Esta corteza ocupa aproximadamente los 40 km superiores de la tierra. La




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fecha de publicación03.03.2016
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ROCAS Y MINERALES

El suelo se encuentra sobre la corteza terrestre, esta corteza ocupa aproximadamente los 40 km superiores de la tierra. La corteza a su vez cubre al manto (tiene un espesor de 2900 km) constituido por material pétreo y plástico. A su vez el manto cubre al núcleo exterior y este último cubre finalmente al núcleo interior (la distancia desde el suelo hasta el centro del núcleo interior es de 6450 km, por tanto esta distancia corresponde a el radio de la tierra.



La corteza terrestre se forma por los movimientos, distorsión, ruptura y dislocación de las rocas; por la actividad ígnea que genera y mueve materiales en fusión y redistribuye fragmentos desintegrados de rocas corticales.
Se cree que el calor generado en el manto es el causante de la movilización de la corteza y la conformación de los continentes. El calor presente en la actividad ígnea se produce por la radioactividad y fricción entre bloques corticales en movimiento en el manto, lo cual provoca que algunas rocas de la corteza se fundan, ayudando a conservar el manto parcialmente fluido. El peso de la corteza, comprime a los materiales fundidos y provocan que suban por grietas o fracturas corticales. Parte de estos materiales se enfrían y solidifican en las grietas, otros salen a la superficie como erupciones volcánicas. Estos materiales calientes y fluídos son conocidos como magma cuando se ubican por debajo de la superficie y se denominan lava (cuando sobre salen a la superficie terrestre) durante y después de las erupciones.
Los materiales rocosos se pueden forman por un proceso de depositación llamado agradación. El otro proceso formador de rocas se denomina degradación en el cual se destruye y remueve a los materiales rocosos. Dentro de esta dinámica se origina la corteza terrestre y se forman las rocas y minerales.
Las rocas son mezclas de minerales consolidados por un proceso natural.
Los minerales son compuestos inorgánicos que tienen una composición y propiedades físicas más o menos definidas.
De los 92 elementos químicos que se conoce de su existencia en la corteza terrestre, se puede determinar que la combinación de estos genera hasta 2000 minerales en la corteza. Sin embargo, pocos son los elementos y los minerales importantes en la formación de los suelos.
Los principales elementos que constituyen a la corteza terrestre son el oxígeno “O” (46.6 %); sílice “Si” (27.7 %); aluminio “Al” (8.1 %); hierro “Fe” (5 %); calcio “Ca” (3.6 %); sodio “Na” (2.8 %); potasio “K” (2.6 %) y magnesio “Mg” (2.1 %).


ROCAS.
El término material parental se usa para designar a las rocas a partir de las cuales se originan los suelos.
Las rocas pueden dividirse en tres grandes clases de acuerdo a su geo-historia y modo de formación, como sigue:


  1. Rocas Igneas (formadas por magma solidificado).

  2. Rocas Sedimentarias (formadas por sedimentos consolidados y no consolidsados).

  3. Rocas Metamórficas (se producen por la transformación de rocas ígneas o sedimentarias).


A nivel mundial las rocas dominantes son las Igneas y en México predominan las sedimentarias.
Cuadro.- Extensión territorial aproximada de las rocas sedimentarias, ígneas y metamórficas en México (Ortiz, 1982).

CLASE

EXTENSION TERRITORIAL (%)

Rocas sedimentarias.

64

Rocas ígneas.

32

Rocas metamórficas.

4


Descripción y denominación de las rocas.
LAS ROCAS IGNEAS.- Se forman por la solidificación, ya sea, de un magma dentro de la corteza terrestre (intrusivas) o de una lava sobre la corteza terrestre (extrusivas). Las rocas ígneas intrusitas son generalmente pesadas y duras y las extrusivas pueden ser desde pesadas y duras hasta ligeras y fragmentadas o pulverulentas, las rocas ígneas se localizan donde la corteza terrestre se ha fracturado.
LAS ROCAS SEDIMENTARIAS.- Constituyen las capas superiores de la corteza terrestre, que es donde ocurre su meteorización (intemperismo), erosión y depositación. Estas rocas pueden encontrarse casi en cualquier lugar y están formadas por:


  1. Materiales Sueltos, constituidos por partículas minerales depositadas en la superficie o en el agua y posteriormente compactadas y cementadas, también son conocidas como rocas clásticas.

  2. Compuestos Precipitados cristalinos provenientes del agua de mar.


Las rocas sedimentarias se presentan usualmente en capas o estratos.
LAS ROCAS METAMORFICAS.- Son rocas ígneas o sedimentarias que han sufrido una transformación (metamorfismo) por el calor interno, presión y penetración de fluídos, sin llegar a fundirse. Se forman en lo profundo de la corteza, especialmente en zonas donde se desarrollan montañas y posteriormente quedan expuestas por la erosión. La mayoría son duras y a excepción del mármol, son químicamente resistentes.
Cada clase de roca se divide en tipos específicos como se muestra a continuación:


Cada tipo de de roca está constituído por diversos minerales:


También existe información sobre la composición mineralógica de las rocas según Clarke (1924), quién trabajó con rocas ígneas y Jeffries (1947) que trabajó con rocas con rocas sedimentarias, sus resultados de investigación se muestran a continuación, (cuadro 3.6).


Comber (1960) cuantificó en porcentaje la composición elemental de rocas ígneas y suelos formados a partir de ellas (cuadro 3.7).


Nótese que durante la formación del suelo (de roca a suelo), se provoca una disminución de los macronutrimentos fósforo (P), potasio (K), calcio (Ca) y magnesio (Mg) y una aumento de micronutrimentos hierro (Fe) y manganeso (Mn) en el caso de basalto.

####

MINERALES.
Se conocen actualmente más de 3.000 especies de minerales.
Cada mineral principalmente se caracteriza particularmente por presentar una composición química, una estructura cristalina y propiedades físicas definidas, lo cual hace que se diferencien los diferentes grupos de minerales.
Las principales características que distinguen a los minerales son: su composición química, el tipo de cristal, la dureza y la apariencia (color, brillo y opacidad). En general los minerales son sustancias sólidas, siendo los únicos líquidos el mercurio y el agua.
Los minerales habitualmente se encuentran en corteza terrestre. Sólo unos cuantos minerales integran a la mayoría de las rocas.
Los minerales de acuerdo a su origen, se clasifican en primarios y secundarios. Los minerales primarios se forman a partir del enfriamiento y solidificación del material magmático y los minerales secundarios provie­nen del intemperismo químico de los minerales primarios menos resistentes. En la figura 3.3 se ilustra la estabilidad relativa al intemperismo de mi­nerales primarios.



Una descripción de los principales minerales se reporta a continuación:

A) MINERALES PRIMARIOS (originales).

1. Cuarzo : (constituídos por Si02).

Es el más común de los minerales formadores del suelo, por ser muy duro y tener baja solubilidad. Constituye alrededor del 13% de la corte­za terrestre y en un suelo promedio puede constituir del 30 al 40%. El cuarzo no contribuye con nutrientes para las plantas en el suelo.

2. Feldespatos : (Son aluminio-silicatos con bases de K, Na y Ca).

Constituyen el 60% de la corteza terrestre. Como consecuencia del in­temperismo químico forman minerales de la arcilla. La plagioclasa se intemperiza más fácilmente que la ortoclasa. La albita es una plagioclasa. La ortoclasa (KAlSi308) es una fuente importante de K (macronutrimento para las plantas).

3. Anfíbolas y Piroxenas : (Son silicatos de Ca, Mg y Fe (con algo de Al).

Este grupo constituye el 16% de la corteza terrestre. Se intemperiza más fácilmente que los feldespatos. Pueden persistir en los suelos como gravas de color obscuro. La horblenda es una anfíbola de color negro con ruptura precisa. La augita es una piroxena de color claro con ruptura no precisa.

4. Micas : (Son aluminosilicatos con bases de K, Mg Y Fe).

Se intemperizan fácilmente y forman minerales de arcilla. Si persisten en los suelos son reconocidos por su brillo. Algunos ejemplos de micas son: la muscovita (mica incolora) la cual contiene más potasio (K) que la biotita (mica negra), la cual contienen más hierro (Fe) y magnesio ( Mg).

5. Carbonatos : (Presentan el anión CO3)

Comúnmente se encuentran en las calizas y en el mármol. La calcita (CaC03) es un mineral relativamente soluble. Tiene un crucero perfecto y efervesce fácilmente con ácidos fríos. La dolomita CaMg(CO3)2 es menos soluble que la calcita. Efervesce sólo ligeramente en ácidos fríos y tiene un crucero no muy preciso.

6. Apatita : (Tiene la siguiente fórmula (Ca3P2O8)3 . Ca F2 Cl

Es la fuente original de prácticamente todo el fósforo (P) del suelo. Existe en granos diminutos en muchas rocas. La apatita es soluble en ácidos.

En el cuadro 3.8 se reportan los minerales más comunes, junto con su fórmula molecular y velocidad de intemperización.



B) MINERALES SECUNDARIOS

1. Yeso : Presenta la fórmula Ca SO4 . 2 H2O

Se forma por la evaporación del sulfato de calcio contenido en las aguas que lo contie­nen disuelto. Es un mineral muy suave y se intemperiza fácilmente. Se acumula sin embargo, en grandes cantidades en las regiones semi-áridas. El yeso puede ser mineral primario o secundario.

2. Oxidos de Fe :

Muchos de los óxidos de Fe se forman a través del intemperismo quími­co. La hematita (Fe203) es responsable de la coloración roja en muchos sue­los. La limonita (Fe203 . 3 H20 ó FeO . OH . nH20) proporciona un color amarillo al suelo.

3. Minerales de Arcilla :

Los minerales de la arcilla tales como la kaolinita (H4Al2Si209) son altamente coloidales. Son formados en primer término, por el intemperismo químico de los minerales primarios. Los minerales de la arcilla no suministran nutrientes directamente para las plantas pero tienen la capacidad de adsorber o rete­ner iones nutrientes en sus superficies. Son una parte de los materiales física y químicamente activos en los suelos.

Con la información proporcionada, podríamos entender, por una parte, que el conocimiento de las rocas y minerales que las integran, nos conduciría a la definición de los elementos presentes, útiles para el desarrollo de los cultivos; lo anterior es parcialmente cierto, sobre todo, desde un punto de vista cualitativo. Cuantitativamente resulta difícil saber, qué cantidad de un elemento de interés, presente en una roca, quedará en el suelo (el cual a partir de ella “rocas” se forma). Por otra parte el conocimiento de las rocas no sólo se basa en su química sino también en su constitución física y en relación a ésta, se han mencionado datos sobre la velocidad y resistencia al intemperismo de diferentes minerales. La resistencia al intempe­rismo trae como consecuencia un diverso tamaño de las partículas dominantes presentes en los suelos. Por ejemplo, cuando el cuarzo está presente, como tiene gran resistencia al intemperismo, es de esperarse que se preserve en la mayoría de los procesos de desintegración y aparezca finalmente como arena (partículas con un diámetro mayor a 50 µ “micras”), aunque partículas de cuarzo pueden encontrarse en los limos (partículas de 2 a 50 µ “micras”). Mientras que los si­licatos al ser sometidos a hidratación convergen como producto terminal (participan formando) a las arcillas (partículas con diámetros menores a 2 µ “micras”). Ejemplos de rocas ígneas que ilustran lo anterior son el Basalto y el Granito. El Basalto está formado por silicatos principalmente sin cuarzo, de tal manera que los suelos derivados de este tendrán arcillas y limos. El granito por su parte contiene: cuarzo y feldespato ortoclasa, junto con micas (esto es Sílice y silicatos), que producirán arenas, limos y arcillas.

Brade-Birks (1962) hizo una representación diagramática que resume lo expuesto y se presenta en la figura 3.4.



Los Minerales de la Arcilla.

Los procesos químicos del intemperismo son mu­cho más importantes en la formación de las arcillas. Por su tamaño, las arcillas (diametro menor a 2 µm) son consideradas como coloides y como tales nos interesan dos de sus propiedades, específica­mente su carga eléctrica (la cual es principalmente negativa) y su gran superficie específica.

Todos los coloides se cargan eléctricamente, las arcillas y en gene­ral los coloides del suelo están cargadas en forma negativa. De tal forma que atraen cationes y si recordamos a los nutrientes esenciales para las plantas, la mayoría son elementos de carga positiva (K+, Ca++, Mg++) o tienden a formar radicales positivos (NH4+). Esto da por resultado que muchos de los nutrientes estén retenidos por arcillas o coloides del suelo y dada su cercanía y/o contacto directo con las raíces de la planta es posible que se provoque un intercambio de nutrimentos con las raíces, es por esto que estos minerales son de gran importancia.

Por otra parte la otra propiedad fundamental de la arcillas es que poseen por su menor tamaño una mayor superficie específica, dando por resultado que las arcillas expongan mucha superficie donde pueden realizarse, entre otras, reacciones de intercambio catiónico.

De manera general, son reconocidos dos grupos de arcillas: las silicatadas características de regiones templadas y las arcillas de óxido e hidróxidos de hierro y aluminio, encontradas en las zonas tropicales y semi­tropicales.

A través de los estudios de Rayos X pudo diferenciarse a varios grupos de arcillas y sus propiedades características. La clasificación de arcillas que adoptaremos se presenta a continuación:




ESTRUCTURA DE LOS MINERALES SILICATADOS DE LA ARCILLA

Generlamente las arcillas son de forma laminar. Esto indica que expo­nen una gran extensión de superficie por peso unitario.

Los minerales silicatados de la arcilla son de naturaleza cristalina.

La estructura del cristal se llama látice o retículo que está constituido de dos clases de estructuras fundamentales: los tetraedros de sílice y los octaedros de alúmina.

Los tetraedros de sílice contienen un átomo de Si rodeado de 4 átomos de oxígeno que forman las 4 esquinas del tetraedro. El Si ocupa el intersticio del centro. La carga de tal unidad es -4. La capa tiene una carga negativa neta y su ­fórmula es n(Si205)2-.

El octaedro está constituido por 6 hidróxilos alrededor de un átomo de Al. Este acomodamiento puede visualizarse en la forma siguien­te: 4 hidróxilos formando un cuadrado. Un octaedro individual tiene la fórmula AI(OH)3-.

Los octaedros de Al adyacentes comparten hidróxilos comunes para for­mar una capa de octaedros en forma similar el comportamiento del oxígeno en la capa tetraédrica del Si.

Como ha sido indicado las arcillas tienen cargas negativas, las cua­les atraen cationes y el número total de cationes retenidos en la superficie de la arcilla, se expresan como meq/100 g de suelo, a esta propiedad química se les denomina Capacidad de Intercambio Catiónico.

GRUPO DE LA ARCILLA KAOLINITA.

Es la arcilla del tipo 1:1 (contiene un estrato de Si y otro de Al). Su capaci­dad de intercambio es reducida, de unos lO meq/100 g de suelo.

GRUPO DE LA ARCILLA MONTMORILLONITA

Este grupo incluye otros minerales silicatados como son la beidellita, nontronita, hectorita y saponita. Son arcillas de tipo 2:1, el estrato de Al está entre dos estratos tetraédricos de Si. Los O y radicales OH se comparten en más de una unidad tetraédrica y octaédrica respectivamente, para formar la sucesión de unidades estructurales.

Este tipo de arcilla se expande y contrae fácilmente al humedecerse y secarse para dar un efecto de "acordeón". Las partículas tienden a ser más pequeñas que las de la kaolinita y los suelos con alto contenido de este tipo de arcilla se fisuran (agrietan) al secarse y tienden a ser impermeables a humedecerse. El suelo exhibe características de plasticidad muy acentuada. Esto también indica que en la superficie interior y en el exterior de las partículas hay posibilidades de adsorción del agua y de nutrientes.

La sustitución del Al octaédrico por Mg en el retículo cristalino produce la estructura de la montmorillonita. Cuando el silicio tetraédrico es substituido por el Al se genera la beidellita. En cambio cuando el Al octa­édrico es substituido por el hierro se tiene la nontronita.

La capacidad de intercambio de cationes de esta arcilla es de unos 100 meq/100 g de material. La montmorillonita y minerales de este grupo también se encuentran en clima semi-árido de escasa lixiviación y material rico en cationes básicos principalmente Ca y Mg, en donde el pH es alcalino.

GRUPO DE LA ILLITA

A este mineral también se le denomina mica hidratada e hidrómica.

Otros minerales de este grupo son la Muscovita, Seladonita, Biotita y Clauconita.

Se indica que el origen de las illitas probablemente procede de las micas por un proceso químico con pérdida de K. Estos minerales también son de retículo 2:1 donde los iones de K son alojados en los huecos que dejan los oxígenos de las superficies internas entre unidades con un retículo cristalino 2:1 parcialmente expandible, tiene una magnitud de eje c de 14 a 15 Armstrong por lo que se considera en posición intermedia entre la illita y la Montmorillonita, aunque en sus propiedades de intercambio son diferen­tes ya que supera a la montmorillonita (150 meq/100 g). Es un mineral no abundante en los suelos. Ver cuadro siguiente.

Barshad ha indicado que la vermiculita tiene alrededor de 50% más de CIC que la Montmorillonita. Investigaciones sobre las propiedades del hu­mus muestran que sus propiedades de intercambio pueden variar de 100 a 300 meq/100 g de material. Las siguientes capacidades de intercambio son suge­ridas para el humus y los minerales arcillosos más importantes.



INTEMPERISMO FÍSICO, QUIMICO Y BIOLOGICO Y SU RELACION CON LAS ETAPAS DE FORMACION DE UN SUELO.

Aunque no existe una manera única y ordenada de formación de los sue­los, al menos teóricamente podríamos considerar tres etapas de acuerdo al tipo de intemperismo, de la siguiente forma: Al quedar expuestas las rocas al ambiente se inicia un proceso de desintegración (este proceso se denomina intemperismo físico), siguiéndole un proceso de descomposición (denominado intemperismo químico) y finalmen­te la invasión de vegetación ( definido primordialmente como intemperismo bioquímico).
El intemperismo físico es aquel proceso que rompe y desmenusa a la roca y puede llevarse a cabo por la acción del agua (golpe o choque de agua), la temperatura y la gravedad, solos o combinados. Por ejemplo, al introducirse agua en una grieta de una roca y congelarse, incrementará su volumen ejerciendo de esta forma una presión de hasta 146 Kg/cm2. Lo cual favorecerá la desintegración de la roca. Otro caso puede ser el calentamiento y enfriamiento, como todos los cuerpos son elás­ticos. Las rocas y principalmente los minerales que las integran tenderán a expanderse y contraerse en forma diferencial, es decir unos más rápidos que otros, lo que origina nuevamente presiones. De tal manera que al final de esta etapa se tendrían fracciones de roca.

El intemperismo químico corresponde a la siguiente etapa (después del intemperismo físico) en la formación de suelos, este proceso se efectúa mediante reacciones como la hidrólisis, la hidratación, la oxidación, la reducción, la carbonata­ción y la disolución, que originan cambios de solubilidad o de las estructuras de los materiales minerales que integran a las rocas.
El intemperismo biológico o bioquímico ocurre finalmente, por la invasión de la vegetación que produce la aparición de un nuevo material, la materia orgánica que provoca cambios bioquímicos en el suelo. Además el agua de lluvia al atravesar a estos materiales provoca migraciones de arcillas y de materia orgánica que dan por resultado la di­ferenciación de capas, mejor conocidas como horizontes.

En la Fig. 2.1., se muestra una ilustración de las etapas de forma­ción de un suelo.


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