique

Les organismes vivants contribuent à l'altération physique et chimique. Les plantes, les animaux, les champignons et les microorganismes jouent tous un rôle :

• Rot Wedging: Les racines d'arbre se développent en fissures et exercent une pression énorme en épaississant, en priant les roches à part. Ceci est particulièrement efficace dans les roches bien articulées comme le calcaire et le granit.
• Acides organiques: Les lichens, les mousses et les racines des plantes sécrètent les acides organiques qui dissout les minéraux. Les lichens sur les surfaces rocheuses nues sont souvent des pionniers de l'altération chimique, de l'arrachage de minuscules fosses.
• animaux en bourre de terre: Les vers de terre, les fourmis, les rongeurs et d'autres créatures en bourre de terre mélangent et décomposent les fragments de terre et de roche, augmentant la surface pour les altérations ultérieures. Ils apportent également du matériel frais à la surface où il est exposé aux éléments.
• Microorganismes: Les bactéries et les champignons produisent des agents chélateurs qui se lient aux ions métalliques, les enlevant des minéraux. Cette activité microbienne est un facteur important de l'altération dans les environnements souterrains.

Formes de terre façonnées par l'altération

Les effets de l'altération sont visibles dans d'innombrables caractéristiques du paysage. L'altération n'agit pas uniformément; elle exploite les différences de résistance, de structure et de composition des roches, créant ainsi une variété de formes de terre.

Formation du sol : le produit ultime de l'altération

L'altération physique fournit les petites particules minérales (sable, limon, argile), tandis que l'altération chimique libère des nutriments comme le calcium, le potassium et le magnésium. L'altération biologique ajoute de la matière organique. Le profil du sol qui en résulte présente des horizons distincts reflétant le degré d'altération. Les sols des régions tropicales humides sont souvent fortement soumis à l'altération et riches en oxydes de fer et d'aluminium (latérites),, tandis que les sols des régions tempérées conservent des nutriments plus solubles. L'Organisation des aliments et de l'agriculture (FAO) note qu'environ 95 % de la production alimentaire mondiale dépend du sol, ce qui souligne le rôle critique de l'altération dans la vie.

Formations de roches : Arches, Tors et Spires

Les roches de granit au Royaume-Uni (p. ex., Dartmoor) sont des collines résiduelles formées où les blocs liés par des joints résistent mieux aux intempéries chimiques que les roches environnantes. Les araignées et les pinacles, comme ceux du Bryce Canyon ou les hobous de Cappadocia, se forment là où les caprocks résistants protègent les strates sous-jacentes plus douces contre les intempéries et l'érosion.

Vallées, Canyons et falaises

Les conditions météorologiques continues le long des ensembles et des fractures peuvent progressivement élargir les fissures dans les ravins et éventuellement dans les vallées. Les conditions météorologiques chimiques le long des joints calcaires créent des grikes (fissures profondes) et des clins (blocs), comme le montrent les paysages karstiques comme le Peak District et la région de Guilin en Chine. Les falaises et les escarpements se forment là où les couches rocheuses plus dures (par exemple, quartzite ou basalte) résistent aux conditions météorologiques par rapport aux schistes ou aux grès sous-jacents plus doux.

Climat Contrôle des modèles d'altération

Le climat est le facteur dominant qui régit le type et le taux d'altération dans le monde entier. L'interaction de la température et des précipitations crée des régimes d'altération distincts :

• Les conditions météorologiques physiques, surtout la fonte des glaces, sont très faibles en raison des basses températures et de l'eau liquide limitée, ce qui produit des fragments de roche angulaire et des pentes raides et éclaboussées par le gel.
• Climats humides et secs (Arid, Désert): L'altération physique due à l'expansion thermique et à la cristallisation du sel est importante. L'altération chimique se produit lentement, principalement par oxydation près de la surface.
• Les températures élevées et les précipitations abondantes accélèrent l'hydrolyse, la dissolution et l'oxydation, créant des profils profondément météorologiques (souvent > 50 m d'épaisseur).Ces régions ont des sols riches en kaolinite et sont sujettes à la formation de latérites. La ressource National Geographic resource on heathering explique comment les précipitations tropicales peuvent dissoudre des formations entières de calcaire.
• Climats tempérés (Moderate Seasonal):[ Il y a un mélange d'altérations physiques et chimiques. Le gel-dégel est actif en hiver, tandis que les processus biologiques et chimiques s'accélèrent en été chaud et humide.

Le climat influence également les rétroactions entre l'altération et le cycle du carbone. L'altération du silicate (hydrolyse du feldspath et d'autres minéraux) consomme du CO2 atmosphérique à des échelles de temps géologiques, agissant comme un thermostat planétaire.

L'érosion et l'érosion : un partenariat inséparable

L'érosion élimine les débris météorologiques, exposant les surfaces rocheuses fraîches à une érosion accrue, ce qui augmente le taux global de baisse du paysage. Les principaux agents de l'érosion – l'eau, le vent, la glace et la gravité – interagissent chacun de façon unique avec les matériaux météorologiques :

• Érosion fluviale: Les rivières transportent les particules usées comme charge de lit, charge en suspension et charge en dissolution. Les vallées s'amplifient et s'élargissent par conséquent, et les plaines inondables reçoivent des sédiments déposés.
• Érosion glaciaire: Les glaciers plient et abrade, mais la glace exige d'abord des fractures préexistantes et des matériaux usés pour être efficaces.
• Érosion du vent:[ Dans les terres arides, le vent prend des particules fines (en silt et en argile), laissant derrière lui un laps de matière plus grossière.
• Mass Wasting: La gravité entraîne le mouvement des débris dans les pentes. L'accumulation de Talus, les glissements de terrain et le fluage du sol dépendent tous d'un approvisionnement régulier de matériaux usés.

L'interaction entre l'érosion et l'érosion est responsable de l'évolution de presque toutes les formes de terrain, des deltas des rivières et des falaises côtières aux fjords dramatiques de Norvège. Pour un examen plus approfondi de la façon dont l'érosion façonne les côtes, le portail de météorisation de la British Geological Survey offre des études de cas et des guides visuels.

Accélération humaine de l'altération et de l'érosion

Les activités humaines ont considérablement modifié les taux d'érosion et d'altération naturelles, ce qui a souvent des conséquences négatives sur la santé des sols, la qualité de l'eau et la stabilité des écosystèmes.

• Déboisement et changement d'utilisation des terres:[ L'élimination de la végétation expose le sol à la pleine force des pluies et du vent. La perte des systèmes racinaires réduit la cohésion du sol, accélérant l'érosion par des taux jusqu'à 100 fois naturels dans certaines régions.
• Pratiques agricoles: Le travail du sol, le surpâturage et le monoculture compact et réduisent la matière organique, ce qui le rend plus vulnérable aux intempéries physiques et chimiques.L'élimination des résidus de cultures laisse le sol nu pendant de plus longues périodes.
• Urbanisation et construction:[ La construction de routes, de villes et d'infrastructures augmente considérablement la superficie des surfaces imperméables (béton, asphalte), ce qui concentre le ruissellement, qui peut enfoncer les canaux et accroître l'érosion des paysages adjacents.
• Polution et pluies acides: Les émissions de dioxyde de soufre et d'oxydes d'azote provenant de l'industrie et des véhicules créent des pluies acides (pH aussi bas que 3-4), ce qui accélère considérablement les conditions chimiques. Les roches carbonées, la pierre de construction et les monuments sont particulièrement vulnérables.
• Ménage et carrières:[ Les opérations extractives éliminent la végétation et le sol, exposent le substrat rocheux à des conditions météorologiques intenses et produisent des tas massifs de stériles qui se produisent rapidement, souvent en dégageant des métaux lourds.
• Amplification du changement climatique: L'augmentation des températures mondiales et des précipitations plus intenses augmentent les taux d'altération chimique dans de nombreuses régions. L'orage accru accélère également l'altération physique par le gel plus fréquent dans certaines régions et les phénomènes de ruissellement plus puissants.

La compréhension des impacts humains est essentielle pour concevoir des pratiques de gestion durable des terres. Par exemple, le terraçage, le labourage de contours et le reboisement peuvent réduire considérablement l'érosion.En outre, la réduction des émissions de combustibles fossiles atténuerait les pluies acides et limiterait l'accélération de l'altération chimique.Nature Education=L'article sur l'altération et l'érosion fournit une perspective scientifique sur les changements induits par l'homme.

Conclusion : Un processus dynamique et essentiel

L'altération est bien plus que la dégradation passive des roches; c'est un processus dynamique et interactif qui stimule le développement des sols, façonne les formes de terre, contrôle les cycles nutritifs et régule même le climat au cours du temps géologique.Les trois principaux types – physiques, chimiques et biologiques – travaillent ensemble sous la forte influence du climat pour créer la géographie physique diversifiée que nous observons à travers la Terre. Le partenariat entre l'altération et l'érosion sculpte les vallées, les montagnes, les côtes et les plaines, en remodelant continuellement la surface. Les activités humaines ont accéléré ces processus, entraînant la perte de sol, la dégradation de l'habitat et la dégradation des monuments, ce qui souligne la nécessité d'une gestion éclairée.