MINERALES SECUNDARIOS

I

GD GEOLOGIAFACULTAD DE AGRONOMIAUNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA

9/03/2015

Bibliografía

• Geología para Ingenieros Agrónomos ( GD Geología Fagro)

• Introducción a la argilologia; Ibraim Ford; Facultad de Agronomía 1998

Minerales Primarios

Condiciones superficiales -Temperatura 20ºC

-Presión atmosférica-Abundante agua

Estables según los minerales en determinadas condiciones

Transformación en:- Óxidos de hierro- Carbonatos- Minerales Arcillosos

NUEVA ESTABILIDAD

Funciones y propiedades

• Condicionan la fertilidad del suelo

Retención de nutrientes catiónicos (y aniones)

Intercambio catiónico

Disponibilidad de nutrientes

• Movimientos del agua en el suelo

• Estructura del suelo

• Genética de suelos MINERALES�ROCAS�METEORIZACION�SUELOS�SOLUCION�PLANTAS

¿Como lo tenemos que pensar?

PERDIDAS o SALIDAS DEL los SISTEMAS

Definiciones….varias según disciplina

• Minerales secundarios: productos de la destrucción parcial o total de los minerales primarios y la recomposición de estructuras de acuerdo a las condiciones ambientales en que se produce la meteorización.

• Arcilla: material natural de grano muy fino que se vuelve plástico y pegajoso cuando húmedo y con posibilidad de hincharse cuando se moja.

• Minerales arcillosos: mayoritariamente filo aluminosilicatos hidratados cristalinos que son los principales componentes de las arcillas, además de otros amorfos (no cristalinos)

• Fracción arcilla: partículas menores a 2 micras de diámetro1 µm = 0,000 001 metros

Bacteria 0,5 y 5 micras

Utilizaremos……

• Arcilla en concepción edafológica: producto natural originado a partir de la meteorización de las rocas, cuyas partículas son generalmente de tamaño < a 2µ.

Sus principales constituyentes son los minerales arcillosos ( filo aluminosilicatos hidratados) y componentes accesorios tanto primarios, secundarios u orgánicos en el cual radica gran parte de la actividad fisicoquímica del suelo. (NO es una sustancia única)

Cuarzo - feldespatos - óxidos – hidróxidos - carbonatos-geles Propiedades únicas: EstructuraQuímicaTamaño

¿Cual es su importancia?... Además de tantas otras de suma relevancia

• En el manejo agronómico de los suelos el conocer el contenido y composición mineralógica de las arcillas, así como el estado fisicoquímico del sistema coloidal tiene una gran importancia

• Es un componente esencial que cuantifica la mayoría de las propiedades químicas, físicas o biológicas del suelo.

• Algunos suelos deben sus características esenciales enteramente al contenido y tipo de arcillas

No existen propiedades que finalmente sean explicadas sin considerar la arcilla

¿En donde se forman los minerales arcillosos?

• Ambientes de meteorización

• Ambientes de sedimentación

• Ambientes de diagénesis

• Ambientes hidrotermales

Ecuación fundamental de la meteorización

Ambiente de meteorización

• La mayor parte de los procesos biogeoquímicos ocurren en la superficie de la corteza terrestre (primeros cientos de metros)

• La mayor parte de las reacciones químicas ocurren en presencia del agua liquida

• La temperatura atmosférica afecta la velocidad de las reacciones

Agentes de meteorización• Agua Solvente universal� hidrolisis

• El H+ (aparte de actuar en la hidrolisis) ruptura de enlaces de los cationes metálicos(+) con los oxígenos.

• Ácidos naturales o no que afecten el pH de las aguas�CO2

• Oxigeno atmosférico � acción oxidanteEn minerales primarios el Fe2+ + O-2 = Fe3+ (aumento de las cargas(+) y reducción de su radio iónico generan inestabilidad)

2K(Si3AlO8) + 3HOH � Si2Al2O5(OH)4 + 4SiO2+2KOHFeldespato Caolinita Solución

(Solido) (Solido)

Mecanismos de formación de los minerales arcillosos

• Herencia(conservación de arcillas)Formados en suelos, sedimentos y rocas sedimentarias en ciclos previos, que pueden o no haberse formado en otro lugar físico al actual y en condiciones distintas o no a las actuales. (Son metaestables con pequeños cambios actuales)

• Neoformaciónse crea íntegramente la estructura nueva filosilicatada, por evolución y cristalización de precipitados silico-aluminosos no cristalinos y/o por reorganización de restos no cristianizados de la red de minerales primarios alterados.

• TransformaciónOpera sobre la estructura previa de un filosilicato por adición, sustracción o sustitución de elementos químicos.

NUEVAS ESPECIES

- Natural - Inorgánico - Solido - Estructura interna ordenada - Composición química definida

MINERALES PRIMARIOS

O-2

Si+4

Carga neta -4

Al+3

Radios IónicosCoordinación ionesCargas eléctricas

¿Que se busca?Estabilidad estructural y eléctrica

Neoformación

Cationes OH- Cationes centrales Oxígenos

Neso

silica

tos

Soro

silica

tos

Cic

losi

lica

tos

Inosilicatos

Pir

oxenos

Anfí

bole

s

Tect

osi

lica

tos

Transformación

Filosilicatos Cationes Cationes centrales OxígenosFILOSILICATOS (PRIMARIOS)

Series de reacción de BowenRegímenes de temperatura

Composición(tipos de rocas)

Susceptibilidad a la descomposición

química

Temperatura elevada

Primero en cristalizar

Temperatura baja

Ultimo en cristalizar

Menos estable en condiciones superficiales

Mas estable en condiciones superficiales

Cuarzo

Feldespato potásico

Muscovita

Rico en calcio

Rico en sodioFeld

espa

to p

lagi

ocla

sas

Olivino

Piroxeno

Anfíbol B

ioti ta

Ultramáficas

MáficasBasaltos

Intermedio

FélsicaGranitos

Serie discontinua de

cristal ización

Ser

ie c

ontin

ua d

e

cris

taliz

ació

n

SUCEPTIBILIDAD A LA ALTERACION QUIMICA

MINERALES � ROCAS � METEORIZACION� MINERALES SECUNDARIOS

Factores de intensidad

Factores de capacidad

Residuos Insolubles - iones - MINERALES SECUNDARIOS

Desintegración

Descomposición

Agentes de meteorización

Meteorización

Estructurales

Químicos

Alterabilidad de los minerales

AguaHidrogeniónCo2Oxigeno

Material alterado

Ambiente de formación de minerales arcillosos

NeoformaciónTransformación

Estabilidad en las nuevas condiciones

Clima Topografía Drenaje

Ecuación fundamental de la meteorización

Estos y otros iones pasan al sistema suelo en diversas formas y distintas dinámicas para ser absorbidos desde la solución por las plantas

Salen del sistema en solución con el agua� Océanos

Solubilidad• Si-O mas difícil en hidrolizarse

• A menor potencial Iónico y f.e.e mas fácil de hidrolizar

Solubilidad decreciente

K+ --- Na+ --- Ca +2 --- Fe+2 --- Mg+2 --- Fe+3 --- Al+3 --- Si+4

Movilidad relativa de los cationes en el ambiente de meteorización

Movilidad decreciente

Na+ --- Ca +2--- Mg+2--- K+--- Si+4--- Al+3--- Fe+3

Movilidad decreciente

Na+ --- Ca +2--- Mg+2--- K+--- Si+4--- Al+3--- Fe+3

Solubilidad decreciente

K+ --- Na+ --- Ca +2 --- Fe+2 --- Mg+2 --- Fe+3 --- Al+3 --- Si+4

¿Que caminos pueden tomar?

Fácil de irse en solución

y acumulación

en el mar

Dependiendo de la roca madre:AcumulaciónLixiviación

Dependiendo del solvente:Precipitar MgCo3Lixiviación

De solubilidad débil y es retenido en arcillas 2:1 en intercapa

H4SiO4Monómero de siliciopuede formar polímeros pequeños que se lixivian

CUARZO

pH>5 forma polímeros insolubles Al(OH)3

Se mantiene insoluble hasta pH4 aprox.

Adsorbidos por el sistema coloidal del suelo Ca +2 > Mg+2 > K+ > Na+

Estos y otros iones pasan al sistema suelo en diversas formas y distintas dinámicas para ser absorbidos desde la solución por las plantas

¿Que caminos pueden tomar?

Estructura Filo aluminosilicatos hidratados cristalinos

(SiO4)-4

Satisfacen las cargas negativas adquiriendo cationes externos

(AlO6)-9

Diadojía o sustitución isomorfa

Elemento Radio iónico Å Carga

Si 0,39 4+

Al 0,57 3+

Ti 0,64 4+

Fe 0,67 3+

Ti 0,69 3+

Mg 0,78 2+

Li 0,78 1+

Fe 0,83 2+

Na 0,98 1+

Ca 1,06 2+

K 1,33 1+

O 1,32 2-

F 1,33 1-

Modifican: composición químicaarreglo estructuralestabilidad estructural electronegatividad

Pueden generan nuevas especies de minerales arcillosos

Hoja tetraédrica

Direcciones

Al+3

Si+4 O-2

Hoja Octaédrica O-2 / OH-

Al+3 Fe+3 Fe+2 Mg+2

Estructura clase TRIoctaédrica

Estructura clase DIoctaédrica

• Cationes octaédricos bivalentes• Todos los huecos octaédricos

ocupados por cationes

• Cationes octaédricos trivalentes• 2/3 huecos octaédricos ocupados

por cationes

Tipo de estructuraOH-

O-2

Si+4

Al+3 Fe+3 Fe+2 Mg+2

1:1 2:1

ESPACIADO

BASAL

Cationes hidratados (otros componentes)

Clasificación de los minerales arcillosos

Clasificación

• Amorfos o Cristalinos

• Composición de la intercapa

• Tipo de estructura (1:1) (2:1)

• Di o Trioctaédricos

GRUPOS

Subgrupos

Mg+2 + Al+3 + Si+4 + O-2 + H2O MONTMORILLONITA.Si+4 + Al+3 + H2O CAOLINITA.K+ + Al+3 + Si+4 + H2O ILLITA. (Na+ marino)

MonosialitizaciónBisialitización

Importante lixiviación de SiO2 que lleva a la formación de minerales arcillosos 1:1 del grupo de la Caolinita. Lixiviación de cationes móviles muy intensa

En climas templados con lixiviación de SiO2 poco importante permitiendo formarse minerales arcillosos 2:1 Esmectitas e IllitasSe retienen cationes móviles

Movilidad decreciente

Na+ --- Ca +2--- Mg+2--- K+--- Si+4--- Al+3--- Fe+3

Solubilidad decreciente

K+ --- Na+ --- Ca +2 --- Fe+2 --- Mg+2 --- Fe+3 --- Al+3 --- Si+4

¿Que caminos pueden tomar?

Fácil de irse en solución

y acumulación

en el mar

Dependiendo de la roca madre:AcumulaciónLixiviación

Dependiendo del solvente:Precipitar MgCo3Lixiviación

De solubilidad débil y es retenido en arcillas 2:1 en intercapa

H4SiO4Monómero de siliciopuede formar polímeros pequeños que se lixivian

CUARZO

pH>5 forma polímeros insolubles Al(OH)3

Se mantiene insoluble hasta pH4 aprox.

Adsorbidos por el sistema coloidal del suelo Ca +2 > Mg+2 > K+ > Na+

Características y propiedades a remarcar

• TAMAÑO

• SUPERFICIE ESPECIFICA

• PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS UNICAS

++

+

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+

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+

+

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+

++

+

++

++

+

+

+

+

+

SOLUCION

Raíces+

+

Arcillas tienen forma de hoja (acicular) Y un tamaño <2 micras determinan una enorme superficie especifica