Locos por la Geología

En posts anteriores les he presentado las nociones básicas sobre  gliptogénesis y meteorización en general, y sobre la meteorización física en particular. Hoy le toca a la meteorización química.

Para poder comprender estos procesos, es indispensable que vayan primero a repasar el post en el que aludo a la Ley de la estabilidad mineral. Si no lo hacen ahora, más abajo tendrán que rendirse a la evidencia de que necesitan entenderla, y seguramente irán a leerlo. Yo sé lo que les digo.

¿Cómo se relaciona la meteorización química con la Ley de estabilidad mineral?

Una vez que hayan repasado los conceptos del post (jejeje, ¿vieron que iban a tener que ir?), podemos pasar al concepto siguiente, que es la Serie de Goldich, la cual es consecuencia directa de la mencionada ley, ya que puede muy fácilmente deducirse que un mineral será químicamente más atacable por la meteorización, cuanto más difiera su medio de origen de las condiciones de presión y temperatura reinantes en la superficie terrestre.

Así pues, los minerales de origen ígneo, que reconocen las más altas temperaturas y presiones durante su génesis, serán más fácilmente alterados que los metamórficos de bajo grado o los sedimentarios. Y dentro de los propios minerales ígneos, aquéllos de punto de fusión más elevado, y por ello los primeros en cristalizar durante el enfriamiento, serán más rápidamente atacados que los de temperatura relativamente más baja, y que por eso mismo, tienden a cristalizar más tardíamente.

Con esta premisa, y revisando la serie de reacción de Bowen, (que ya conocieron en otro post, y que ordena precisamente a los minerales esenciales de las rocas ígneas, en orden decreciente de sus temperaturas de fusión) Goldich reconoció que ese orden se mantenía más o menos invariable si se intentaba definir a los minerales según su creciente resistencia a la meteorización química.

Es conveniente hacer notar que a veces el ataque físico puede acontecer en un orden diferente al que la Serie de Goldich predice, porque en algunos casos hay características físicas que atentan contra la resistencia mecánica del material. Un típico ejemplo es el de las micas (muscovita y biotita) que pese a ser químicamente resistentes, exhiben una exfoliación por la cual se desintegran con facilidad, desapareciendo en gran parte de las rocas por ruptura, arranque y erosión, mucho antes de verse alteradas químicamente.

Si analizamos la secuencia de Goldich (Figura 1), vemos que coincide con la de Bowen aunque su interpretación sea diferente: en un caso orden de solidificación, en el otro susceptibilidad comparativa a la alteración química.

Figura 1, Serie de Goldich

¿Qué subprocesos se incluyen en la meteorización química?

Los procesos químicos que ocurren durante la meteorización, son en realidad extraordinariamente complejos, y se encadenan entre sí de manera constante, por lo cual se ha de concentrar la atención sólo en algunos de los más básicos.

El gran vehículo que motoriza estos fenómenos es el agua, razón por la cual, de su disponibilidad y posibilidad de acceso al interior de las rocas superficiales, depende en gran medida la efectividad de la intemperización química.

Por otra parte, salvo su función de transporte para poner en contacto los elementos que han de reaccionar entre sí, el agua químicamente pura no tendría casi ningún efecto sobre los materiales expuestos a menos que sean solubles, cosa que las rocas y minerales casi nunca son.

No obstante, rara vez se encuentra en la naturaleza, agua con alto grado de pureza. Debido a la gran capacidad disolvente, que ya ha sido analizada, la lluvia es portadora de oxígeno y dióxido de carbono que adquiere, en primera instancia en su paso por la atmósfera. Más tarde, el líquido se carga con otros numerosos elementos, que le entregan las rocas y los suelos por los que se moviliza, y también los organismos presentes en ellos.

Todo esto posibilita los principales procesos de meteorización química, entre los que se describen la disolución (que es en realidad un fenómeno físico-químico), la hidratación, la hidrólisis, la carbonatación y la oxidación.

¿Qué es y cómo se produce la disolución?

Como dije más arriba, salvo la halita o sal común, las rocas no son solubles en agua químicamente pura. Por tal motivo, es vital la presencia en el agua, de otros elementos, que le permitan actuar como solvente. Es allí, donde el fenómeno adquiere características de proceso químico, porque implica la conversión de elementos insolubles en solubles, para su posterior arrastre por el agua.

Ejemplos muy típicos son la calcita como mineral, y la caliza pura como roca. Ambas están compuestas por carbonato de calcio (insoluble), el cual, con agua ligeramente ácida, se transforma en bicarbonato (soluble).

La acidez del agua resulta de la previa formación de ácido carbónico, por la presencia de dióxido de carbono disuelto.

CO2 + H2O = CO3 H2 (Dióxido de carbono + agua= ácido carbónico).

CO3Ca + CO3 H2 = (CO3 H)2 Ca (Carbonato de calcio + ácido carbónico = carbonato ácido o bicarbonato de calcio, soluble).

En la naturaleza, ambas reacciones ocurren casi siempre en forma simultánea con varias de las siguientes, y dan por resultado ecuaciones mucho más complejas que la que aquí se presenta.

¿Qué es y cómo se produce la hidratación?

Éta es una reacción simple y reversible por calor, que solamente implica la incorporación de agua a la estructura molecular de determinados minerales, sin cambiar la fórmula original de los mismos, salvo la mencionada incorporación. Ejemplos típicos son el cambio de hematita a limonita, o de anhidrita a yeso.

SO4Ca + 2 H2 O = SO4Ca . 2 H2 O (sulfato de calcio o anhidrita + agua = sulfato de calcio hidratado o yeso).

Fe2 O3 + n H2 O = Fe2 O3. n H2 O (sesquióxido de hierro o hematita+ agua = sesquióxido de hierro hidratado o limonita).

Estas reacciones tienen gran importancia, ya que normalmente implican un debilitamiento general de la estructura atómica, más un aumento de volumen del mineral, que genera a su vez tensiones físicas. Ambos efectos facilitan la disgregación mecánica de las rocas.

¿Qué es y cómo se produce la hidrólisis?

El término deriva de Hidrós = agua y lisis= destrucción, y designa un fenómeno que, a diferencia del anterior, supone la ruptura de la molécula de agua, con la creación de grupos oxidrilos, los cuales luego interactúan con los elementos presentes para formar nuevos minerales, en muchos casos del grupo de las arcillas, que son química y físicamente muy activos, y constituyen elementos esenciales del suelo.

Un clásico ejemplo es la conversión de la ortoclasa (feldespato de potasio, uno de los minerales más abundantes en las rocas ígneas) en caolinita (una forma de arcilla).

2 Si3 O8 Al K + 2H2O = Si2 O5 (OH)4 Al 2 + K2 O + 4Si2 O (Ortoclasa+ agua= caolinita + óxido de potasio soluble + sílice, soluble).

¿Qué es y cómo se produce la carbonatación?

Como ya se viene repitiendo, el agua que participa en estas reacciones está normalmente cargada de dióxido de carbono, lo cual le permite atacar a los feldespatos, llegando en último término a generar compuestos carbonáticos.

Si se vuelve a analizar la reacción anterior, pero con la inclusión del dióxido de carbono, naturalmente presente, se observará que en un paso siguiente, el óxido de potasio liberado, se unirá al dióxido para producir un carbonato de potasio insoluble.

2 Si3 O8 Al K + 2H2O + CO2 = Si2 O5 (OH)4 Al2 + CO3 K2 + 4Si2 O (Ortoclasa + agua + dióxido de carbono = caolinita + carbonato de potasio insoluble + sílice, soluble).

Ésta es en realidad la reacción que más probablemente tendrá lugar, ya que la anterior implicaba un cierto grado de abstracción a los fines didá¡cticos. En efecto, en la naturaleza el agua estará¡ siempre afectada por un cierto contenido de dióxido de carbono.

¿Qué es y cómo se produce la oxidación?

Si bien hoy en día este término ha excedido el concepto original de simple combinación de un elemento con el oxígeno para pasar a referirse más bien a ganacias y pérdidas electrónicas (diferencia sutil, pero existente), es con esa primitiva concepción que se lo toma en cuenta a los fines de la meteorización.

El hierro es un componente muy común de los minerales petrogénicos, tales como biotita, augita, etc. y cuando es liberado a estado elemental por alguno de los otros procesos, o -lo que es muy común- por acciones bacterianas, se combina rápidamente con el oxígeno para generar hematita y hasta limonita.

2 Fe +3 O = Fe2 O 3 (hierro+ oxígeno= hematita)

Otros elementos pueden igualmente combinarse con el oxígeno, y para ejemplo puede volverse al utilizado en el caso de la hidrólisis, donde el K genera un óxido, así sea como paso intermedio, ya que al ser inestable, inmediatamente reaccionará para dar el carbonato que ya se ha mencionado también.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de mi propio libro Geología: ciencia arte, especulación y aventura.