“METEORIZACIÓN EN LOS MATERIALES ROCOSOS DE

ORIGEN QUÍMICO”

Valentinno Crot Rosas, Claudia González Concha, Cecilia González García, Jenifer Leiva Romero, Antonella Henríquez Salort, Felipe Tapia Utreras

Universidad Católica de Temuco Escuela de Procesos Industriales

Campus San Juan Pablo II, Rudecindo Ortega #02950 vcrot2013@alu.uct.cl, cgonzalezc2013@alu.uct.cl, cgonzalezg2013@alu.uct.cl, jleiva2013@alu.uct.cl,

ahenriquez2013@alu.uct.cl, ftapia2013@alu.uct.cl

This paper will report on the process of weathering of rocky materials with chemical origin. There is also the mentioning of different types of weathering as: dissolution, hydration, oxidation, hydrolysis, carbonation and biological action. The methods of studying chemical weathering of rocks are extremely varied. The depth of weathering is a balance between the weathering intensity and surface erosion, which is related with the topography. The chemical composition of the residue of weathering in which the period of experimentation varies between 1 and 5 years can be also studied. The most significant result is the decomposition of unstable minerals and the creation or retention of those minerals that are stable at surface. Because of this, the predominance of certain minerals in the surface called soil can be explained.

Key words: weathering, materials, chemistry, processes, rocky

1 INTRODUCCIÓN

Este documento informará sobre el proceso de meteorización de los materiales rocosos con origen químico. Definido como el conjunto de los procesos llevados a cabo por medio del agua o por los agentes gaseosos de la atmósfera como el oxígeno y el dióxido de carbono. Mencionando también los diferentes tipos de meteorización como: disolución, hidratación, oxidación, hidrolisis, carbonatación y acción biológica.

2 DESARROLLO

La meteorización química resulta de un cambio en el ambiente químico (Loughnan, 1969), ya que las rocas formadas en condiciones de mayores presiones y temperaturas y en ausencia de aire, se vuelven inestables al ponerse en contacto con la atmósfera. El agua, oxígeno y dióxido de carbono atacan a los minerales constituyentes de las rocas y las reacciones son exotérmicas. Los métodos de estudio de la meteorización química de las rocas son extremadamente variados. (Elorza, 2008)

2.1 Meteorización de los Silicatos:

Los minerales más frecuentes en las rocas son los silicatos, las proporciones aproximadas de especies minerales en la superficie terrestre son: feldespatos (30%), cuarzo (28%), minerales de la arcilla y micas (18%), piroxenos y anfíbol (1%) y otros minerales (10%) (Leopold, 1964). A continuación se estudiarán algunos factores y la incidencia que tienen en la movilización y precipitación de los iones más frecuentes de los silicatos.

pH: El pH de las aguas continentales, según estudios

geoquímicos, fluctúan entre 4 y 9(Mason, 1958). El sodio y el potasio son solubles en cualquier valor de pH y los hidróxidos de calcio y magnesio también se solubilizan en los pH de aguas saludables, la solubilidad del sílice es baja pero claramente con un PH alcalino su solubilidad aumenta exponencialmente. En suelos con gran cantidad de materia orgánica, pueden alcanzarse valores de pH<4 en los que el aluminio puede movilizarse.

Ilustración 2(Leopold, 1964)

Ilustración 1 Serie de Bowen

2

Quelación: Consiste en la unión de un catión con un

agente acomplejante (quelato), como la EDTA. El resultado es la generación de un compuesto organometálico, de estructura anular con el catión en el interior de la misma (Rolls, 1998), son bastante solubles y se producen principalmente en los procesos de descomposición de las plantas y de secreción de las raíces.

Cambio Iónico: Es un proceso considerable en la

meteorizacion química, es la reacción entre los iones de una disolución y los existentes en los minerales. Los minerales de la arcilla son los principales responsables de la capacidad de cambio en las meteorizaciones de las rocas.

Ilustración 3 Desmineralizaciones, 2006

Hidratación: Es la adición de moléculas de agua a la

estructura del mineral, el agua se introduce fácilmente en las estructuras cristalinas de las arcillas expansivas (Leopold, 1964).

2.2 Grado y productos de la Meteorización

Los grados de meteorización de los productos de alteración son variables y se utilizan diversos índices para diferenciarlos. Estos se basan en escalas cualitativas de friabilidad, propiedades mecánicas del regolito y en la química de mineralogía de los perfiles. Los minerales de elevada solubilidad lixivian por el agua, mientras que otros permanecen en el residuo, los más frecuentes son los minerales de la arcilla, el cuarzo y los oxihidróxidos de hierro y aluminio, estos disminuyen notablemente la resistencia a la erosión y cambios en la porosidad, permeabilidad y contenido de agua (Leopold, 1964).

2.3 Perfil de Meteorización

Muchos de los modelados presentan una fina película de material meteorizado, pero otros están cubiertos por un manto de alteración, cuyas propiedades físicas y químicas son de gran importancia para la evolución de las formas. (Gerrard 1988)

La roca alterada in situ se denomina regolito, del griego regos, que significa manta o cobertera. Incluye también las rocas meteorizadas que han

sufrido movimientos de masa peliculares o actividad de animales y plantas. Los investigadores franceses lo denominan alterita.

Al material arenoso resultante de la alteración de un granito se le conoce como gruso lem, el cual se origina cerca de la superficie o a mayores profundidades. Son esencialmente azonales (Thomas, 2002).

El límite entre la roca fresca y la alterada puede ser neto como en los granitos o difuso como en las calizas y pizarras. A este límite le denominan superficie basal de meteorización, pero ha sido criticado por sus implicaciones estáticas. Este límite es dinámico, ya que la alteración profundiza, por lo que se denomina frente de meteorización. (Mabbut, 1961)

2.4 Profundidad de meteorización

El desarrollo y profundización del regolito está en función de factores climáticos (temperatura y precipitación), biológicos (vegetación), geomorfológicos (estabilidad superficial), hidrológicos, geológicos (tipo de roca y densidad de planos de fisibilidad) y cronológicos (cambios climáticos y tectónicos) (Fanivan, 1983).

La profundidad de meteorización resulta de un balance entre la intensidad de la meteorización y la erosión superficial, la cual está relacionada con la topografía. La máxima profundidad de meteorización se encuentra en zonas aplanadas con clima propenso para una meteorización rápida, relieve de escasos contrastes y con vegetación que dificulta el desarrollo de la escorrentía. En estas zonas la erosión es mínima.

La meteorización alcanza, dentro del perfil, su máxima intensidad en las zonas de aireación, pero en la de saturación también tiene lugar los procesos de reducción, hidrólisis y sustitución iónica, aunque la velocidad de las reacciones es menor (Gerrard, 1988). Estas circunstancias han permitido diferenciar entre una zona superior de alteración y una zona inferior de alteración.

En investigación geológica se estudian los distintos afloramientos de roca sin alterar. Por el contrario, cuando se debe estudiar el regolito con fines aplicados (ingeniería civil, minería, etc.) es necesario conocer la superficie del afloramiento rocoso y la profundidad del regolito, la cual se obtiene mediante sondeos mecánicos con el apoyo de métodos geofísicos.

Canteras, labores mineras a cielo abierto, desmontes de obras lineales, etc., son excelentes lugares para el estudio de la profundidad de meteorización.

2.4 Zonas de Meteorización

El conjunto del perfil de alteración no está constituido por un regolito carente de estructuración, sino que en él se pueden llevar cabo un conjunto de diferenciaciones que se presentan de mayor forma en rocas graníticas. En el perfil se observa una disminución del bloque de roca fresca hacia las partes más altas y un aumento de la angulosidad del mismo hacia abajo. Esta disposición se conoce como meteorización esferoidal y se origina por emigración de elementos dentro de la roca.

Para su estudio, (Ollier, 1969) propone una zonación, la cual es una de las más utilizadas:

1. Suelo

2. Regolito carente de estructura

3. Regolito que conserva la estructura de la

roca.

4. Regolito con bloques redondeados

5. Regolito con bloque paralelepipédicos

próximos entre si

6. Roca fresca.

Aunque en las rocas sedimentarias, metamórficas y volcánicas, la estructuración de los perfiles de meteorización es muy variable, en todas ellas, la fisuración del macizo rocoso juega un papel fundamental.

Una forma de evaluar las diferenciaciones del perfil, es basándose en criterios químicos, mineralógicos, hidrológicos e ingenieriles, en función de los fines que se persigan.

2.5 Velocidad de Meteorización

Los procesos de meteorización química se manifiestan en otras zonas climáticas, pero en los trópicos húmedos la velocidad de alteración es mucho más elevada. Es necesario cuantificar la meteorización de las rocas para su estudio, el cual puede obtenerse mediante datos cuantitativos de la alteración de piedras de construcción y ornamentales, cuya edad de instalación se conoce.

También se pueden conseguir cifras aproximadas mediante investigaciones de laboratorio de envejecimiento acelerado, en donde los valores obtenidos en un principio serán mayores, por lo tanto, las velocidades de meteorización serán superiores a las existentes a lo largo de toda la alteración.

No obstante, uno de los métodos más utilizados se basa en la medida de la carga sólida y en la disolución en parcelas experimentales cerradas de decenas de metros de largo. También se puede estudiar la composición química del residuo de meteorización en donde el período de experimentación fluctúa entre 1 y 5 años.

Otra metodología consiste en estudiar las cargas de fondo, en suspensión y disolución de pequeñas cuencas.

3 Procesos de Meteorización Química

3.1 Hidrólisis

La hidrólisis ataca principalmente a todo tipo de silicatos, se produce cuando una molécula se desdobla en presencia de agua. El agua en su conjunto no es la que ataca a los minerales, dado su carácter alcalino, sino que lo hace un ión ácido que se separa de ella, el ion H+. Este ión actúa atacando a otros iones del retículo cristalino del mineral destruyendo su disposición ordenada y así desintegrarlo. Este ión puede ser aportado por otros compuestos como el dióxido de carbono que con agua forman ácido carbónico el cual destruye el mineral.

El resultado de esta meteorización es la extracción de sílice de una roca poco estable dando un producto de mineral arcilloso y elementos metálicos, existen tres grados de alteración hidrolítica:

Argilización montmorillonítica: En esta fase se lava y separa el sílice, el material se transforma en arcillas oscuras.

Argilización caolinítica: El sílice continúa disminuyendo más aún y el material formado son arcillas claras y de mayor tamaño.

Laterización: Finalmente se elimina todo el sílice y se concentran los elementos residuales.

En la Tabla 1 se muestran algunos productos de la meteorización de diferentes rocas.

Mineral Producto residual

Material en solución

Cuarzo Granos de cuarzo

Sílice

Feldespato Minerales de la arcilla

Sílice K+, Na+, Ca2+

Anfíbol (hornblenda)

-Minerales de la arcilla -Limonita -Hematites

Sílice Ca2+, Mg2+

Olivino -Limonita -Hematites

Sílice Mg2+

Tabla 1

4

La hidrolisis, en general, no afecta el volumen de las rocas ya que va deshaciendo los minerales a distintas velocidades y en distinto grado según su estabilidad y composición química, por ejemplo el cuarzo es un mineral muy estable y difícil de meteorizar, a esto se debe su abundancia en la superficie terrestre. La competencia y el nivel de la hidrólisis dependen también de la cantidad de agua y su pH. La temperatura influye de forma que si es más alta existe mayor actividad de seres vivos y materia orgánica lo que incorpora elementos al agua y acidifica su pH.

Ilustración 4

3.2 Oxidación

Considerado el proceso más común y abundante en la meteorización de las rocas, no obstante es el que menos efecto destructivo causa. La oxidación es producida por la interacción entre el oxígeno contenido en el aire y determinados componentes químico-mineralógicos de las rocas. El proceso consiste en la transformación química de dichos componentes en óxidos y es mayoritariamente observable en rocas ricas en elementos ferromagnésicos.

Los óxidos formados a través de este proceso, se encargan de modificar la composición superficial del material rocoso, logrando penetrar muy pocos milímetros y a cambio, variando notoriamente la coloración en este. Son ejemplos de óxidos formados los óxidos férricos hematites (Fe2O3) y limonita [FeO(OH)] quienes otorgan a la roca meteorizada una tonalidad marrón rojiza y amarilla respectivamente. A pesar de ser muy bajo el efecto meteorizante causado directamente por la oxidación, este proceso suele actuar como un importante intensificador de otros, como el de desagregación y fragmentación mecánica. La oxidación de una roca puede ser considerada un gran riesgo ambiental puesto a que su contacto con el agua de lluvia permite que los óxidos sean transportados a ríos, destruyendo y degradando la calidad del agua y de los organismos residentes.

Ilustración 5

3.3 Hidratación

Dentro de los procesos de meteorización, la hidratación es una alteración química que afecta en gran intensidad y profundidad al material rocoso y se encarga de destruir rocas compuestas por elementos que reaccionan con el agua, convirtiendo una composición anhidra a una hidratada mediante la adición de moléculas de agua. La hidratación es característica de rocas metamórficas (pizarras y esquistos) en las cuales son abundantes los silicatos alumínicos, que al entrar en contacto con el agua e hidratarse, se transforman en arcillas. Este proceso cambia a gran escala la composición químico-mineralógica de la roca, haciéndola menos resistente a los agentes erosivos. Existe otra roca del tipo sedimentaria que es sumamente sensible a la hidratación, se trata de la anhidrita, que al fijar agua a sí misma, se convierte en yeso, aumentando su volumen en una cantidad cercana al 30%.

3.4 Alteración

Comprenden la alteración definitiva total y/o parcial de los componentes minerales en una roca, descompone los minerales más inestables provocando la retención en la superficie terrestre de los más estables lo que explica su predominancia. Transforma el material lítico en formaciones blandas de pequeños elementos llamados mantos de alteración que están compuestos de los minerales originales y otras nuevas. Como las rocas sedimentarias son el producto de varias meteorizaciones que acumulan materiales estables, no se ven afectadas por los procesos de meteorización química ya mencionados.

Otras alteraciones son las físicas como el redondea miento de las rocas proceso llamado meteorización esferoidal.

Ilustración 6

3 CONCLUSIONES

Se sabe que la meteorización de las rocas es un proceso importante para la continuidad existencial de los suelos.

La meteorización de origen químico hace que las rocas se disgreguen más fácilmente, ya que los granos de minerales pierden adherencia y se disuelven o desprenden mejor ante la acción de los agentes físicos. Sin embargo, este tipo de meteorización tiene varios resultados como el mencionado anteriormente, pero el más significativo es la descomposición de los minerales inestables y la generación o retención de aquellos minerales que son estables en la superficie terrestre. Gracias a esto se explica el predominio de ciertos minerales en el material de la superficie que se denomina suelo.

4 APÉNDICE I TABLAS DE DATOS, ÍNDICE DE FIGURAS

Ilustración 2(Leopold, 1964) ..................................... 1

Ilustración 1 Serie de Bowen .................................... 1

Ilustración 3 Desmineralizaciones, 2006 ................... 2

Ilustración 4 ............................................................... 4

Ilustración 5 ............................................................... 4

Ilustración 6 ............................................................... 5

Tabla 1 ....................................................................... 3

5. REFERENCIAS Elorza, M. G. (2008). Geomorfologia. Madrid: Pearson Educacion S.A.

Fanivan. (1983). Humid tromical geomorpholy. London.

Gerrard. (1988). Rocks and landforms. London.

Jiménes, J. M. (1995). Geomorfología General. Madrid.

Leopold, L. (1964). Reversal of erosion cycle and climatic change. Quaternary Research.

Mabbut. (1961). Basal surface or weathering front proceeding of the geological association.

Mason. (1958). Principles og Geomorphology. London: Arnold.

Ollier. (1969). Weathering . London.

Rolls, B. y. (1998). Weathering: An introduction to the scientific principles. London: Arnold.

Tarbuck, E. J. (2005). Ciencias de la tierra una introduccion a la Geologia Física. Madrid: Pearson Education.

Thomas, M. y. (2002). Grus weathering mantles-problem of interpretation. Catena.