L'azione geomorfologica dell'atmosfera

L'atmosfera e i fenomeni che in essa avvengono sono importanti agenti di modellamento della superficie terrestre: essi agiscono sulle rocce affioranti attraverso un insieme di processi che vengono complessivamente indicati come degradazione meteorica, che comprende processi di disgregazione fisica (prevalenti in ambienti aridi) e di alterazione chimica (prevalenti in ambienti umidi).

Processi di disgregazione fisica

Sono prevalentemente di tipo meccanico, o clastico (dal greco klázo, rompo), e comportano la rottura di una roccia in frammenti via via più piccoli. I più importanti sono il crioclastismo, il termoclastismo, l'idroclastismo e la rottura per decompressione.

Il crioclastismo è il processo di rottura di una roccia dovuto all'aumento di volume dell'acqua quando questa ghiaccia solidificandosi. Interessa in particolare le rocce porose e quelle fratturate, che offrono spazi vuoti che possono essere colmati dall'acqua. Negli ambienti caratterizzati da numerosi cicli di gelo-disgelo (dove la temperatura passa con frequenza da valori inferiori a 0 °C a valori superiori) l'acqua, solidificando, aumenta di volume ed esercita sulle pareti della roccia una pressione che tende ad allargare le fessure. Con il ripetersi del fenomeno, le fratture diventano sempre più profonde, finché la roccia si frantuma in blocchi disarticolati l'uno dall'altro. I frammenti, detti crioclasti, di norma a spigoli vivi, hanno dimensioni variabili, che dipendono dalle condizioni originarie della roccia, dal numero delle fratture, dal volume dei pori ecc.

Il termoclastismo è un fenomeno caratteristico delle zone climatiche con forti e frequenti escursioni termiche giornaliere ed è dovuto alla bassa capacità termica delle rocce. Gli ambienti in cui il fenomeno è più evidente sono i deserti caldi e le zone alpine al di sopra del limite del pascolo, data l'assenza di coltre vegetale capace di mitigare gli effetti dell'irradiazione solare diretta sulle rocce. Il riscaldamento delle rocce durante le ore di luce e il loro raffreddamento di notte provocano, alternativamente, la dilatazione e la contrazione delle rocce affioranti, che a seguito del ripetersi del fenomeno tendono a disgregarsi. Più in dettaglio, i differenti coefficienti di dilatazione di ciascun minerale, il differente assorbimento di calore (che varia in ragione delle tonalità di colore) dei singoli cristalli, la loro attitudine a riflettere o ad assorbire la radiazione luminosa provocano micromovimenti differenziali che a poco a poco ne inducono la separazione. Il fenomeno interessa soprattutto gli strati superficiali delle rocce, provocandone la desquamazione, la fratturazione, l'esfoliazione e la disgregazione; i frammenti di roccia derivanti da questo processo prendono il nome di termoclasti.

L'idroclastismo è un fenomeno legato alla proprietà di alcune rocce di assumere con facilità acqua in ambiente umido e di perderla per evaporazione in ambiente secco (igroscopia). Nel primo caso si dilatano, nel secondo si contraggono: la variazione volumetrica le rende soggette a particolari forme di disfacimento. Il fenomeno è tipico delle argille, che quando piove si "gonfiano", mentre quando il clima è arido si fessurano profondamente e si desquamano in superficie; il reticolo di fessure profonde e la copertura di squame rendono disaggregata la roccia, esponendola più facilmente a ulteriori processi d'erosione e di degrado.

La rottura per decompressione è provocata dalla mobilizzazione della porzione più superficiale di un versante (per frana, per erosione o anche per opera dell'uomo), che determina l'affioramento della roccia sottostante. Per effetto della decompressione, la roccia può andare soggetta a fenomeni di dilatazione, che possono portare a fratturazione lungo preesistenti giunti di discontinuità o di stratificazione o di scistosità oppure lungo litoclasi (fratture dovute a movimenti della crosta terrestre).

Processi di alterazione chimica

L'acqua e i gas dell'aria sono in grado di reagire chimicamente con i minerali delle rocce, dando luogo a complessi processi di alterazione chimica e creando vari tipi di prodotti d'alterazione.

I più importanti processi di alterazione chimica sono l'ossidazione, l'idratazione, la carbonatazione e l'idrolisi.

L'ossidazione è un processo per cui molti minerali cristallizzati in un ambiente riducente a contatto con l'ossigeno atmosferico si ossidano e generano ossidi e idrossidi. Il processo è molto vistoso nei minerali del ferro: per esempio, la pirite di solfuro di ferro (FeS2) si trasforma in solfato (FeSO4); altri minerali danno origine a ossidi, quali l'ematite (Fe2O3) e la magnetite (Fe3O4). Tali processi sono resi evidenti dalla colorazione che assume il materiale alterato: infatti, gli ossidi di ferro hanno toni cromatici rossi in diverse sfumature. In seguito all'ossidazione, le superfici esposte delle rocce si coprono sovente di una patina di colore diverso rispetto alla roccia inalterata: sono particolarmente vistose quelle tipiche delle regioni aride, che prendono il nome di "vernice del deserto". Altre coltri, dall'aspetto di crosta o di spalmatura, sempre intensamente colorate, si generano lungo le litoclasi che percorrono la massa rocciosa; in questo caso sono dovute, oltre all'azione dell'ossigeno, anche a quella dell'acqua che percola lungo il piano di frattura.

L'idratazione è un processo dovuto al fatto che alcuni minerali, a contatto con l'umidità dell'aria o con l'acqua che scorre in superficie, possono fissare molecole d'acqua, che comportano il cambiamento della configurazione cristallina dei minerali: per esempio, per idratazione, l'anidrite, solfato di calcio anidro, CaSO4, si trasforma in gesso, solfato di calcio biidrato CaSO4 2H2O. L'assunzione di molecole d'acqua comporta anche un aumento di volume dei corpi rocciosi. La deformazione che ne consegue può dare l'avvio ad altri processi di tipo dinamico, come crolli o frane.

La carbonatazione è un processo che interessa il carbonato di calcio, sale che forma la calcite, il minerale dominante del calcare (una roccia estremamente diffusa sulla superficie terrestre). Il carbonato di calcio (CaCO3) è insolubile in acqua pura, ma diventa solubile se l'acqua contiene una quantità anche piccola di anidride carbonica (CO2). L'acqua piovana, che contiene disciolta l'anidride carbonica, è in grado di reagire con il carbonato di calcio e di produrre bicarbonato acido di calcio, Ca(HCO3)2, secondo la reazione di equilibrio (indicata dalla doppia freccia):

Anche in questo caso il carbonato, insolubile, si trasforma in un bicarbonato, solubile.

L'idrolisi è una complessa reazione chimica fra l'acqua e i silicati ed è assai diffusa, data l'estrema abbondanza di rocce contenenti minerali silicati. L'azione dell'acqua è determinata dalla sua capacità di dissociarsi in ioni idrogeno positivi (H⁺) e ioni ossidrile negativi (OH^–). Tali ioni aggrediscono i silicati presenti nelle rocce e ne liberano gli ioni metallici: questi, legandosi agli ioni ossidrile, formano delle basi che passano in soluzione, mentre i silicati si trasformano in silicati idrati. Non tutti i minerali silicati subiscono il processo di idrolisi allo stesso modo. Alcuni, come i feldspati e la biotite, sono più alterabili; altri, come la muscovite e soprattutto il quarzo, lo sono molto meno. Rocce policristalline, come il granito, in ambiente caldo-umido vanno, dunque, soggette a processi di alterazione differenziale. I processi di idrolisi si verificano in quasi tutti gli ambienti, ma con velocità che tende ad aumentare con l'aumentare della temperatura e dell'umidità (l'idrolisi dei silicati è particolarmente intensa nelle zone equatoriali e tropicali, caratterizzate da condizioni di umidità e temperatura elevate).