Suelos y Mineralogía (QM32 - PDV 2013)
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Este documento habla sobre los suelos y la mineralogía. Explica que los suelos se forman a partir de la descomposición de las rocas por factores como la meteorización y la erosión. Describe los diferentes tipos de rocas y cómo se forman, incluyendo rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. También explica la formación del suelo, sus propiedades físicas y químicas, y los factores que influyen en su desarrollo. Por último, introduce conceptos básicos sobre minerales y la
Suelos y Mineralogía (QM32 - PDV 2013)
- 1. QUÍMICA MENCIÓN QM-32 SUELOS Y MINERALOGÍA Materia orgánica o humus Mantillo Capa intermedia Roca madre Lecho rocoso 2013
- 2. LOS SUELOS El Planeta Tierra La Tierra tiene aproximadamente 40.000 Kilómetros de circunferencia, con un área total de 500 millones de kilómetros cuadrados. Se divide en tres regiones principales: NÚCLEO, MANTO y CORTEZA. EL NÚCLEO TERRESTRE SE COMPONE DE HIERRO FUNDIDO CON ALGO DE NÍQUEL. EL MANTO ESTÁ FORMADO PRINCIPALMENTE POR SILICATOS DE DIVERSOS METALES. LA CORTEZA terrestre es la capa sólida externa de la Tierra (litosfera). Tiene un espesor de alrededor de 35 Kilómetros bajo los continentes y de unos 10 Kilómetros bajo los fondos marinos. COMPOSICIÓN DE LA SUPERFICIE TERRESTRE Los elementos más abundantes en la superficie terrestre en forma decreciente son: 1. Oxígeno, presente en la atmósfera en forma de O2, en la hidrosfera formando agua, y en la litosfera formando silicatos (SiO 4 ) y sílice (SiO2) entre otros. 2. Silicio, presente en los silicatos (SiO 4 ) y la sílice (SiO2) en la litosfera. 3. Aluminio, combinado con el oxígeno en forma de óxidos. 4. Hierro, en forma de óxidos 2
- 3. Elementos de la Corteza Terrestre ELEMENTOS MÁS ABUNDANTES SOBRE LA CORTEZA TERRESTRE Elemento Símbolo Abundancia (%) 1 Oxígeno O 49,3 2 Silicio Si 25,8 3 Aluminio Al 7,6 4 Hierro Fe 4,7 5 Calcio Ca 3,4 6 Sodio Na 2,6 7 Potasio K 2,4 8 Magnesio Mg 1,9 9 Hidrógeno H 0,9 10 Titanio Ti 0,566 11 Cloro Cl 0,145 12 Fósforo P 0,105 LAS ROCAS Las rocas están formadas por asociaciones de distintos minerales inorgánicos en proporciones y composición definida. Los minerales más comunes que forman parte de las rocas son el cuarzo (SiO2), calcita (CaCO3), feldespato (KAlSi3O8) y las micas (SiO4). 3
- 4. ROCAS ÍGNEAS O MAGMÁTICAS Se originan por el enfriamiento y solidificación del magma. El magma que cristaliza bajo tierra forma rocas ígneas intrusivas o plutónicas, mientras que si alcanza la superficie antes de solidificarse forma rocas ígneas extrusivas o volcánicas. Este tipo de roca compone más del 90% de la superficie terrestre. Cuando el enfriamiento magmático ocurre muy rápido el material rocoso carece de cristalinidad y por lo tanto es posible la formación de vidrio (un ejemplo es el vidrio volcánico u Obsidiana). Las rocas plutónicas como el Granito suelen ser más cristalinas y contienen menos vidrio (Holocristalinas). Además de cristales, las rocas ígneas suelen contener gases y muchas de ellas suelen ser livianas y porosas (piedra Pómez). FORMACIÓN DE ROCAS ÍGNEAS EJEMPLOS PIEDRA PÓMEZ GRANITO OBSIDIANA BASALTO 4
- 5. ROCAS SEDIMENTARIAS Se forman en la superficie terrestre. Normalmente, la roca original se fragmenta y/o disuelve por acción de la meteorización y la erosión, las partículas sedimentan y los minerales disueltos cristalizan a partir del agua formando sedimentos. El ciclo se repite y las capas más recientes se depositan sobre las más antiguas, que por efecto de la cementación generan finalmente la roca. Dentro de este grupo de materiales están las rocas detríticas formadas por material rocoso desprendido de las erosiones (arenisca por ejemplo); las orgánicas que presentan restos y depósitos de materia orgánica animal y vegetal (fósiles) y las químicas formadas por depósitos de minerales salinos acumulados durante el tiempo (yeso). Fragmentos rocosos Roca detrítica Agua 1. Acumulación de sedimentos HULLA 2. Compactación ROCA FOSILIZADA 3. Cementación ARENISCA ROCAS METAMÓRFICAS Por cada kilómetro de profundidad bajo la corteza terrestre, la temperatura aumenta unos 25 ºC y la presión en 250 atmósferas. Las rocas situadas cerca de un cuerpo de magma caliente se pueden transformar por la acción del calor, así mismo las rocas que han sido enterradas a gran profundidad por la acción de placas tectónicas pueden transformarse por el aumento de la presión y de la temperatura. Ese cambio se denomina metamorfismo, un proceso que puede modificar cualquier tipo de roca, sea sedimentaria, ígnea o incluso metamórfica. MÁRMOL ESQUISTO 5 PIZARRA
- 6. CICLO DE LAS ROCAS Siempre (y muy lentamente) las rocas se transforman unas en otras en un ciclo continuo, esto se conoce como ciclo de las rocas y puede durar miles o millones de años. EL SUELO Corresponde a la capa fina de material fértil que cubre la superficie terrestre. Su origen se remonta a unos 350 millones de años, evolucionando constantemente y adaptándose a los cambios del medio. La edafología es la ciencia que estudia las características de los suelos, su formación, evolución (edafogénesis), distribución, propiedades físicas, morfológicas, químicas y mineralógicas. También comprende el estudio de las aptitudes de los suelos para la explotación agraria o forestal. Una definición más formal de suelo sería: "ente natural organizado e independiente, con unos constituyentes, propiedades y génesis que son el resultado de la actuación de una serie de factores activos sobre un material pasivo (la roca madre)". 6
- 7. FORMACIÓN DEL SUELO (EDAFIZACIÓN) El suelo procede de la interacción entre la atmósfera y la biósfera. El suelo se forma a partir de la descomposición de una roca (roca madre), por factores climáticos y la acción de los seres vivos. Esto implica que el suelo tiene una parte mineral y otra biológica, lo que le permite ser el sustento de multitud de especies vegetales y animales. La descomposición de la roca madre puede deberse a factores físicos y mecánicos, de alteración o descomposición química. Al proceso de formación del suelo se le denomina edafización y ocurre en 4 etapas: ETAPA I ETAPA II ETAPA III 7 ETAPA IV
- 8. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACIÓN DEL SUELO 8
- 9. HORIZONTES (CAPAS DEL SUELO) Los horizontes corresponden a la variación regular de las propiedades y constituyentes del suelo en función de la profundidad. La superposición de capas constituye el perfil del suelo. Cada un de las letras constituye un perfil u horizonte con propiedades físicas y químicas únicas. Horizonte A: Capa superficial de estructura migajosa y granular, con mayor porcentaje de materia orgánica (humus) que las capas más profundas. En él se enraíza la vegetación herbácea. De color gris oscuro, casi negro, aun cuando si contiene poca materia orgánica (suelos cultivados) puede ser claro. Contiene materiales de tamaño fino y compuestos solubles. Su porosidad determina el paso de agua, su densidad aparente y el grado de fertilidad. Horizonte B: Conocido como subsuelo tiene estructura organizada, sus componentes son en su gran mayoría minerales (arcillas, óxidos de hierro y aluminio), posee materia orgánica pero en bajo porcentaje. Horizonte C: Es parte del material original de la roca, no tiene estructura, es eminentemente inorgánico. Zona de contacto entre la roca madre y las capas superiores con estructura. Horizonte D (R): Es la capa más profunda y constituida por la roca madre que no ha sufrido alteraciones químicas ni físicas significativas. 9
- 10. PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO Color Es una propiedad muy usada al estudiar los suelos pues es fácilmente observable y a partir de él se pueden deducir rasgos importantes. Las tablas Munsell permiten predecir en función del color observado, las características y propiedades del suelo en estudio. Permeabilidad Representa la facilidad de circulación del agua en el suelo. Es un parámetro muy importante que influirá en la velocidad de edafización y en la actividad biológica que puede soportar un suelo. Textura El suelo está constituido por partículas de muy diferente tamaño. Básicamente todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcilla, pero difieren en los valores de los límites establecidos para definir cada clase. T A M A Ñ O + 10
- 11. Acidez La acidez del suelo se mide conociendo la concentración de hidrogenoides (H+). En los suelos existen H+ en solución (acidez real o activa) y H+ que están adsorbidos sobre los materiales que lo componen (acidez de cambio o reserva). Existe un equilibrio dinámico entre estos dos tipos de acidez. Si se eliminan H+ de la solución se liberan otros tantos H+ adsorbidos. Como consecuencia el suelo muestra una fuerte resistencia a cualquier modificación de su pH, (actúa como un buffer). El pH ideal para el desarrollo de la vida vegetal varía entre 6,5-7,2. Degradación Del Suelo Según la FAO - UNESCO la degradación “es el proceso que rebaja la capacidad actual y potencial del suelo para producir, cuantitativa y cualitativamente, bienes y servicios”, es decir es toda modificación que conduzca al deterioro de éste. La degradación del suelo es la consecuencia directa de la utilización del suelo por el hombre, bien como resultado de actuaciones directas, impacto agrícola, forestal, ganadera, uso de agroquímicos y riego, o por acciones indirectas, como son las actividades industriales, eliminación de residuos, transporte, etc. La degradación del suelo ocurre cuando éste pierde la capacidad de producir bienes y servicios. Este fenómeno puede ocurrir por tres diferentes motivos, erosión, contaminación y degradación de fertilidad. TIPOS DE DEGRADACIONES 11
- 12. TIPOS DE SUELOS MINERALOGÍA La mineralogía estudia aquellas especies inorgánicas llamadas minerales, que juntas en masas rocosas o en forma aislada constituyen el material constituyente de la corteza terrestre, y de otros cuerpos en el universo. MINERAL Son sustancias sólidas, se origen inorgánico y con composición química definida. Poseen una disposición ordenada de sus átomos y cuando las distancias entre éstos son las mismas y la estructura es perfecta en simetría se les conoce como cristales. Los compuestos de Silicio y Aluminio (aluminosilicatos) componen la mayoría de los minerales presentes en el suelo y rocas. Algunos ejemplos de minerales son los silicatos SiO 4-, el sílice SiO2 y la caliza CaCO3. 12
- 13. Los distintos tipos de minerales se clasifican: Según origen: si consideramos que los minerales provienen fundamentalmente del magma, el depósito de estos se va realizando según la temperatura, los primeros minerales en depositarse son los primarios y a medida que se van combinando entre ellos se forman los minerales secundarios. Minerales primarios: Son aquellos que no han sufrido cambios químicos desde su formación inicial y se acumulan principalmente en las fracciones de arena y limo. Los silicatos componen la gran mayoría de minerales primarios en la corteza terrestre. Además de éstos, hay otros minerales que son óxidos metálicos y carbonatos metálicos que son de importancia vital en el suelo. La distribución de este tipo de minerales en las rocas depende de su naturaleza química y de las condiciones generales que conforman a las rocas. Ejemplos, pirita FeS; calcopirita CuFeS2; galena PbS; blenda ZnS. Minerales secundarios: Son aquellos que resultan de la descomposición de los minerales primarios y recombinación de los productos. Predominan en las arcillas, algunos óxidos y silicatos. Estos últimos se clasifican en 3 grupos: Silicatos laminares: presentes principalmente en suelos meteorizados. Silicatos fibrosos: presentes en suelos secos. Silicatos volcánicos: presentes en sedimentos no cristalinos derivados de materiales volcánicos. Ejemplo, malaquita Cu2CO3 Cu(OH)2 Según el contraion que presentan: este acompaña, principalmente, a un metal. Nativos: constan de un solo elemento. Sulfuros: acompañado por S-2 Haluros: metales con Halógeno (F-, Cl-, Br-, I-) Óxidos e hidróxidos: acompañan a O-2 u OHCarbonatos, nitratos y boratos: acompañado por los grupos CO 3-2; NO3-; BO3, respectivamente. Sulfatos, cromatos, molibdatos y wolframatos: acompañados por los grupos SO 4-2; CrO4-, MO4-2; WO4-2, respectivamente. Fosfatos, arseniatos y vanadatos: acompañados por grupos PO 4-3; AsO4-3 y VO4-3 respectivamente Silicatos: con excepciones, todas las rocas ígneas, lo son, es decir, el 90% de la corteza terrestre. Acompañados por el anión SiO4-2. Según naturaleza Minerales metálicos: cobre, oro, plata, hierro, molibdeno, litio Minerales no metálicos: (la mayor parte de ellos son sales) azufre, yodo, yeso, carbonato de litio, salitre, cloruro de sodio, talco, mármol 13
- 14. MINERALES Y CRISTALES Algunas características de un mineral: Algunas características de un cristal: Son naturalmente formados. Inorgánicos Los cristales son formados naturalmente En general sólidos o son cultivados artificialmente. Poseen una composición química definida Inorgánicos u orgánicos Materialmente homogéneos En general sólidos. Cristalinos (con estructura atómica ordenada) Materialmente homogéneos. o amorfos (sin estructura cristalina, por Cristalinos, nunca amorfos. ejemplo los vidrios naturales) Los cristales tienen una disposición o un La mayoría de los minerales son cristales arreglo atómico único de sus elementos. Los cristales naturales poseen grados de simetría característicos los que son consecuencia del arreglo interno de los átomos que los forman. El mineral que se ve a continuación es halita (mineral de NaCl) quien tiene distribuido a sus átomos en disposición cúbica cristalina (isométrica). RECURSOS NATURALES Los recursos naturales son aquellos que podemos utilizar para realizar una actividad económica y que nos permiten satisfacer algunas necesidades básicas, es decir, son todos aquellos elementos que están presentes en la naturaleza y que las personas podemos utilizar, directamente o transformados, para producir un bien económico. Recursos Energéticos En la actualidad, los combustibles no renovables o fósiles encabezan la producción y el consumo energético. Sin embargo, el peligro de esta demanda es el agotamiento de las reservas, sobre todo las de petróleo y el efecto invernadero que producen. En los últimos años se ha buscado, incentivar la inversión en el mejoramiento de las tecnologías relacionadas con recursos energéticos alternativos como los paneles solares. 14
- 15. Recursos Hídricos Ríos y lagos proporcionan gran parte del agua necesaria para la supervivencia de la especie humana. Sus aportes hacen posible la vida y además proporcionan otros beneficios, ya sea depositando limos fértiles, entregando agua para riego, para producir energía y proporcionando espacios de recreación. Recursos Biológicos Por recursos biológicos son aquellos que dependen de la interacción de los seres vivos: bosques, cultivos, pesca y ganadería. Ellos permiten nuestra alimentación y gran parte de nuestras actividades económicas, sin embargo, una serie de problemas amenaza seriamente su continuidad, especialmente la deforestación, que deja el suelo a merced de la erosión y la desertificación. Recursos Minerales Suelen dividirse en metálicos y no metálicos, ya sea que contengan o no metales, y son utilizados como materia prima en el proceso de producción de bienes de consumo, tanto industriales como domésticos. Los encontramos a lo largo y ancho de nuestro territorio, destacándose en importancia la explotación de cobre, por la significación en la economía nacional. Minerales metálicos Los recursos minerales metálicos en nuestro país se encuentran repartidos por el territorio en yacimientos de cobre, hierro, manganeso, oro, plata, molibdeno, plomo y zinc. ORO El 65% del oro se obtiene de lavaderos y minas, y el 35% restante proviene de la refinación de los concentrados de cobre. El principal mineral es La Coipa (III región) que aporta un 56% del total de la producción nacional. Por su parte, en la IV Región, se encuentran los yacimientos El Indio y Andacollo Oro, que en conjunto alcanzan el 29% del total de la producción del país. MANGANESO El manganeso es un mineral metálico que es utilizado en la siderurgia y cuyas reservas no sobrepasan los 3 millones de toneladas, encontrándose en las regiones de Antofagasta, Atacama y Metropolitana de Santiago. En la actualidad, se explotan los yacimientos de Corral Quemado y Los Loros, ubicados en la IV Región, que producen el 86%. HIERRO Los minerales de hierro se caracterizan por ser de alta ley, y alrededor de un 55% se encuentra en condiciones favorables para su explotación. Las estimaciones de reserva ascienden a unos 2.000 millones de toneladas métricas. PLATA La minería de la plata proviene en un 75% de la minería del cobre y en un 25% de minerales combinados. En el ámbito sudamericano, Chile se ubica en el segundo lugar entre los productores y en el ámbito latinoamericano, ocupamos el tercero, detrás de Perú y México. Son de importancia los yacimientos de La Coipa, en la III Región y Laguna Verde, en la XI Región. 15
- 16. Minerales no metálicos Los minerales no metálicos son de gran importancia en el proceso productivo de nuestro país, aunque, a simple vista, no lo parece. Muchos de los productos que usamos en forma cotidiana son minerales no metálicos, por ejemplo, en la construcción, en la industria química, en la elaboración de fertilizantes, etc. Los principales recursos no metálicos con producción en nuestro país son: apatita, arcilla, azufre, baritina, bentonita, boro, caolín, carbonato de calcio, carbonato de litio, cloruro de sodio (sal de roca), cuarzo, feldespato, lapislázuli, mármol, oxido de hierro, puzolana, nitratos, sulfato de sodio, talco, yeso, azufre y yodo. LITIO El litio es extraído desde las salmueras del salar de Atacama por la empresa Soquimich (SQM). Estas salmueras son concentradas y posteriormente procesadas para ser convertidas en carbonato de litio, cloruro de litio o litio metálico, usando tecnología de punta para la extracción y conversión. El litio se utiliza en la industria electrónica, del aluminio, vidrio, fritas para recubrimientos vítreos, grasas lubricantes, aire acondicionado, cemento y polímeros entre otras. Debido a su elevado potencial electroquímico y a que es el elemento sólido más liviano su principal uso es en la fabricación de cátodos de baterías usadas en teléfonos móviles, computadores portátiles y cámaras digitales. SALITRE El salitre está formado por nitrato de sodio y/o potasio contenido en el caliche. La explotación de salitre tuvo su época de oro en Chile entre los años 1884 y 1920. En la actualidad, se mantiene en explotación en las oficinas de María Elena, Pedro de Valdivia y Coya Sur, que pertenecen a la Sociedad Química y minera de Chile S. A. (SOQUIMICH). YODO Está asociado a la producción del salitre en los yacimientos citados. Los centros de explotación se localizan principalmente en las regiones de Tarapacá y Antofagasta. DMTR-QM32 Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra web http://www.pedrodevaldivia.cl/ 16