CONTENIDO • • • • • • • • • • • Introducción Objetivos Geoquímica de la interacción agua-roca Meteorización química. Mecanismos de meteorización química. Cambios químicos en rocas meteorizadas. Susceptibilidad de los minerales a la meteorización. Formación de depósitos tipo placer. Formación de suelos. Meteorización química de depósitos minerales. Conclusión INTRODUCCIÓN • La investigación de las interacciones roca‐agua comprende múltiples facetas. El equilibrio químico, la cinética de las reacciones y los mecanismos que condicionan el transporte en medios porosos a través de superficies reactivas se presentan acoplados. Su estudio persigue determinar soluciones posibles (modelos) que contribuyan a representar diferentes momentos en la evolución de las rocas y de los fluidos asociados en los ambientes superficiales de la corteza terrestre. • 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. GEOQUÍMICA DE LA INTERACCIÓN AGUA-ROCA • Se puede establecer una analogía con las aguas almacenadas o circulando con las sopas. Todas las aguas naturales llegan a un equilibrio con los minerales que interaccionan, el cual depende del tipo de roca, de la razón agua/roca y del tiempo que están en contacto. Las aguas adquieren una “huella” característica que refleja el tipo de roca que atraviesan. Una manera de rastrear las rocas por las que circularon es a través de análisis en campo o laboratorio de los aniones, que son sustancias con carga negativa. El bicarbonato es el anión más común en las aguas (excepto las ácidas con pH menor a 4.5), proviene del CO2 de la atmósfera y de la disolución de calcita (CaCO3), un mineral fácil de encontrar. El sulfato es indicador de la presencia de la disolución del mineral yeso (CaSO4.2H2O), pero sobre todo de la oxidación de pirita (FeS2). Los minerales calcita y pirita regulan el pH de las aguas, la calcita produce sopas con pH de neutro a alcalino y la pirita sopas ácidas. 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 en cuanto permanezcan en un ambiente similar a aquel en el cual se formaron. • La meteorización química origina cambios químicos de las rocas debido a la acción combinada de distintos componentes: oxígeno, dióxido de carbono y agua, dando lugar a una serie de reacciones químicas. Como consecuencia, la roca pierde su coherencia y se desmorona, facilitando la posterior labor de los agentes erosivos. MECANISMOS DE METEORIZACIÓN QUÍMICA • El agua es el principal causante de estos procesos, por ello, la meteorización química es propia de climas húmedos. Existen distintos tipos de meteorización química según el tipo de reacción que ocurra: • Oxidación: El oxígeno disuelto en el agua reacciona con los minerales que contienen metales, especialmente hierro, formando óxidos. Esta reacción origina una capa superficial escamada rojoamarillenta que cubre las rocas expuestas a la atmósfera. • Hidrólisis: Es una reacción que se produce entre el agua y algunos minerales, principalmente silicatos. Como consecuencia de la reacción, la red cristalina, se altera y se forman nuevos minerales, la mayoría de tipo arcilla. Debido a que los silicatos son muy abundantes en la superficie de la Tierra, la hidrólisis es el tipo de meteorización más frecuente. • Hidratación: Las moléculas de agua se introducen en la estructura cristalina de algunos minerales, lo que produce un aumento de volumen haciéndolos más susceptibles a la erosión. • Disolución: Los minerales formados por sales se disuelven en contacto con el agua • Carbonatación: Es un caso especial de disolución. El agua y el dióxido de carbono actúan sobre las rocas calizas disolviéndolas. MECANISMOS DE METEORIZACIÓN QUÍMICA • 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: • Este tipo de reacción química, denominado oxidación*, se produce cuando se pierden electrones de un elemento durante la 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 la 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 el óxido férrico de color marrón rojizo denominado hematites (Fe2O3), o, en otros casos, una herrumbre de color amarillento denominada limonita [FeO(OH)]. • Esta agua que va penetrando desde una mina abandonada en Colorado es un ejemplo de drenaje ácido de mina. El drenaje ácido de mina es agua con una gran concentración de ácido sulfúrico (H2SO4) producida por la oxidación de los sulfuros como la pirita. Cuando esta agua rica en ácido migra desde su origen puede contaminar las aguas superficiales y las subterráneas y provocar daños ecológicos importantes. (Foto de Tim • Haske/Profiles West/Index Stock Photography, Inc.) MECANISMOS DE METEORIZACIÓN QUÍMICA • Hidrolisis • El grupo mineral más común, el de los silicatos, se descompone sobre todo mediante el proceso de hidrólisis (hydro = agua; lysis = aflojamiento), que consiste básicamente en la reacción de cualquier sustancia con el agua. Idealmente, la hidrólisis de un mineral podría tener lugar en agua pura conforme algunas de las moléculas de agua se disocian para formar los iones muy reactivos hidrógeno (H+) e hidroxilo (OH-). Son los iones de hidrógeno los que atacan y sustituyen a otros iones positivos encontrados en el retículo cristalino. Con la introducción de los iones hidrógeno en la estructura cristalina, se destruye la disposición ordenada original de los átomos y se descompone el mineral. • En la naturaleza, el agua contiene normalmente otras sustancias que contribuyen con iones hidrógeno adicionales, acelerando de esta manera en gran medida la hidrólisis. La más común de esas sustancias es el dióxido de carbono, CO2, que se disuelve en agua para formar ácido carbónico, H2CO3. • La meteorización del feldespato potásico componente del granito es la siguiente: MECANISMOS DE METEORIZACIÓN QUÍMICA • Hidratación • La hidratación es el proceso por el cual el agua se combina químicamente con un compuesto. Consiste en la hidratación de las redes cristalinas de los minerales mediante la incorporación de moléculas de agua. En este proceso se libera una gran cantidad de energía, pues los materiales son forzados a una transformación de su volumen. • Cuando las moléculas de agua se introducen a través de las redes cristalinas se produce una presión que causa un aumento de volumen, que en algunos casos como es la transformación de anhidrita a yeso puede llegar a ser del 50%. Cuando estos materiales transformados se secan se produce el efecto contrario, se genera una contracción y se resquebrajan. Las características de plasticidad y aumento de volumen ocurren muy especialmente en las arcillas del grupo de las montmorillonitas. MECANISMOS DE METEORIZACIÓN QUÍMICA • Disolución • Consiste en la incorporación de un soluto al agua, es decir, de las moléculas aisladas de un cuerpo sólido a otro cuerpo mayoritario y disolvente como es el agua. Mediante este sistema se disuelven muchas rocas evaporitas, o sea rocas sedimentarias de precipitación química, que están compuestas por las sales que quedaron al evaporarse el agua que las contenía en solución. Ejemplo de algunas rocas que tienen este origen son los sulfatos (yesos y anhidrita) o los haluros (silvina, carnalita y halita). • Se estima que estas rocas son producto de la desecación de grandes lagos salados. Cuando los materiales de esta composición son disueltos y arrastrados, dejan surcos y oquedades en la superficie de la roca formando lo que se denomina un lapiaz. MECANISMOS DE METEORIZACIÓN QUÍMICA • Carbonatación • La carbonatación consiste en la capacidad del dióxido de carbono para actuar por si mismo, o para disolverse en el agua y formar ácido carbónico en pequeñas cantidades. • El agua carbonatada es el responsable de que se produzcan las reacciones de carbonatación con rocas cuyos minerales predominantes sean calcio, magnesio, sodio o potasio, lo que da lugar a los carbonatos y bicarbonatos. Los paisajes kársticos son clásicos de la disolución del carbonato de calcio componente de las calizas. MECANISMOS DE METEORIZACIÓN QUÍMICA • Acción biológica • La acción biológica también colabora en la disgregación química de las rocas. Así, los ácidos liberados por las cianobacterias, así como rizoides de líquenes y musgos e hifas de los hongos, terminan alterando las superficies rocosas. • Los componentes minerales de las rocas pueden ser descompuestos por la acción de sustancias liberadas por estos organismos, tales como ácidos nítricos, amoniacos, CO2, etc., los cuales potencian la acción erosionadora del agua. CAMBIOS QUÍMICOS EN ROCAS METEORIZADAS. • el resultado más significativo de la meteorización química es la descomposición de los minerales inestables y la generación o retención de aquellos minerales que son estables en la superficie terrestre. Esto explica el predominio de ciertos minerales en el material de la superficie que denominamos suelo. • Además de alterar la estructura interna de los minerales, la meteorización química produce también cambios físicos. Por ejemplo, cuando el agua corriente ataca a los fragmentos rocosos angulosos a través de las grietas, los fragmentos tienden a adoptar una forma esférica. El redondeado gradual de las esquinas y los bordes de los bloques angulares se ilustra en la Figura. Las esquinas son atacadas con más facilidad debido a su mayor área de superficie con respecto a su volumen, en comparación con los bordes y las caras. Este proceso, denominado meteorización esferoidal, proporciona a la roca meteorizada una forma más redondeada o esférica. CAMBIOS QUÍMICOS EN ROCAS METEORIZADAS. • A veces, durante la formación de los bloques esferoidales, se separan envueltas sucesivas del cuerpo principal de la roca (Figura 6.7). Por fin las capas externas se desprenden, permitiendo que la actividad de la meteorización química penetre más en profundidad en el cuerpo rocoso principal. • Esta descamación esférica se produce porque, a medida que los minerales de la roca se meteorizan a arcilla, su tamaño aumenta mediante la adición de agua a su estructura. Este mayor tamaño ejerce una fuerza hacia el exterior que induce el debilitamiento y desprendimiento de las capas concéntricas de la roca. FORMACIÓN DE DEPÓSITOS TIPO PLACER • Determinados minerales de interés económico que componen las rocas son muy resistentes a la meteorización física y química, pero a menudo en estas rocas no resulta rentable su explotación minera. Esto es debido a dos factores: su baja ley en la misma, y la necesidad de realizar una explotación completa de la roca, incluyendo además un proceso de concentración a menudo problemático. • En los yacimientos de tipo placer se produce de forma natural la separación y concentración de estos minerales en sedimentos no consolidados, lo que abarata muy considerablemente su aprovechamiento minero. • La concentración de los minerales tiene lugar como consecuencia de su diferencia de densidad respecto al resto de minerales arrastrados por el medio de transporte: estos minerales suelen ser metálicos, con lo que su densidad es muy superior a la del resto. Ello condiciona que se concentren en puntos concretos del curso fluvial (figura), o que el viento deje de arrastrarlos antes que al resto, o que se concentren preferencialmente en determinados puntos de una playa. • En cuanto a los minerales que solemos encontrar formando este tipo de yacimientos, tenemos que mencionar en primer lugar a los metales nobles nativos: oro, plata y platino son, sin duda, los más conocidos FORMACIÓN DE SUELOS • La formación del suelo es el proceso simultáneo al del desenvolvimiento de una sucesión primaria. Comienza con procesos físicos de fragmentación relacionados con la meteorización de la roca inicial o roca madre. • En los suelos existen dos tipos de componentes, los componentes bióticos, los seres vivos, y los componentes sólidos del suelo, que representan el 50% de su volumen, se encuentra en partículas minerales y el humus. • - Partículas Minerales: Según su tamaño, se dividen en arenas, limos y argilas. Proceden de las descomposición de las rocas por agentes geológicos y químicas. Las cantidades relativas de partículas en un suelo determinan el tipo de vegetación que puede crecer en el. • - Humus: Es una materia de color escura, formada por la mezcla de restos de seres vivos y partículas minerales. El humus contribuye a formar una especie de "cubierta" alrededor de las partículas de arena que ayuda a que esta se adhiera a las argilas y a otras partículas minerales. FORMACIÓN DE SUELOS METEORIZACIÓN QUÍMICA DE DEPÓSITOS MINERALES • Arcillas residuales: a) Restos procedentes de la disolución en rocas Carbonatadas o salinas, siempre que tengan impurezas arcillosas. b) Arcillas de neoformación en la hidrólisis parcial de materiales Silicatados (caolín) • Terra rossa o terra fusca: residuos procedentes de la disolución de Rocas carbonatadas, compuestas por minerales de arcilla y/o óxidos de Hierro. La terra rossa se origina en climas con estación seca muy Marcada y está afectada de procesos de rubefacción. La terra fusca se Genera en ambientes templados-húmedos y no presenta rubefacción • Arenización y formación de “gores”: son residuos de la hidrólisis en Materiales silicatados. La arenización está enriquecida con granos de Cuarzo y fragmentos líticos. Se da en rocas ígneas y metamórficas muy Transformadas (rocas ácidas) los gores son residuos en los que Predomina la fracción arcillosa. Se asocian a rocas metamórficas • Óxidos e hidróxidos: proceden de la hidrólisis total de las rocas Silicatadas. Están compuestos por hierro y aluminio. En los trópicos Pueden formar lateritas (arcilla roja endurecida rica en fe) o bauxita (rica en al) • El material movilizado en los procesos de meteorización puede Concentrarse en determinados lugares dando origen a formaciones Superficiales específicas denominadas “cretas” que se definen como Tramo más o menos endurecido de un perfil edáfico, de meteorización o Formación superficial” (calcretas, ferricretas, silicretas) Si están muy endurecidas reciben el nombre de “DURICRETAS CONCLUSION • Las composiciones isotópicas y químicas del agua subterránea reflejan la composición mineralógica de las rocas en el acuífero y se puede utilizar para localizar áreas de recarga y para determinar el origen de este agua (agua meteórica, marina, fósil, magmática y metamórfica) y de los compuestos químicos individuales (por ejemplo, el carbonato, el sulfato, el nitrato y el amonio). Las composiciones del agua pueden proporcionar también información sobre los procesos de interacción agua-roca y los procesos microbianos del agua. • La superficie terrestre cambia continuamente. La roca se desintegra y se descompone, es desplazada a zonas de menor elevación por la gravedad y es transportada por el agua, el viento o el hielo. De este modo se esculpe el paisaje físico de la Tierra.
