il ) FACULJAD D E rryG FNJEWA {i-4$ Lulitc¿t' !üi(,ry,¿il tlv1I{.;.At" {iEN!l{ CAPITULO I INTRODUCCIO}I rj Itrs. ttBtLs tr',neli L" ) ) r) ', ) ) ) ) ) ,) ) ) ) \ l ) ) .) & ) I 1.1. SmNgIS La gggguÍnba es la ci"p,ngla que se o-q-upa dsl e$lurdro de los_p-W Qug-grJrffgrrcnla Con la ayuda de diferentes métodos de la fisica y de la química, la utilización de los datos de química-fisica, de las.energías dE,fas redes, uistalinas^y de ios .¿truior termodinámicos, geoquímica se encuentra en condpii¡s¡es de 'resolver'complejos probl.rnu, *f""i"""J"r^ "", génesis de los yacimientos, particularm".rte de aquellos que se formaron como resultado de enérgica superposición de diferentes procesos {eoquímicos. la la la la cpgsee*1,-e-g;qstf,F,prestándoleesps*tei."ggqrcjQnala dispe¡sión v concentración de los mismos- a la comr de ele.nentos químicos, a la !"i*;+É.M@fu Cualquier deJinición de geoquímica debe 'de contener sus t¿g asggcfas fundeme*tales: -la rulgsg!ón, ludiúritucióo y tgL&rmas,de-#[email protected]*rtWg4{Ini-ins; éstos son los conceptos btisicos de Ia geoquímica. ,, * -'-- ' ,i, La ggpgi¡qlca estudia, rylg¡gás, la hjgQ¡ia de los ejementas*gpirusps en el transcurso de los M,lascgMk*ggJÍ*c"Q;fl$ÍIjgg,sdefwgLQndelosyacimientosminerales,el comportamiento de los ionéléñiás iedés ciistalinaÁ de los minerales, etél**"*"."""''"*"*-'"""'i"'"'* *""""' j 'i La geoqtrímica es una ciencia clue ocupa :un lugar intermedio entre las ciencias geológicas (mineralogía, petrología, yacimientos minerales, hidrogeolo gía y oceanología) y lal cieicias qr"rlmieas (qulrniea orgánica e inorgánica, quimica-fisica, iermodiná1nica-químióa,"crishlo-química, clulrnica coloidal, etc.). t',, tq U.eoqulímica también se relaqiona *on ti .4-str.ono.mía, ui ,ru*, de resolypr lo.$...prob.[emas relacjolS¡[grs con elpliglsn y composicién de nuestro plane.ta (medlinte et estudii de los metóóiitor, la cosmogonfa, etcétera), con la fisica (la radiolo gía,la geologia nuclear, la geofísica, etc.), con la b i ología ( I a bi oquím ica, labotánica, agroquími c al etc.). TAREAS DE LA g#,gQUj¡¿¡ca -\\*".- -4 La geoquímica presta una gran ayuda en la resolución de las tareas relacionadas con la asirnilación tecnológica de nuevas formas de materias primas minerales o yacimientos de nuevo tipo, sobre todl¡ al permitir obtener información sobre lai formas de existencia de los elernentos que ,* a.r.d extraer (si en forma de minerales propios, si eñ forma de mezcla isomórfica en un mineoal dado, si en el estado sorcionado, etc). los I ) l) -.,1- ) ') ) I ] ) 1.2.
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FACULJAD D E rryG FNJEWA {i-4$ Lulitc¿t' !üi(,ry,¿il tlv1I{.;.At" {iEN!l{
CAPITULO I
INTRODUCCIO}Irj
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1.1. SmNgIS
La gggguÍnba es la ci"p,ngla que se o-q-upa dsl e$lurdro de los_p-W Qug-grJrffgrrcnla
Con la ayuda de diferentes métodos de la fisica y de la química, la utilización de los datos dequímica-fisica, de las.energías dE,fas redes, uistalinas^y de ios .¿truior termodinámicos,geoquímica se encuentra en condpii¡s¡es de 'resolver'complejos probl.rnu, *f""i"""J"r^
"",génesis de los yacimientos, particularm".rte de aquellos que se formaron como resultado deenérgica superposición de diferentes procesos
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La ggpgi¡qlca estudia, rylg¡gás, la hjgQ¡ia de los ejementas*gpirusps en el transcurso de losM,lascgMk*ggJÍ*c"Q;fl$ÍIjgg,sdefwgLQndelosyacimientosminerales,elcomportamiento de los ionéléñiás iedés ciistalinaÁ de los minerales, etél**"*"."""''"*"*-'"""'i"'"'*
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j'iLa geoqtrímica es una ciencia clue ocupa :un lugar intermedio entre las ciencias geológicas(mineralogía, petrología, yacimientos minerales, hidrogeolo gía y oceanología) y lal cieiciasqr"rlmieas (qulrniea orgánica e inorgánica, quimica-fisica, iermodiná1nica-químióa,"crishlo-química,clulrnica coloidal, etc.).
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tq U.eoqulímica también se relaqiona *on ti .4-str.ono.mía, ui ,ru*, de resolypr lo.$...prob.[emasrelacjolS¡[grs con elpliglsn y composicién de nuestro plane.ta (medlinte et estudii de los metóóiitor,la cosmogonfa, etcétera), con la fisica (la radiolo gía,la geologia nuclear, la geofísica, etc.), con lab i ología ( I a bi oquím ica, labotánica, agroquími c al etc.).
TAREAS DE LA g#,gQUj¡¿¡ca-\\*".-
-4
La geoquímica presta una gran ayuda en la resolución de las tareas relacionadas con la asirnilacióntecnológica de nuevas formas de materias primas minerales o yacimientos de nuevo tipo, sobre todl¡al permitir obtener información sobre lai formas de existencia de los elernentos que ,* a.r.dextraer (si en forma de minerales propios, si eñ forma de mezcla isomórfica en un mineoal dado, sien el estado sorcionado, etc).
Los métodos geoquím_icos de búsqueda de los yacimientos minerales han encontrado una anrplia""aplicación práctica en los trabajos geológicos de búsqueda, haciendo más cconómico y cficientc losmismos.
:: Ij*.i.]^t:l!: ::r:* Iigada desde su inicio.u.lol productos naturales y es ta Edarlrte..Riedra,
:",]''oj:^::.9qj:T]]alacu1turamás-antigua,(edad.delapi'oiu"P;.;irti';,"q"a-mm4.F ) Posteriormente por perfeccionamiento progresivo, el hombre.haría uso luego el cobre, broncé
Las rplag$JrÉs entre la qqi$Jsail9:q-qhiet-qs mineralógicos, se remontan a los tiempos prehistóricos,los minerales se usaron putu ia óüiénción de meáles para la alfarería, tintes, etc. pero una
::]:lltntión científica de estas relaciornes, recién comienza con el desarrollo de la quími"o .oirrJclencra
De la larga historia de la química, se considera que el oro, plata, cobre, fierro, estaño, mercurio,plomo, azufre y carbón fue considerado como eiementos'.; ;i'r;;;¿á ,rro¿.rno. Recien en laescuela de Aristóteles se enunció que: la materia cstaba ,onrtitui¿u á. lor.l."rentos tierra, agua,aire y fuego; estos estaban considerodor como parcs simbólicos de las cuarro,.;i;;il; prir.¡pjr"r,calienté, frío, seco y húmedo, siendo tos .l.menior i*nrr¡nnables o -,' rl agua (fría y húmeda)puede ser transl'ormatla en aire (caliente y húmedo¡ si el .ulo, del fuegl uln.. la frialdad dcl agua.
c.gt el,¿ya:tc-e*, ds"_Ia -. "q"+_rniHl *gti ca, e asf gglq*T-v**, e I n úryq*q -dq..,1e',
-:_---:_.:,r.*Ér+r.Lvy v\4..¡4. td-ullrus? "4IJAlJuCa, en el StglO XVIII. el núcw,gj*33.,"3yr"enlgt. La hisroria'de su ¿effitffiñto u,*" -""ifle los elementos nuevos-q:::::i" q 4urrrurfLd'r,' L¿r lrlstofla oe su descubilmtento ei's a menudo complíóadá; rrbcuentementesucedió'{üé'dos o'más hombres descubrieron ai mir"lo elemenfo inder*rnrriorira,-o^+o. Ea ^+-^^Yqw \rvr u 'ras IlomDres oescubrleron el mismo:glemento independieritemente.. En otrosclos varios observadores reonocieron la existencia de un elemenfn rnrrr.hn onrao Ja ^.,^ r..^-^
v*ovr YC¿¡rur uustrrvaclores reonocleron la existencia de un elemento mucho antes de que fueraaislado, p.e'; la sílice fue probablemente pr";u;;;'."-isj'i ;;;;';;'.,]i^n";" imn,,re n^r ^qrr
l8l 1 como una sustancia impura por Gay
Junto a los elernentos conocidos en la antigiuedad, otros fueron conocidos en la Edad Mcdia. Enesos tietnpos los sulluros de arsénico,.orofin',.nrc'y rejalgar, fueron llo,na¿os ..Arsénico,.; y esteelemento como tal fue probablemente aislaáo por A16;; Mugnu, ( I 193-12g0), quien lo obtuvo porcalentamiento con jabón. El antimonio también fue conociJo poi los antiguos y f,¡re usado paraefectos de cosmetólogía, aunque es posibbc que el elemento fuera usado como metal. GeorgiosAgrícola (1494 - 1555) se familiarizó con el antimonio metálico y su uso. El bismuto metálicoestuvo en uso por lo lnenos en 1840, To<los cstos clementos junto aiazufre y oro, juegan.un papelrmportante en Ia literatura de los alquimistas. - J ------
El fósforo fue descubierto en Hamburgo al rededor de 1670 por Hennig Brand, quien lo preparó a'-¡artir
de la oriria s,
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preparación de |a silice recien en I 824, pero nb fue sir¡o hasta 1854 que se preparó sílice cristalina yfue Deville su autor. :
,:ÍEl sistema periodico de los elementos, ,desarrotXado en 1868 pol."L9"lb"gr-".-A4"py."gf e
'ffi' fiÁffióÉu ",'i*6e, permitió a estefifrffi6ürei.óiit^r ññpi"áu¿"' ¿"
algunos elementos no desCubiertos y sus compuestos.
El de;ggk#Agnto de los elemento.s^Sadiactivos naturafles comenzó -en J8!8 nor P. Cr-trie v MarjaS*hdfffiüpttái q"ig --;;;;;esr¡artr ' '"'**
Posteriormente se encsntraron otros elementos artificiales, con números atómicos de 93 a 103. Esteperiodo en el descubrimiento de lss elementos,, se lo debe ala fisica nuclear. ,
los más abundantes, sino que aquellos facilmentc extra,idos. Los elernentos más abundantes fusrtondescubiertos durante y después d.el desanollo de la qulmica como ciencia. Es con este desarrollo que
debe cometuarlahistoria de la geoquímica enrel sentido modemo.
Un resumen del descubrimiento de ios elementos y sus autores se muestra en la tabla No 1.1
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t.4, rqsfigsm,nn",I¿a*s.H-oa.s,imrc¿ su p$rAn0jl(.v"rasD,E,DEs.aRR".8t*L*o '
Los primeros fulgores d0 las idoas geoquÍmiaas sc observaron sn Ia antiguedad y uno de loscientífisos con lss que se relacíona la prehi$toria de la geoquimica moderna fue AgkpJ.a (H.lEe!:e*,_-rl_4j#J555).
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rygglst(1779'1848) ¡elac*anó la rsisp;*lp$p con la gHffitoa de la q9fip"9tut"a,,rc",*re; p"lanteandoque la mineralogla es ia química ¿e ta riéilá, Ert* cióiiilfriq descubrió el Se, Ce,'T'h y Ta. Sine{0b+rso e!¡¡springv/9*"pe1"*b"ra.se'oquisripp fus#{*qm* oq#**:R_X pg;{,R-,$h-ehdn 07ss-1868).
. "'*"* -*--.-*-*' *
F.I *lry*ente gracias a Bi#t (1792-1859) que la_qU*íUrisa fue inrroducida. a,la eeolqgía en suliP-ro
"4lgneltp*pl9rcSgilglg."ptty*lpg]"9**ro" (ve-ñi6ñlngleia del original alernán) en i tomrispublicados entre 1 854 y 1 859"Este ariiói-"üñun neptunista, porque trataba de;-xplicar todo¡ losp..gbl-",Jgps por la*inf'luenaia-deLagup a.b'"3;a tepgqg5glu¡a en los fe¡ómeoseeolégicól,v fu. et pii*ároen considerar la infl,.ug¡c¡a de gq.g?nj.qrnos vivos óiijd'¿istribucién de los elemgn¡os.
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Por otra parte, la ggssuíqi.ca de los productos volcánicos fue promovida por Elie de Beaumont(1798-1874), fiien enfati en los-sró;rq* á" altps tempgr.?1,Kas báj[,f u infl uéñóiá'"ilü]:tr.#ñFn ry libto'Ndffilc"+.q*ttens-yg!.s3.pJqp"s .st vr"tuiii?!:el;;l ta+z¡, trata de la abundancia delos glgmentos en diferente.s rocas de la cnrteze teneqtrc v en lnc mefpnrifnclos elementos iñtiferentes rocás'de la cortiza'ten'éstre y en los meteoritos.
En 1834-1907 prj-Megggleiev 1o sólo descubrió el sistema periódico de los elementos, sobre el
cual dsscansa el fundamento de la geoquírniba, sino tambiér se ocupó de investigacioÁes sobreisomorfismo, la geoquÍmica de los minéralei silicatados, de los proüI.*., sobre la génesis delpetróleo y de otros qué guardan relación con lajgeoqufmica.
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FACULTAD pE TNGENTERTA GEor.óGrcA=SWWtgl¡WUl. "trt
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{k$i3f\ (847-1931) en ru tonu*cntal monogafia l),u1u of (iet)cltctntstt.¡ (1908) ofreció losprimeros datos sobre los cálculos de lá composición química pmrncdio de la coricza tcircstrc 1, l¡sprimeros datos sobre la geoquímica cuantitativa.
En la década de 1850 continuaba la disputa entre neptunistas y plutonistas y fue la época en que seintrodujo el estudio microscópico de scccioncs deigadas y
-esiimularon óstudios petrográficos y
teoilas.
Los fundadores de la.geo"q3rimica modwa son los científicos rusos V.!.Jemads$ y A,.E._Fersman,.wcon¡untamente con el norteamericano I9 9-lart, y el noruego V#,,.9*|'¡'.|11i1i¿¡ y fue denóminadaen ese enlqn-a€s.la cig^irgia del siglo f,X. Ásimismo en esta froóá'-áíiáüii gtund.t aportes a lageoquímica los siguientes: I. lgql (1858-1932), [_L-,..B:wgn y p Niggli lraz:-te+s), quienesgeoquimtca los siguientes: I. {ggt (1858-1932), HL. B-oygn y f. Niggli (1S73-19dieron grandes aportes en el effidio de los proceiosEáóóúirñ.os áe la conéa terrestre.
Vl Vepadski (1863-1945) fue un prorundo pensadory naturalista. Él publicó nuevos datos sobrelas series isomórficas de los elementos químicos en dependencia de la génesis de los minerales;estudió la historia de los minerales en la corteza terrestré, su génesis y asóciaciones paragenéticas,investigó la distribución del cesio, el rubidio, el bismuto, el éscandió, el indio y otios Jementos.Este científico propuso una detallada clasificación g.oquírica de las águas naturaies-y áiiu J. lo,elementos químicos; e; fundador de.u,ng.-11l-g.va cieniia ilu biog.oquímiJa) y uno á. r"r *i.iu¿o..,de la radiggqglogia
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1.!=,fgiltun (1883-1945) es autor de varios libros sobre geoquímica, métodos geoquímicos debusqueda y sobre las pegmatitas. Estc cicntífico realizó muchos trabajos relacionados con losprocesos géoquímicos y el isomorflsmo, introdujo en la cíehcia el concepio de constante energéticade Ios ioncs. ( 1935). Por otro laclo Fcrsm an realizó numerosos traüajos rclacionados con lageoquímica de varias regiones cle la antigua URSS (de gcoquímica regionál); también trabajó en elestudio de la composicíón quírnica de la 'fierru y d" li corteza terrestre, de la distribución de losc.lcmcntos c1uímicos.y cn Ia geoquímica clc difcrcn-tcs elenrcntos. En 1930 Fcrsnran lundó cl Institutode Geoquímica de la Academia <lc cicncias de la Ur{SS; reati$ i";;;;;j;;;;;;;;;r¡nlju, urdcscubrimiento y asimilación d,e yacinricntos mineralcs en io p"nífsula dc liola.
v-lvl'*Gd.d;hrudt fue contemporáneo y amigo de Fersman. Este científico noruego fue el primero en
f:l:rfTar tTptIlnTH'Ig$. las-dimensiones de los átomos y los iones, esrablecien¿o'slbre'óstabase las regularidádeslbquirnical del isómorfismo; también iue el prir*ro en aplicar Ia regla de
. las fases para explicar las paragénesis de los minerales. Por otro lado enuncio y demostro üna reglade uno de los clásicos fonomenos d9 la geoquÍmi"a que ;r-i; ái"aór¡", que explicaba lasdistribuciones de una gran cantidad de elements áinoritarios o trazas en la natu raleza.
tt ^ogl-{',X+-19.:
.l-19i !-? )? clasificación geoquírnica que divide a tos elementos químiro, .n 'l
rrl9trlos' c.alcó/ilo's, sid-e-Lófiips y otros, así como la teoría de la distribución de los elementos ennuestro planeta por capas (geosf'era$. En los años lg30-1g34, siendo."ñ;;;;;;'ó;;i"g""(Alemania) trabajó en las deierminaciones espechogeoquimicas cuantitativas del Be, B, Se, Ga, As,Sc,Rb,os,Ge,ylosplatinoidesenlosminerat..yá'*dediferentesorígenes.
IPlo W' CJal\e (1847-1931), public6 en 1908 su famoso libro ,"The Data of Geohernistry,,, que esun lratado crítiqo de análisis de r"ocas y.minerales por el eváluador foru explicar los procesosquímicós que ocuren en la corteza de laiiena. La quinta edición de este libro come nzó aapareceren 1962, con M. Fleicher como editor en partes. 4
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El famoso fisico-qúímico J,.-Ya-r¡-Jl. Of. acotó que la di$ll1b1}pJ-cp de ios qlgmentos en la cortezae$Lb-q tegulad.4 pp1.la fisico-química. Junto a otros investigadores, en Berlín comenzó a estudiar losprooesos por los cuales se formaban los depósitos de sal.
El estudio sistemátieo experimental de la fisico-química de las
fundaeién del laboratorio Gcofisioo de la Camegie Institutionprimeros resultados de estas investigaciones fueron resumidas"Evolution of Igneous Rocks" editado e 1928.',,
rooas lgneas, comenzó con laen Washingon en i 902, Lospor N. L. Bowen en su libro
Posteriormente, sn los unnbrales de'este siglo qurge une rama,nu€."Va de la geoquímica que es lA.fisipaqp"g"lg#f, luego de que Eequrel y Soddy deteot&ron la radiaoion del uranio en 1S96 y 1910, En 1913Thómpson y en 1919 Aston demost*aron la existencia de isótopos; aunque'antes en 1907 Boltwoodusó la relación Pb/u de los mineralbs para estimar su edad.
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En l9üHo!.¡nes, agtor del clásico tratado de "Qgol-qgía."8ísica" , hizola primera sugerencia acercadet uso- de iséTbpos'ffitables en [psiproblernur:g.oi6gi;].brti*O que las posibles váriaciones en laconstitución isotópica del calcio podria ser usada en lá investigación petrogenica. Ese mismo añoUrey descubrio el,deuterio, y posteriormente en el aflo 1947 demostro la viavilidad de usar lasproporciones de 016/0 18 para áeterminar paleotemperaturas.
Por ejemplo en Boliyja los investigadores Co¡dani en 1967 y Roberlqpn en 1974 usaron el métodoradiométrico IlAr parala dp*edgJ] de ro*c.as"ililplut9n Quimsá Cry+V SSnta Vera Cruz enTáp?teejl]ilidün
septentríonal de la Cordillera Oriental. Posteriormente én 1979 los investigadores G*rant, Éa[s,$-u:tl.y Snei,knggn resumieron lasrdataciones'radioemétricas'p[i.r método KlA, purul*'c"r,i.ulvMeridional del cinturón estañífero boliviano. i' ': -
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li,Pllllgslesjjlgggnes de dps.a:rp-Uo g" ]á geogylmica moderna s,o-n: los méto{p-5*sp,ps-uimioos
|üÚ¡Uu.eda, parti-Culáimente pará los yacimienios que no aflbran a la superficie; el esclareeimienrototal de la seoauímica de los diferelttas e.lementos; los cálculos termodinámicos de tos procesos- .*_,".,:..,-,.'eeag!0r$os;'"el étTüt'ió-Ee-ü?J"'iüá'¿" tós procésos s"ú;ü's;r'-;;;ñi;o d"i"rlro,"ñá;ü;geoquímica v la aeoquírnica de las transformaciofés
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de transfe.en.ia, las*--s;d!4@"!,.'.- '
coñdrdioñes de coñóéffiói6ñ;'?iipersién''de'jéí*óiéniéñió, qffiffiT;1ffi;;ffiü, r"conservación del medio y los problemas de Ia geoquímica regional. ' &-s-"!il'+J*--
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1.s. nnÉronos DE, rNvESTrcACróN croeuÍMrcAr'a maYor parte de los datos antig4¡¡s,.{ue.ron obtenidos por análisis químico húmedg. Sin embargoq4rd'Jf.,3r'.-"ür,'¡
eomienzos de este siglo se han desarollado nuevos metoios y más exactos de-arlj¡rñ ;;;;.-T;; q""se tiene. espggoggqi?-É4i-.-u, activación neutronica (chíspa, ur;;, ll;;r, inclusive absorciónatomica), esffióiiñfiiétiAd.9 +áy":-X, espectiometria áe mas?-g^y análisis por microsonda. r.:*
A diferencia de las ciencias puras (matemátipa, física, química, etc.), que poseen métodos muyespecíftcos de investigacién, lg-,gqgqoimica én sus-jsllesric*ipásL.;á'pp,g.y-j *"mpr¡3[r"t. "n.r.p,rq$todos'€e inrrestis*oíén sseJ"Sigj$|;Fa1ogi"ñffii,qggp:, s
?:.J9t_fitodos de la física, la geos*l#rrca^ufiliza ampliamente el análisis.e-specrral, los análisis der-ay-Q$ X, la microscopía electróniCa,-Ia raoióméiria, ^el análirir iroiopil,lu^ érp*rirofotomeiria ymuchos otros métodos más. -: ' : "iiÍ:'YiY"''YY""'lfiY'v: '--",,,".....-....-..
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Dentro do los métodos específrcós de la búsqueda geoquímica es necesario tener muy en cuenta la-'rnetalometria que permite revelar y contornear las aureolas de la dispersión de los elementos que se
desarrollan alrededor de los yacimientos, entre otros métodos litogeoquímicos, además de loshidrogeoquímicos, atmogeoquímicos, biogeoquímicos, etc.
Las investigacsS:s gggqujmicas frjan su ategg!ón en el esludio de los siguientes aspectos:zonalidad'gtió.qu^i#.iqa y q¡-pera-!,ggü", p3.ugJn'esis de minerales formados a partir de sistemas'rl I
físico-químicos de varios.cornp.onentcr, ¡qsItgngias. de.cristaiiza,ción cle ioq minerales, _l_4sglt!1gción metasom ática de unoi mineratesffi otros, etc.
Además de los métodos comunes de investigación de la quírnica (incluyendo la polar ografra, lafotocolorim elna y otros), tienen una gran importancia en lá resolución dé problemas geoluimifoslos métodos de deteminacíón del pH v 4gLF.¡. Que tienen importancia partióulannenre én ei estudio
Dentro de los métodos térmicos de investigación, además de l?-,termografia, a partir de la cual sep.g.ede obtener tp Cu, ü'üi
"oob-isüárepj-ó¡", iá'tgpperarq¡a qflp"g".iüo{r i,".Iás carbo,natos y losP.yntof..d9-fr.a.nsfsrmacién, en lóI úliñ"; ii;*p¡r han alcanzado grán difusión las invesrigacionessobié"ia temperatura de homogenización de ias inclusiones líquldo-gaseosas, la temperatura dedecrepitación, etc.
I.6. Uliltlyll]*o*Nus¿91
La gegquímica es lna {.s:9ldl$.¡.HX.{-i.dr de las ciencias de la tierr¿ y la palabra geoquimica deriva*l grur s:o' : tie¡'raf?iltoó¡ó¡i,ñ o. ra cornpilición químiu Jár ;üil;;r,* s;;;;;;;existcñ-muchas clefiiiici.ncs
-iñ-'iiuiiñtos tanazoJos por ";;;i;*rri!ia;t;";,'.nñ. t;; ;;t., ,.
tiene:
clarke lr'w. ( 1847 -1931) dice "cjd¿"-r.o"a pu-ede considerarse como un sietma químico, en roscuales pucden ocurrir. c-,:]r,bi..9.s"",quí.mico9 motivados po, áittint.q. q.il$a;. Lut'iuru,t'¿é*-'i6-,geoquimicgq-g;dgermrna.r qye cambios son posibler, ,o*o v rro"¿áG''Éilsentan, qu. r.no*.n'olos_acompañan y cual resultado ñnal"
'*.%
G,9ld-schrnidt v. M. (i888 -1947) Plantca como tareas principales de la geoquimica los siguientesaspCctos:
l.- Determin4.r la.frecuencia de elementos y átomos en la tierra
leyes que determinan Ia frecuencia y la distribución de elementos en la
E;!u'di'o de la distribución y migración de elementos químicos en la esf'eras seoquímicas de llt':ftu, es decir en minerales y rócas de la litosferu y.n productoi ffi;til;;;¿]ru;,n"¡"",ü".-Descubrimie¡to decorleza terrestre.
\grngdgkrj V. L (1863-1945) manisfrgstg..La geoquímica inves-tiga óientific4¡r1.q¡rJp_.J.s$_.elemg[*g¿qu-imi.eos' es desir, los atomos de la Cortéfu terre-stie y en lo posiñie de todo_gl-pi;;á"-il"di" ,,historia, su distribu_qión y su desplazamiento en él ti¿ú*,*_g*"dpjBari;,i---
Hg,,$m+9,.4,F. (1883-i945) "L3.-.ggo_ggí"¡gjga'estudia [g* historia de los._e]emen!9s_ggjmicos, los
átóiitos, é¡r la corteza tenestre y-iu comnórtamiento baio diferenks-ppndiciólijS terinodinárir'icas ye t- |rrslco - qulmrcas". ';
En la kqioJcpedjala siguientecambios ouím
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Resumiendo y en la actualidad se define de la siguiente manera "L&á9p,-qwími-ssxtos" gutvucos e
s::wise#|.que se
Pme!! 9I 5, Í " "9-lP qP q-d a.
t.7. q&agryLcsgl_qN Dp LA _-GJAAUÍSIICA,Y: SU BSI.SCION CON OTRAS RAMASDE LA GEOLOGIA
El proceso de la geoquímica, en lcs últimos 30*añog se debe en gran parte a que su aplicaciónpW Sl4 tn lg-busgusda de depóqltos min^e¡_1lés (pryqqppccifn gáoqui*i* a), yiqur u iiáu¿s ¿.una mcjor comprensión de los procesos geoqulniicos, es posiblé comprender mejor la acumulaciónde los elementos que pueden formar yacimientos, ya que se conoCen las leyós que regulan lasconcentración y dispersión de los elementos en las rocas de la corteza terrestre, puiu asi áncontrar r",
anomaliai de concentración de depósitos nlinerales que pueden tener valor eeonómico. Una ;
) AÑo oe DESCUBRIMIENTO Y PÉ$SUBICIPSRF$ ff}ffi [.ü$ ELEMENTCI$
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NUMEROATOMICO
NOMBRE SIMBOLO Al{o DESCUBRIDOR
1 Hidroqeno H 176,6 Cavendish2 Helio He 1 868 Janssen3 Litio Lí 1817 ArfWedson4 Berilío Be 1798 Vauquelín5 Boro Be 1808 Daw. Gav-Lussac v Thernard6 Carbono G Antiqüedad7 Nitróoeno N 1772 Dan Rutherford8 Oxíoeno o 1774 Priesthlev (Scheele, Fu¡blieado en 1777\o Fluor F 1886 Moissan10 Neon Ne 1898 Ramsav v Trávers11 Sodio Na 1807 Davy
iJll1.l)1
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t9-tu IÍUU E tacKLraw t aruo
t.) Aluminio AI 1827' Wohler14 Sllice Si 181 1 Gay Lussac y Thernard, 1824 Berzelius, 1854 Deville15 Fósforo P 1669 Brand16 Azufre S Antigüedad17 Cloro ct 1774 $cheele18 Aroon Ar 1 894 Ravleiqh v Ramsav19 Potasio l( 1807 Davv v Sir Humphrv20 Calcio Ca lBOB Davy y Sir Humphrv21 Escandio Sc 1879 Nilson,o Titanio Ti 1791 Gregor, Nominado por l(aproth en 1795'23 Vanadio V 1801 Del Río9A Cromo Cr 1797 Vauquelin26 Manganeso Mn 1774 Gahn¿81 Hiero Fe Antisúedad27 Cobalto Co 1 735 Brand28 Nfquel Ni 1751 Cronstedt2s Cobre Cu Antisüedadc^ Zinc Zn 1746 Marggraf31 Galio Ga 1 857 Lecog de Boisbaudrana.t Germanio Ge 1886 Winkler.)ú Arsénico As Antiqüedad34 $elenio Se 1817 Ber¿elius35 Bromo Br 1826 BalardJÓ Kryptono Kr 189e Ransay y Travers37 Rubidio Rb 1861 Bunsen y Kirchoff38 Estroncio S'r 1808 Davy39 Itrio Y 1843 Mosander40 Zirconio Zf 1789 K!gp!'ot, Berzelius 1824 -:¡41 Niobio Nb 1801 tlglqhelt, 1 864 Blomstrand42 Molibdeno Mo 1778 Scheele, 1782 Hjelm ---?
43 Tecnetio Tc 1937 leüql Y $egré I44 Rutenio Ru 1e'44 Klaus45 Rhodio Rh 1803/1804 Wollaston46" Paladio Pd 1803 Wollaston47 pidh' Ag Anti,süedad48 Cadmio cd 1817 Strohmever49 lndio ln 1863 Reich y Richter50 Estaño Sn Antiqüedad
Continuación de la tabla 1.1
NUMEROATOMTCO
NOMBRE S¡MBOLO ANO DESCUBRIDOR
51 Antimonio Sb Antioüedad Cavendish52 Teluro Te 1782 MullerV. Reichenstein, nominado por Klaproth 17gBE' Yodo I 1811 Courtois54 Xenon Xe 1 989 Ramsayf¡ Travers55 Cesio Cs 1860 Bunsen y Kirchoff56 Bario Ba 1808 Davy57 lantano La 1 839 Mosander5B Cerio Ce 1 803 Klaprot, Bezelius y Hisingerqo Praseodimio Pr 1 885 Auer V. Welsbach60 Beodimio Nd 1885 Auer V. Welsbach61 Prometeo Pm 1945 Marinsky, Glendenin y Coryell62 Samario Sm 1 879 Lgggg Og Boisbaudran()O EUrOpto tru 1 UVb uemarcay64 Gadolinio Gd 1 BBO Marignac65 Terbio Tb 1843 Mosander66 Dysprosio Dy 1886 Lecog de 9oisbaudran67 Holmio Ho 1 878 Delafontaine y soret, Cleve68 Erbio Er 1 843 Mosander69 Tulio Tm 1879 Cleve ; r
70 Yterbio Yb 1907 Urbain71 Lutecio Lu 1 907 Urbain72 Hafnio Hf 1923 Coster y von Heyesy73 Tantalio Ta 1 802 Ekeberg, Rose 1844, Marignac 1866
Scheele74 Tunosteno W 178175 Rhenio Re 1925 Nqddac!, Tacke y Bergt6 Osmio Os 1 803 Tennat
lridio lr 1 803 TennatU16ál1741 w"",17B Platino Pt 1 735
79 Oro Au Antigüedad80 Mercurio Hq Antiqüedad
CrookesB1 Talio Ta 1 86182 Plomo Pb Antiqüedad83 Bismuto Bi 17s3 Geoffroy (el Joven)B4 Polonio PO 1 892 M. Curie
.%
Corson, Ml=¿Keñz're v Seoré
Qorn, 1908 Ramsay y GrayPerey, Mille, MargueriteP. y M. CurieDebierne (Giesel, 1 902)
-
BezeliusHahn v MeitnerKlaorot
B5 Astato At 1 940B6 Radón Rn 1 90087 Francio Fr 1 939BB Radlo Ra 1 898B9 Actinio At 1 BB990 Thorio Ac 1 B2B91 Protactinio Pa 191892 Uranio U 1 78993 Neptunio No 1 940 McMillan v Abelson
E""l"rg,@Seaboro et al .lnmac f\/tnrnen ,, ñÑ^'l
94 Plutonio Pu 1 94895 Americio Am 1944g6 Curio em 1 g4d
Sejlborg, J6mas, Gh¡prso97 Berkelio BK 1 949 Thomson. Ghiorso v Sáa¡'Áñ9B Californio cf 1 950 Thomson, Str'eet, Cn¡oisolSéáoóñoo Einstenio Es 1952 Ghiorso y colaboradores
100 Fermio Fm 1 953 Gl-¡lqrso y colaboradores101 Mendelevio Mv 1 955 Ghiorso y colaboradoréstv¿103
Nobelto No 1 958 Ghiorso y colaboradoresLawrencio Lw 1 961 Ghiorso y colaboradores
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qgry,,p,sMpty TOS GaorQUIMI_c-os
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A,PITUIIO III
2.! tas*JRsLAerONnS*""DE IIOS*- E&EyJilNTO$ .QUn{ICOS .JNTRE Sr y, Lo-sPrcCESOS GEOQÜry{ICO.S.
La geoquímica esta relacionado con variás Liencias, entre ellas la quirnica qllg-illy,gsJigo e_.lpsel$$lq#s.g. "Ql*suai . es$f"flnldp ,cg#-o_ .u"na-$*usraa0ta- pgmp,p€sla
elementos de lista ?gl"{J*enpse*gg son puesros en existe""i"-pói;ri,ü;rr;;iü#'áá árru,partículas elementaies]*IffiñLs hasta hoy conocidos, muchos de los cuaies han sidosintéticamente preparados, se disponen en un ordenamiento que está en funció"áéf
"¡á*o uiO*iro,
número de electrones perifericos, número deicapas. sE[p-l-q gipp'g¡ción estructural del SistemaPeriódico, se conocen 8iódico' se conocen ,$";s#p'f. de-,glE*9i1t9$, ca4p- ufr-"d; "ios.;ü;ie¡ "stu "*¿pts¡*¿o-
Los elementos del grupO de los alcalinos térreos tienen por otra parte un comportamiento químicodiferente a los anterióres, pero en general
""lo;p;;cesos geoquímicor ti.ñ."-r;;;Hffi;;
semejante, p.e.; el. ca, Mg, són más abundantes en las rocas bálicas.
En resumen, e[p-0llloJta$j-.-!!o,Eg lglglgmpn{p¡ g!.lo$.pfoce;os geoquímicos eshds.ten:rainado.pprsgg;59"ge"d.ade-*AuÍH"g#_ qug-as*v.ez_q.q.penderO-é'ip.pel_iEi-o*,g.r,,he.jei"rl-rg en la Tabla periódica.
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2.2. CARÁCTER GEOQUIMICO DE LOS ELEMENTOS"-;-*-"-'"
I!,:::,":::ggp-!"if::o e¿1a a¡inldad'que tienen [os etementos de poder combinarse con otros(Kt*qlfltnnnos e@?e-n"tos t dstWs(!ryllrry:rtalmsnte !! lo ro,g¡¡grnrión electróniga ds..gutsqtomqs' por ello existe una estiüill'íEiiifón iin''ia ubícación7{lol etementos en Is,tsbtaperiódicn
Esta^afinidad geoquímica.ha sido, investigada por varios geoquimicos, entre ellos washingtoa-^r(1920), Goldschmi¿t (tlz:¡,4antpa¡rrri"tr rigl0|*izadeczky-Kardoss (1952), quienes tratxondt9I#',neJ..-.f.,ff..9,'Ttose¡},udséii.[a'act;';óq;ñ;/'v?'qvYwLry-r}4IL¿UüJ\-
-2'2' t' cjl'i* l* lp r. 9 " I"*9g" :t::*Si: :' : : l*::e Lgq g gy.T i" o
f^t"+Y!**n*,Solds¡ch5nidl.(1957)'quiT clasifica a los elementos en base a la afinidad geoquímica(caracter geoquimíco) y elaboro su hipótesis, ¡de acuerdo con la cual en sus inicios la Tierra seencontraba en estado.ftrndido y comparo.el proieso de diferenii"rior ¿. i"s elementos químicos enla Tierra con la fundición y diferenciación de lros metales de las menas.
La clasificación geoquímica de Goldshmidt se emplea ampliarnente en la geoquímica porque tomaen consideración la estructura de las envoltuiás qlqckónicas de los átomoTffimi fases'liquidas"-de lá Íbrr;ü;ión de un rñétai.-Sóu;.;-b,ü""r; á".rjos-¡s";l",l.ri: *-¿i;i;;n pue(e ser cjasjtjca*lpsUgW s-u afixidad Be g gqin isa en-los*si suj entes
W*Fonnanion.'^cgljglAdggJtqu9s,'en"'Fu,9'-?,p.?....9It'-'er.4qybajocietarscircunstanciasqqímic4q 4o s,9 !4cqqtq4¡1 fáq¡lqqtte disponibles para iñáüé con orros sl-Em,e-nlos ylc¡den aocurrir en estado nativo. En este grupo estan los eiemntos del grupo VIII B y vecinos
"íyu, "uputelectrónicas se encuentran incompletas. (Su potencial de ionizaóión es alto pI:7'eV). "1igg¡r la
afi1ldgd d" 'qprylblparse con el hierro y se eácuentgap,"gp--este.grupo el-FE,"Ni.=po, platinoidelli
Forman iones con 1-8__9"],,q,gllg*F.r en la capa más externa y pert_gge-g_9q lqp----------------- qubgrupos B,
iUS e!. Süilü."tiun .n este grupo"ei Cu, Zn, Ag, Hg, Pb, Sb, As, etc.; estos tienen'afinidad decombinarse con el Azufre.
Litofilos: Forman iones con 8 electrohes en la capa más externa y sus electrones de valencia están-ffi-málT3[o:1!]9s su Potencia[de ionización eS ba¡iPi:3 - 6 ev y trSnggX_%&43t",Mgir i¿li¿iicT el oxigeno como el caso de los silicatos. Se encuentran en este gffió ei-ffiff]<, óá, étc. "
Atruq7los-; So! .lg!]gggp-elppj5 -de |a arposfcra
,.Biofil.o.s: Son elemen[os esg_¡1cjal.es para 9¡.*g|3".b"S]lfmg _q.St]]"11
La tabla 2.I muestra un resumen de la clasificación de los elementos por su carácter geoqui.mico,
TABLA 2.1cLASlFlcAclÓN DE Los ELEMENToS [ijAttiln oe su cARÁcrER GEoeutMtco(Según Gotdschmidt)
* Calcófilo y litófilo en la corteza terrestre.+ Calcófilo en la cortezaterrestre.afinidad.
Litófilo en la corteza terrestre.Indica un segundo orden de preferencia en la
:k )k
o
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Fd.cu+T&p pE INqFMERI/| GqQ{^EIQ,:A : GEoOutMrQA c$tttiF¿LJit V-sA-jt
Algunos elementos muestran anrd¿a¿ por más de utu grupa de elernentos, esto puiede deb.erse, a
"rísu de que la distribución de un eleménto depende en cierta medida de la ternperatufa, presión y el
medio quírnico del sistema i
De la Tabla anterior también se puede señalar ios eler4gnpgfufglp*,¡ILe",fel,.F5,.pesados
"166"s" , como Pb, As, cd, ú, Zn, cr, Ñi, S.;;;;;or grado Fe, Mn, Sb,
cQgsn&ondenmay*rrlrpplpalosgplsófi l"a,s"ü-sider.ó$ las
Dado que los elementos Caleófilos se asocian preferentemente al azufre y los siderófilos con elhierro metálico, se tienen los depósitos o anomalías geoquímicas de minerales complejos.de Pb, Zn,
Ag muy asociado al azufre, formaqdo varios s,trlfuros.
considerados¡,+,¡frwfr,@
Co, Ag, etc.,
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2,3, DISTRIBUCION Y ABUITDANCIA *D8",,[LEM[NTOS EN LA CORTpUtu
La ínvestigación sabre la distribución de los elementas químicos en lu cortezü terrestre ha sídagrande y compteja por la enorme hetqrogeneidad de los materiales componente$ que
Breeisamente ss teree prinebul dg la geoqui,rnicu Se destgeun machas piorceros en el cümpo de Iadlstribu,ción y abwndancia de los elementos, entre ellos: Ülarke, Wasklngton, Vogt, Vernadsffij,Goltlschmidt, Fersman, Wnogradov y Taylor .
2.3.1. Composiciglg:ryfngg{io {e las r.oc.4s gT F carteza terrestre.\hw*-a¡a,ir!#"€-
De acuerdo a TrifimoL(1983) en la corteza terrestre participan las siguientes rocas:
Granitoides__-4+*1'...ég#
Gabros'$ffi. y d.unitasYr ': :
"H$ulllgt l
,*:g$P"t;tuCalizas'w+tnw;@t''
:*6&0 %: l9.A oA
= 8.0 o/o
4.00.750.25
%%%
El cálculo más reciente de la composición d.t lu corteza terréstre se debe a Ronov y Yaroshevsky, selo muestra en la Tabla 2.2. En los resultados obtenidos se han considerado solo los elementosmayoritarios.
13"
-' IttP' Eltlu's Puch C'
.TABLA^2,2
COMPOSICIÓN QUÍMICA MEDIA DE LA CORTIIZA TERR[,STI{.[(Segun Ronov y Yaroshevsky, 1969)
2'3.2. llirrÍP-ysign promedio cre los ergmgntqs 9¡r ra corteza terrestrc
En I 815 cl mineralogista inglés V. I'hillips intenLó determinar aproxirnadamente el contenido medioen la corteza terrestrc de los l0 elcmcntos químicos más abunciantes; su trabajo fue continuaOá'porlos l'ranccscs Eli dc lJcatron y A. Dobrc, pcro en gcneral cstas invcstigaciones no atrajeron mucho laatcnción de los cicntíflcos dcl siglo XIX, los óuales estaban enf:rascada, .n "l p.Ui..a á" f.dilerenciación de la naturalezay el estudio de la composición quírnica de sus partes (rocas, aguas,¡n inerales, etcétera).
El geoquimíco norteamericano F. Clark (1s47-1931) se ocupó, en forma sistemática, del problernade la determiriación de la composición media de la corteza terrestre y tomo los resultados másexactos de los análisis de 880 muestros rte rocas, Clark determinó tn l8s9 i"r ;;;i",riao, yconsideró que estas muestras de rocas constituían una representación de la envoltu;; rup;orJ. luT.ierra.hasf,a uná profundidad de l6 krn., que como r.*ltudo de los pro..ror;r"g¿;l;;fil;elevados hasta la superficie terrestre. A esta capa de rocas de 16 krn <je espesor Clark tu ¿.no¡niió-corteza terrestre sólída y trató de determinar su composición química p¡.o*Ldio.
Dentro de los límites de la corteza terrestre Clark incluye toda la hidrosfera y la atmósfera. Sinembargo, la masa de estas geosferas no es significativa en comparación con la masa de la cortezaterrestre. sólida,,por tal razón las cífras obtenidas por Claik reflejan en'lo fundamental lacomposición de esta última, en este sentido, los resultadós obtenidos portlark fu"ron-ü,rig"i.""r.
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El conceoto v/o valor clarke fue propuesto por Fersman en honor del fannosg y meritorio químrcotméiiCánUÍt.fV-. Ciarke f dicé "EI vhloi Cfarke de ui elemento signiflca Ia frebuencia o contenidc¡
D,romedio de un elementó auímico en la cr)rteza terrestre". Para elló s"e utilizá como medida tinitaria?t porcéntá¡e de mása (%)i el gramo tonelada (g/t), partes por millon (ppm) y partes por billón (ppU)
rucu¡.rAn pE INGWIENA GEOLÓGIC*.GEoOuiiilgGEM, -gs..-(H.""--"**-.^*, . .- nsfu r''4't's
2-3-2.1- Valor Clarke
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TABLA 2"3
VALORES CLARKE Y/O DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMEI{TOS MAS ABUI\IDANTES(segúnjClarke, 1889)
SilicioAluminio
Maenesio
Titanio
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soü L*:' t't¿'
ft?í frt,qrtjl¡tlAr É"f-
tj/ ,{{iii?;"ts
TOTALá: 99.39 %
Teniendo en cuenta los 40 años dedicados por Clark a la determínáción de la composición media dela corteza terrestre, A.E. Fersman propuso en:1923 el término de clark para determinar el qontenido.mcdio do los olementos químicos en la corteza tenestre, en la Tierra en su conjunto y también en losplanetas y otros objetos cósmicos.
Posteriormente el científico noruego l. Fojt comenzó a calcular los clarkes del cobre, zinc, estañ0,plomo, níquel, manganeso y otros elementos'pesados. Conociendo, por ejemplo, las relaciones delrnanganeso, del níquel y el cobalto con el hieno en ios diferentes minerales y rocas, y utilizando elcontenidomcdio del hieno calculado por Clárk, Fojt detErminó mediante reiálouloi minéralógicoslos contenidos medios de los elementos pesados.
2.4. FORJyI¿,S DE EXISTENCTA DE LOS ELEMENTOS
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La agrupación de dos o tres elementos quÍmicos es un fffinin4grtante en geoquímica, por ejemploen estudios del medio ambiente, en la búsqueda de rnenas donde se analiza el elemento guía y no elprincipal, pues el elemento guia tiene dispersión amplia, por ejemplo:)
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15 ;;i'¡-ril.i;,i '
.i.',. r;1*;"..,'. j : :.::.Ir.;;.ij t":lt..
Mo, elemento guía para CuAs, elemento guía para Au
' Hg, elemento guia para pbzn-Ag o diserninación de Au.
' Los elemenfos se encuentran en ia cortezaterrestre de la siguiente manera:
2.4.1. En forma cle minerales
Es la existenciaSegún Clark, ellu rig"i.1,.?d
de los elementoscontenido mineral
químicos en diferentes conbinaciones formando minerales.de la corteza terrestre hasta una profundidad de 16 Km, es
"-i!v, I
' Fe,ldespatos conforman el 59.5 % de todos los minerales.* o Silicatos 16.8 % con relación a los otros minerales. Cuarzo con l2 oA con relación a los otros minerales-i . Vtinp.iales de mena 3.g %con relación u Io, otr*,rrin.rot.,b(m,,ryt, ' Nl[u-t 9on 3-..E 7o con relación a los otros minerales
ryttrtti' ,,t.';,,r ,,;* ,{, itt lr, *üTtl..rrj* -- "
2.4.2. U "{gflnu dc no m[9mles
Es la existencia de un elemento en estdo de mezcla y desmezcla en los minerales de diferentecornposición. Dcntro csta fbrnra se encuentran los tifuirnt*, i,'É;, :
&'?#+¡:s qi'uan i rN *i ¿i r¿, c "* :, n;:*En componántes del ,"ino unfrnal y vpgetal '/
2.4.3. En forma dispcrsa'-l-',;;:;;¡t'-"---- -
_
Son elenrentos minoritarios que no llegan a lormar minerales propj"g.,$, sirlo se presentan en lasi:g:t tl'tt]togr4k**de otr-os mi¡erile;que musettun t*mqlaEa en sus radios ionicos oatomlcos' t'stos elementos constituyen las denominadas desmezclas dia{ócjcps"ó*"-l.q"n;""#Ios'ffilirntos Ge, Ga,.Rb, Cs, l, Cd, átc.
tiidimita (Beta) Cristobalita (Beta)<5730C >573 a 870'C >1410'c 17150C
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Se llama "Polímorfisne a tpd,g c*AMp.FlA gulmico qwe tepiendo,Ia mlsrnnformalu.cristalag*afiaa(química), jii,ggf,9ffiienniii en ta itiíü\riitü en .di8tri.Í.tfss,* islet&#rfi,*dfi*,9¡1p¡p]j*gtin hei,n' io n d i c i o' n e i'liflr e nt e s de,pw-rfuitue"-Cbffió'ejem¡iñ-ténemos al cuarzo "
)
Fusíon
J Hexagonal Romboédrico Cúbico
Por su parte la tridimita y la cristobalital tambien tienen sus transformaciones para bajastemperatwas de la siguiente manera:
l:t*Ti:i9l,,l*:iu gJ -9tro es reverf,ib*l? y se efectúa a tempelatura y presión def1nidry,.s9llama enáilciotropía
as&dr¡1uli.,sr*gr¡ilff; n.r! jrrilyr¿*r'
Si le t¡At¡sJpién es i"gyfHthl* qlle nq se efectuq a. temp.._e,¡aJqe y*.presión.detennjnadas, seuggmgglnpjn. Ejemfiffiaieasita--=.)pirita'" ':-a
En la siguiente tabln se tiene minerates que presentfln modiJicaciones polimórJicas,r:
".F
Hexagonal '
I
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TABLA 2.4MINIIRALES CON MODIIiICAIONES POLIMORI'ICAS
COMPOSICIONQuÍtvnc,t
MINBRAL SISTEMACRISTALINO
PESOESPECIFICO
si 02
Cuarzo alfaCuarzo Beta
TridimitaCristobalita
CoesitaStishovita
Cianita
TrigonalHexagonal
flexagonalCúbico
MonoclinicoTetragonalTnclinico
2.6s2.702.352.273.0 r4.283.6
..112l)r\-/5Andalucita
vr rv¡ ulltL/lv\,
Ortorombico).LJ3. 18
Ca CO3 CalcitaAragonita
TrigonalOrtorombico
2,7 |2.9s
ZnS EsfaleritaWurzita
CúbicoFlexagonal
4.14.0
TI02Rutilo
AnatasaBrokita
TetragonalTetragonal
Ortorombico
4.233.9
4.14C Diamante
GráfitoCúbico
Hexagonal3.53.2
S Azufrc AlfaAzufre Beta
OrtorombicoMonoclinico
2.0I
2.s.2. rgqyoR{1^S_Ma
E[ término i's'omor"fi't,tr',r fue intrclducido por Mitscherlich en 1819, entendiéndose por isomor/ísmo Iaexistencia de dos o mtis substancíos ninerales que tenien¿r-¿ii"r,iit-)'rrt"t¡vrmertte attálogosclll9letttes auíyi1o.s:. pii!éñ'iésregs.rse ett estructurns cristalitms semejantes o iguales,foimu-rtdo cristutes.".M?: á a3sryeitqi,_Aquíj*.s;;;p;r ;*p;;;;t.""o ,oro er tamaño de"óilda11ómo párticipantá;--;i;é "''fun¿améñialmenté l-a
'semejanza de las redes eqtr¡rcturales' ( i.\' o es I r u c I u ru I e s ).
I'os compuestos con estructuras semejantes que fonnan-una serie completa o parcial de cristalesmixtos, se dicen que son isomorfos (Alton - Mattox, 1963) ----r---
:,:*
según el grado de semejanza de las estructuras cristalinas, se puede distinguir desmezclas isotipos,homotípos y heterotipos. Estas desmezcl¿s, algunos autores tainbién denominan como seriesisomórficas. Como ejemplos se tiene: vv'¡rv o\
.
18*
FACULTAD DE ING:EI!!!5RLA GUULUUIí;A ' ttoWurytt .a u$ftt\nnL v!'+t qtr,=-
l:
a) Grupo del Olivino
Olivino (Fe, Mg/SiOaFeSiO¿ (FaYalita)
MgSiO+ (Forsterita)
b) qÍ*n.q-9.-.q. ll. XPttrl.#*P-
FeWO¿ (Ferberita)Wolframita (Fe,Ivf4) WO+
c) Q¡s¡gil*e-*:*feJgmpaf'os ,
.,1
Los fsldespatos son minerales tipicos de estas desmezclaso tomando en cuenta porcentajes de
Son minerales de diferente composición quimica, las mismas cristalizan en una misma red cristalinaEjemplo:
NaCl PbS MsO\I/Cubico
SnO2--------.
2,5.4. DIADOCIA.
"La rliarlocía de un elemento ( atomo, íon o me:lecula) es Ia sustítucíón o reemBlazamíento porotro elemetúo cuattdo tiettert ri¿¡o, o c(rrgas (tglerygia) sonrcjarrtes o apro-rintatla)ztente iguales,,.
La diadocia es denorninado tambión reemplazamiento isomorfico, significa altcrar lcs componentcsquímicos (elementos)de un mineral sin considerar la isotipia de las estructuras cristalinas (Strunz,l9ól) En un principio se atribuyó la sustitución dc un elemento por otro co¡r.o,consecuencia dc lasrelaciones de soluciones sólidas entre minerales que tenían estructuras cristalinas semejantes, porcxistir cícrto paralclismo cntrc isomorflsmo y solución sólida; sin crntrargo, isomorf,jsino y soluciónsólida son conceptos distintos que no deben conlundirse. Según Rosler la diaclocía es cottsideroda
. conto uno de losfuctores de núgración geoquinúca nuís importantes
En la sustitución diadócica, el tdmáño cle los átomos o de los iones es el factor decisivo, pero no esimprescindible que los iones quc sc sustituycn entrc si tengan la misma carga o valencia. '
El fenómeno de sustitución es común y lrecuente en todos los minerales que ocurren en la cortezaterrestre, particulannente entre Ios denominados elementos trazas.
La diadocia queda demostiada en que los minerales fuera de los principales elementos componentes --que figuran en la formula mineralógica, aparecen otros elementoi.n piopor.iones mucho rr.,ror., o--^'en forma de trazas (< 1 %) que norrnalmente no se lo escribe en la formula, Sin embargo, cuando scdesea escribir las fórmulas mineralógicas considerando las sustituciones diadócícas, se recomiendaescribir estos entre paréntesis redondo en orden decreciente de su frecuencia separados por comas dela siguiente manera:.
. Galena argéntifera (pb, Ag)S
. Esfaleritae Casiterita
(Zn,Fe, Cd, In, Ga, Ge.........)S(Sn, W, Nb, Ta ... . .. .)S
:}d
20
' ^vvL;^'i_uL tt\stprtrnrvlt \tEttt-tr\tt<;A - T EUVUIMICA GENERAtr GLG 42-I IEg. Ella* pu€h C.
En los procesos de sustitución diadocica, se reconocencaracaterísticas que son:
].s a t.D ia do cia ir,g_y-*Jsof*
dos formas que tiene sus propias
a) Captu ra r: Cuan.4g g!.g|qnl.gnlo, (t¡a4) quc tigne ma¡9¡ ¡ralcncía, se deja capturar por otroclemento princifalde r.no, valcncla.
." - - '-'--] "
' Qu9 consiste en la sustitución entre elementos que tienen ígual carga eléctrica (iguat valencia) y'' radios iónicos similares, estos se sustituyen facilmente y se'presentan conl*uyoi ñecuencia. nn ialiteratura alemana la díadocia isovalente se utiliza el"térniino.u-unar (Tarnung) son los máscomunes. Ejemplos
M;ll i:l il:; il :l :iiliil o magne'Íi'fa
i,?, ;;; ;i¡, ;; ;i circón
-
F.]l por Sb*3 en la tetraedrita
ffi:i ffi +i; H[::lil:,"Mn*] por AI*1 en la galaxitaMg- bor Cu*.| en laánqueritaCo*3 por As*3 en la rotlliturgli por Sb*r en la estiloropitaZ,n*z por Al*2 en la dietrichlta
consiste cuando la sustitución sé realiza entre elementos que poseen dtfugrusg-algas o. valencins,pey-#dia,s ió.¡1icgs-simllg¡e;, utilizándose el también los términos de iffiuru. v adtillii.
As-3
As'3Ti*3Al*3Ca*2
Be*2As-3
sb-3
Al*3
- Mg'*Ce3*
-- Ti4*K*K*)f/_t
captura al Cu*2captura al Ag*tcaptura al Mn*5captura al Mnn5captura al Fe*3
captura al Fe*3
cErpfurá al Co+captura al Ag*'captura al Mn6captura al Y3*captura al Th4*captura al Nb5*captura al Sr2*captura al Ba2*
en la tetraedrita l
en la tenantitaen la senaitaen la galaxitaen la anqueritaen la danalitaen la roselitáen la estilotipitaen la dietrichitaen la fluoritaen la monacitaen minerales de titanioen los feldespatosen los feldespatos
"w k!.q .' ,
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21"
FAC ur.TAp p E TNGENT ERIA GEOr-óCrcA - G\OouiMr(4 {}gj!iFn¿I_.sLG_4A¡:-)
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b)""$d**kt CWl4p un,glgmgnto (1raza) ci,r menor valencia reernptraza o admite otroéTeffifro brincipal que tiene mayorvaiencia "
Mg'*02-B-2
Scn'Cu*2
!1LTI
Ag*'pj'Mg*'Ba*2
admite aladmite al
,.adr,¡rig-q a1
admite aladmite aladmite aladmite aladmite aladmite aladmite al
Li* en las salesF.Si+4 en los silicatosMg- en el olivinoaSb*s en la tet¡aedritaAs+3 en latenantitaAs*' en la tenantitaTi+4 en la senaitaAI*3 en la ealaxitaAl*3 en la 6aritina
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Fe*r admite alCf admite alNa*r admite al
2.5.4.3, Reglas de la didocia-%**,,,...,,..
-._
En Ia diadocia existen algunas reglas o condiciones que deben eumplirse para:eue ocurra estefenomeno que gfue propuesta por Goldschmi{t (rg37) qré di"",
La diferencia de los radios ionicos no deben ser mayor a 15 %o
De dos- iones -.que llgn"en igual valencia pero diferentes radios, el ión de menor radio esgeneralmente el preferido en ser incluido en Ia red del mineral.
De f-os iones que tienerr-radigs ¡emejantes pero diferentes cargas, el ión con mayor valenciaes.géneraImenté'el,fréféiicIópuiu,"iin"luidoenláred¿elmiíérát.
Finalmente se debe manifestar que el comportamiento del intereambio diadócico de los Qlementosdepende o esta estrechamente ligado a la temperatura y presión de formación de losminerales.
.
2.5.5. POTtrNCIAL ToNICo. I
Pb+4 en la hubneritaAl*3 en la calcitaBa*2 en la nefelina
Es. una relación "¡lug . les. rlta efXtrgl !a carga de
r$ lpgrtancia eti "É'párté superfi cial je 1a. strr¿za
un elemento (z) con su radio iónico (r), tieneen médios acuosos o líquidos, contróiá el
comportamiento de los elementos en medlffi dado por Ia siguiente relación: -:&
PI=
z: Carga (valencia)donde:r: Radio ionico
)1
1,i\ll3
t nvvt)tnu ub rtrvDr14L)uA v!{/!vu¡L/r - vtltvvtlvttl¿l ¡Jnlv¿;,II^¿tL \tL,tr qÉJt
Según está relación los elementos pueden manifestar su capacidad de presentarse en estado desoluoión 0 &0'u0sa y prccipitarss, s^t deeir el PI .tier¡ld imparÍgr¿eía cya {as salwetsm€$ f¿ctds,sg.s yconslguientem¿nte-eri los procesosr;d.e- sedimentación. : r
La importancia del potencial ionico fue planteada en principio por Goldschmidt quien demostro larelaoión oxistente entre el PI y el oomportamiento de los elemontos con resp€cto al agua, edemasproporciono una clasificación de los elementos según su capacidad para *urrt.o.... ei solución opara precipitarse en soluciones previstas dei,,ión OH, ordeno en en tres grupos que presentan lassiguientes propiedades: ; I
TABLA 2.5PR,OPMDADBS DE I,OS ELEMENTOS SIGÚU NI POTENCTAL IONICO
(Propuesto, por Goldschmidt)
I .,Iiii
(ta
('\
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(l
t!
t"
2.5.6.Energía reticular (U).,.I iiirr!,:i
I
Ill
De manera general, t¡ulq* :qIicHr-?I ru) qe-yn cristal es el trabajo necsa¡io pa¡a poder separar lared-cristalina de- una molecula grámo de sffitánC'iá en sus purtÉs'corrstitüyentes y ti"vuf',il:üriu
coiab."{ü-energla áustivi¿a cuunáó"itu molbcula $amo de cristal es dispersada en sus ioñósconstituyentes' según saukov la nergia reticular es coisiderada como una conitante imponánie en lageoquímica :
l
t1 9-ry191?
reticutar depende del equilibrio producido por:
a) Las fuerzas electrostáticas entre iones de cargas opuestas (Atracción)b) Las f'erzas repulsivas intermotecutares, i;; ;d;;-d;#;;ñ; rápidamente con ladistancia (repulsión)
+..' :'',;,
GRUPO IrPr < 3)
GRUPO U(Pf:3-10)
GRUPO MlPr > 10)
- Son elemontof'que fienen no masde dos eargas positivas y radiosi onicos relativamente grandes.- Durante las reacciones químicasceden elechones.- Son formadores de bases- Son solubles en pH nonnal- Fonnan soluciones propias- Los elementos que se encugntranen este grypo son: alcalirros (N4K), alcalinos toneos (Ca, Sr, 84Fe2', Mn2', cu2*, zn2*)- Los elementos alcalinos sonf¿u;ihnente solubles en formá decloruros, sulfatos y carbonatos
r Estos elementos tienen cargasque varian eirte 3 hasta 5 y radioionico mediano- Varios elementos de este gruposon anfoteros.- Se hidrolizair facilmente- Forman oxidos e hidroxidosinsolubles- Son solubles bajo determinadascondicones yá sea en pH altos obajos.- Se enpuentran en este grupo loselementos: Mg, Al, Fe3', Ti, Si,Mn*', Sr, Be, Ba.
- lns elementólT[caraoterizan portener radio ionico pequefio, peroaarga relativamente grande qelvada.- Durante las redcciones químicastoman electrones .
- Son formadores de ácidos.- Con el oxigeno fonnan cmplejosanionicos (radicales).- Los complejos son mu solubles- En este grupo se tiene a loscomplejos sslubles como: COt-,so2-, PO2-, No2-, etc.- Los elementos que se encueiltranen este grupo soll: B, Si, C, P, N, S- Son f¡ecuenternente polarizablespor llevar Pl elevado
^Las fuerzas atractivas y repulsivas se hallan en equilibrio con mínima energíá potencial. siendo susuma igual a la nergía reticular del cristal.
La energía reticular de un cristal es tanto mayor cuanto más grande la bnergía necesaria para separarel cristal en sus iones constituyentes-
La energía reticular guarda relación y dependencia con las siguientes propiedades de loscristalográficas (segun Doerffel, 1956) que son:
. Punto de fusión
. Solubilidad
. Durezá
. Sucesron de segregaqrón mlneral (Paragénesis)o Relacionesisornórfrcas
2.5.6.1. Célcg[o de U (solo para compuetos binarios)
siendo u el trabajo necesario para poder separar la red cristalina deconstituyentes, entnces se debe partir de la siguiente relació¡r
AB-------- ) A + BNaCl Na + Cl
.':cAI-l= ¿--lf lno.,'í.Entonccs AI-l = +- U (nergía reticular)
a) Energía reticular scgún Born - Lande
Para cálculos más precisos y científicos U puede determinarse a partir de las propiedades de losiones y la deducción de la energía rcticular está dada por la siguiente ecuación:
A*N * Zc*Za*EotI-u - -------- ---- (l - l/n)
r
Donde:.:
A : Constante de Madeling, caracteristico para cada tipo de estructura cristalinaN : Número de Avogadro (Número de moleculas /mor:, 6.0227-r- 0.01 1)*1023 Mol
.Zc,Za:Cargadelosiónes,(cationesyaniones)Eo : Carga Eléctrica unitaria:4,803 * l0-'0 (cgs)r: Distancia mas corta entre los iónes (catión | ánión), es una constante reticularn = Factor de repulsión nuclear (F'actor de Born).
!t
un compuesto en sus partes
-:+
'l
2.4
-t
'i
),i
)
)
l
')
)
)
l
)Donde:
i ) n: Nrimern innico
,?ttL-Qre--$!-**.
b) !a e¡1grgía reticular según la formula de Kapustinsky
f*o Flía< Furh ('
'f
En la fórmula de Kapustinsky se elimina lala carga eléctrioa unÍtaria y el calculo demediante la siguiente relación:
constante de Madelung, elU se realiza transformado
numero de.dbogador ya un sistema calórico,
n*zrzuIj: _ 297,2 ___:____:___-'(1_ 0,345/r"+ru)
R +,r":
j -'ll:i,'
4, zu: Carga (valencia)-del catibn y aniónro, ra: Radio ionico del catión y:anión
c) Cálculo de Ia energía reticular aplicando los coeficientes energeticos
Para obtener la energía reticular de, cationes y aniones aplicando las constantes decoeficientes energeticoi se tiene la siguiente realaóión:
U - - 25611( rn*Bk catión * n*Ek anión)
Donde: .
m : corresponde al catión del mineral en cuestiónn : corrosponde al anión del mincral en cuestiónEk - constante de coeficiente energético para eada elemento
:
2,5,6,2" Aplicación de Ia energía reticular '
j
l
I
fl
I
l
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I
l
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l
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¡
)
Una aplicación práctica de energíA reticular i
dlrrante la diferenciació_n,"m?.gn,álig.g, y l¿rltr i dro terrnal es (S erie dé"iil;";j ;-;; ü; cual es'
-Valores negativos altos-Minerales con alto punto de fusión-Baja solubilidad
9opo ejemplo de aplicación de la energíafusiones magmáticas (Serie de Bowen)
se aprecia, en el procgso de la segregación rninel4Jformación de mineralcs a partir de solucionesse plantea el siguiente esquema:
i Estos dos parámetros so-L los que controlan la migración, dispersión, concentración.de los elementos.'' 'e¡ las partes superficiales de la corteza te¡-I^estre como también en zonas mineralizadas.
El potencial redox es un paráme'tro relacionado con el Ph de los elementos para los estudios demovilidád y de dispersión de los elementos químicos durante la meteorización, con la presencia delag-g?_donde el elemento es oxidado o reducido. Algunos elementos o especies químicas permanecenestables y más móviles o'niéiiós móviles, jéL'un la condición reductiva - oxidante del ambiente. Elpotencial Redox se rnide por la tensión en voltios generado por un par oxidante reductor
El potencial Redox es una medida de energía necesaria para la oxidación de un elemento y se midetomando como termino de comparación la energía necesaria para oxidar el atomo de H a la seasigna el valor de 0,00 v. Todo elemento con mayor potencial de oxidación que el H, tendrápotencial de oxidación superior a cero lo que significa que colocado en un sistema junto alhidrógeno tiende a oxidarse, quitándole electrones, proceso durante el cual el elemento se reduce.
E-l pFl. es la concentración de iones dequ-e varia de l- l4
FI quq_lndica la acidez o basisidad de una solución liquída y
Por ejemplo: (
El Fer* es móvil y estable- en condiciones reductoras, pero reacciona con facilidad en mediosoxidantes, para foÁar el Fel* que precipita en uguu.orno Fe (oH)¡ con un ph >3.
Ph y Eh, destaca que el potencial rédox de una reacción,La estrecha relación entre elaumentar el valor Ph.
¡!%mqñr".*i¡#.1¡ l-J:¡jitt*
2.5.7. Sorción**--",**- **'1d*--
Se entiende por sorción a*!-a. ad¡nlp_fó{L devariedades que son:
2.5.7.1, Atlsorción
Tiene lugar eq 13 superfrrcie de un qólidq o líquido donde se acumulan partículas de sustanciasgáSeosas o disueltas sin ninguna reacción química. Es una atracción purarneñte superficial fisica.
- ,:::-
una sustancia por otra, gegquímicamente existen dos
dismin
26
**_. .- .lngrl4as!.whü
La adsorción es importante en liu tonur.rplrgerri"a y en la hidrosfera en general" por lo cual se
extraen varios motales de las aguas naturales, algunos de los cuales como ei As, Pb, Hg y otros qusde no extraerse, pueden alcanzar concentraciónes toxieas en ambientes naturales. Es aplicable en lageoquímica por que la concentración elevada de un metal o más de uno, en arcillas y en otrosabsorbentes significa que los metales han sido movilizados y dispersados de zonas de mineralizacióno de terrenos de desechos tóxicos
Se presenta cuando las partículasvista geoquimico la quimisorción y
reaccionan químicarnente con el adsorvente. Desde el punto deadsorción son característicos de las fases coloidales naturales
'I
)
,1.
)
l
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2.6. CQT.{CENTF,ACTÓN y/O DTSPERSTÓN DE LOS ELEMENTOS.
Se refiere a la oapacidad de migración de los elementos, donde los elementos de alta ebullición seco,qqentran y los élemenlos de bája ebdligión se dispers-an
T-.os elementos quimicos liberados de las rocas que se movilizan y se dispersan dependen de losfaglgres CI0m0 la sslubilidáCI, eff.! Í_$jh de un ambicntol'á'g$sorcíón y diversas reaóciones,
I-lawker y Webb (1962), realizaron experimentos, por ejemplo: en ambientes siliceos demeteorización de sulfuros, el zinc es muy movil y el cobre tiene movilidad intermedia; en cambio enambientes calcareos de meteorización el zinc tiene movilidad intennedia y el cobre se halla inmóvil,en los dos ambientes el Pb es inmóvil '
PejelMan (1967 * 19S6) con respocto a la movilidad supergenica bajo diferentes condiciones de Phy Eh, definié la movilidad cle un slemento mediante el coeficiente de migración Kx, que se obtienedividiendo el contenido del elemeüto en aguas que drenan una roca po, ,i contenido en 1a roca. Unelevado valor Kx corresponde a ur,'
"le*eñto .nn
"ri" nto"iiiJu¿-¿i g""¿. V está dada por:
Doncle:
Por ejemplo:
mx*100,Vu:IM
anx i
mx: Contenido del elemento X en agua (mgll)nx : Contenido porcentual del elementc (o/o)a : Residuo mineral contenido en el agua (%)
o
a
a
Elementos con K >Elementos con K:Elementos con KCu, Ni, Co, etc.
".:¡
{
10, son muy móviles como el Cl, Br, He, Mo, S, C, N, etc.1-10, son moderadamente móviles el Ca, Na, Li, Zn, Ag, As, U, etc.
o Elementos con K < 0.1, son inmóviles, estan el Fe, Al, Ga, sc, Ti, zr,sn,pt, Au, Hf
27
..Como fundamentos geoquímicos que determinan el tipo de clistri$ución clc los elementos cll l¿r r6cas.por consiguiente su concentraiión y/o dispersión se puede rnencionar a los siguientes factores:
1.
2.
J.
4.
T'ipo de rocas y sus propiedades fisico - quírnicasPermeabilidad dc la rocasGradiente de presión y concentración bajo cuya influencia los elementos penetran enlas rocas formando dispersiones o determinadas concentraoiones ' '
Las propiedades ggoquímicas del medio,en el cual se encuentran las rocas.
TABLA 2.6ALGUNAS PROPIEDADES PARA LA DISPERSIÓN O CoNCBNTRACIéN DE LoS
. lll.JúfYl.Í,l\ I (rD(Según Fersman, 1940)
DISPERSION CONCENTRACIl.-Baja temperahrra de ebullición y fusión, quefacilitan el haspaso al estado saseoso
1.- Alta temperahua de ebullición y fusión quedificulta el paso hacia el estado
2.- Bajo potencial de ionización, dondc elelemento puede pasar fácilmente al estado deexcitación y rnovimiento.
2,- Potencial de ionización r¡iedia hastarelativamellte alta
3.- Valencia baja sobre todo elementos quetie¡len carg,as irn¡rares (l ó 3)
3- Valencia rnedia, sobre todo números pares
4.- Radio atómico " iouiffipequeño. Para los pequeiios es caracterisitico lafonnación dc estlucturas volátiles ce:radas; paralos grandes es característico la solubilidad- yfuerte hidratación
4.- Radio atomico e ionico *"¿i*ó(Preferiblemente que sea pequeño)
5.- Que tellgan nírmero atómico, g.upo, p.roatómico, coordinación y valencia núlnero irnpar
5.- Que tengan número par para el' núrncroatómico, grupo, pbso atórnico, isótopos y níunerode coordinación
6.- Gran solubilidad ds las sales y compuestosprincioales
6.- Dificil solubilidad y rrlayor dureza
7.- Fuerte polenización de los ion., "nlurlet"sque conclucen a la disminución de la temperatura
de fusión y calor de disociación8.- Valor de coeficiente energéti.o let¡ ba.¡o o
EAqIcLTAD DE TNGEMERTA GEoLóGrcA - Grooú::-- g._-95
CAPITULO 3 :¡
ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓT,{ NE LA TIBRRA
3.i.. GENERALTDA_DES ;i' " ..... . :. . f i
. Para comprendel mejor la geoquímica, es necesario tensi conocimiento de la estructura y'composición dei interior de ia tierra. Este problema rio puede ser resuetto por observaciones-directagpor io que i se han realizado perloraciones muy ;;Jiñ; ¿n l"-tirrra y se ha alcanzado en laactualidad los l0 Km. Aparte de perforaciories y trábajos subterráneos, las únicas partes accesibies
_ de la tien'a son aqueiias expuestas.en la superficie nnisma* , , , , i.
Las ggAqiusiones acerca de la estructura y composición del interior de la tien-a y la distribución delp+-elencntss en.Ír'J, ionsl.*qylru¡t¿J "b;;;;i;;;';;fr;l;;;;il;;il;t;. iu, p,inripur.,fuentes de información son]'**=' .:
e
ir.1-.a9q19ración de la gravedad'en la superficie de la tierra y la constante gravitacional de la:qu9Sepuededete*il1Il.adensidadmediadelatiena,
' Datos, ¡ismjcos; queindical_la presencia áe discontinúidades clentro de latierra y de las que
,
se puedan obteñ€i:iilflormaci6n de las constantes elástica¡ de los materiales en el interior; ^ '*ii
, ...'- : ,i:
' Datos del fluio de calp¡, qLre reflejan la,distribución,,y atlundancia de los elcrnentos l:iradiactivos en la cortez.a, y manto. - . :
'..'."Estos hechos,.junto-con deteiminaciones en laboratorio cle las'constantes elásticas de varias rocas,información de la abundancia probable dc los elemcntos y otros'iltor, p;ú;;"i;r;]";;;; ;;l;' teorias enritidas en relación a la estructura y .o*po.i"ión int.rnu á. Ir tierra. (ver figura 3.1Modclos sobrc la cstrtrctura y co,riposición oe la ticrra scgún rlifercntcs autorcs)
'
3.2. DATOS SÍSiITICOS DEL INTERTOR DE LA TTERI{A. ', ,,
El manto y el núcleo son inaccesiblps para las investigaciones directas y por tal razón las ideasacerca de iu composiclG quimica s"n,n¿u*e"t"n'.n J"ür'i¡ái¡.r,ái¡ii.1jp;6;;r";;;flr;;;l
1 Aunquc Ja vcracjdad de los datos geofisicos cs incucstionablc, loclo lo;".;; rini;""'ro¿ rclacjón a' la estructura y composición'interna de la Tierra cae denrro d.i";;;o ¿É ta hipótesis. De esra forma; se ha estabiecido que la densiclad media del planeta es de ,5,,s1il.rl..n tá.f"r^;to;;;;;;-\' 'densidad promedio d,e 2,8.g/cry.] para las roás que componrn tu Cón*tiÚñ{r*l'D. uquí r*desprende la conclusión de qu" *ntlos profundidaaes irnperan;io¡,denrü;,1-; ;i;ñ-r t";.;ü;r;;3.2,3.3 y 3.a)
.;Gran parte de la información ur.rru del interioil,l, Ir, tiene.deriv¿ aet anitisis de lu, ondo*producidas por los tenemotos, que'genóran óndál de
"*¡4{ ri.r.r, ¿. l.;*ELre áoi, ¿, las quepasa4 a ttavés, de lamasa ¿eialiená son las más"import^"b¡tpr¡rnuest¡oq,p¡ppósitos. Estas dosclases de ondas se desplazan a diferente velocidad, aún en el .ir"tU irléJi"] tii ;;¿r .¿p,¿" ;,t¡ansmitidas.por vibraciones en clirección cle la propaqación (análogas a tur on¿ár áel-soniclo e¡ el
t
)
)
)
I)
)
)
-áire); son las que se registran primero en iós sismógrafos a distancias apreciabies dei foco dei
tenemoto se liaman onúas primnrías u ondas P.l
Las ondas más lentas son transmitidas poT vibraciones en ángulos rectos a la dirección de
propagación (análogas a las ondas de luz) y soi conocidas como anq7{"."f9?Trdarias, u ondas S'
La cxtjnsién de las ondas S on la uase bát mantoe su6iere que ei rñaieridt ciüe éita pó1 debajo del
*""r" i"-"n'el núcleo externo) carece de rigidez y ** .o*pód".o*o materi¿l en estado de fusión.
Es conocidg que Lpg.qqdas-S (transversales o secundarias) no se propagan en medios liquidos- ,**
A 1300 Km del centro de la tiena hay otro ialto en la veiocidad de las ondas P que se interpreta
como un paso al estado sólido.
-])
)
3.3.1. Ge-,o-1{-e11s de la tierra (cqp3s) t
. , ... : ...¡,ir .; .;
La estructura en capas qrr" p..r"nta la tierra,rllamada también geósferas, es resultade de.k"ptll$",,ffa
diferenciación de la maia fundidad inicial. La densidad de las capas diriminuye de adentro haciaF -a","a*:'a--'" ' "'fuera, en este sentatH,lisfera.Enlatabla3.1seobservacondeta1le1asgeosferasdelatierra.'ir
i 'fabla 3.1
GEOSFERAS OICAPAS I}E LA TMR.RA
I
l
NOMBREC,dRACTERISTICAS FISICO QUIMICA. IMPORTANTES ESTADO FISICO
Atmosfera Es la cubierta gaseosa que rodeá a la tiena.Esta compuesta por N, O, F{2O, COZ y gases
inertes Ñ O
Gaseoso
Biosfera Es la totalidad de la materia orgánica distribuidaen la superf,rcie de la tierra.Compuesta por lFt}O, sustancias orgánicas ymaterial esquelético
Sólodo y líquido a menudocoloidai.
Hidrósfera Es la capa dsicontinua de bgua que fonna océanos,
mares, lagos y ríos,Esta compuesta pqr por agua dulce y salada, nievey hlelo.
Líquido, en parte se encuetra
en estado sólido -p/?a/pfu
Corteza
üóiñposicion gránltica. 9{emas se tiene unapelícula de materi4lxldimentario que cubre la
Es la capa solida y delgada, compuesta en su partey en su parte superior por
mayor parte de la corteza terrestre.
Estado sólido :7
Manto Material solido formado por silicatos de hieno ymagnesio.
Estado sólido
Núcleo(sideiósfera)
Es la fase metalica cornpüesta porNi -Fe y Sí.
El material del núcleo ie hailJen estado de fusiónen la oarte sunerior v solido en la oarte inferior.
La parte superior liquida y laparte inferiof posiblelnontesólida.
Por evidencias geofisicas, mas que todo por la interpretación de los datos sísmicos se ha propuesioun modelo en capas de la estructura-interna de la tiera, , que en la actualidad se puáOr'hacerprédicciones plausibles =de la constitución real del interior á. rJiú"r E";;;. a los datos geofisicosse ha determinado que ia estructura interna de la tienaesta dividida en 3 partes l6;*d*;Jrilg",que solr: (ver figura 3.5) F u'---
' Ll ,9o,!f.3u, que abarca desde la superficie hasta la .disco,ntinuidacl. de Mohorovicic'(MOHO¡, que Ia scpara del manto. La profundidad de esta discontinuidad (o el espesor dclacorteza) esvariable. 35 Km debajo áe los continentes, 10-13 Km. debajo de loi fondosoceánicos y hasta 60]<1 febajo de las cadenas montañosas jóvenes (Andes, Alpes). Ladiscontinuidad MO_{O de ler. orden representa un salto en la ielocidad {e propagación de
',EI manto, que abarca desde la discontinuidad MOHO hasta la discontinuidad de-Qui€ft\Üg - Wiecherr, con aproximadamente.2g00 Km de profundidad. A los 1000 Km.existe una discontinuidad de 2do.^orden, cafacter:izadapor un cambio de relación dv/dx, quesepara el manto superior del inferior. Hay indicios de corientes convectivas dentro delmanto, con.velocidades del orden de 1 cm/año.
' 'El núcle o, qlte ctharcct descle ltt rJiscontinuidarl Gutenberg - Wiechárt lrorto el ccntrt.¡ de Iulierru, con un diámetro de 3470 Km; está separado del rianto por la discontinuidad de ler.' orden indicada, en la que se produce un saltó pronunciado
"n iu velocidad de fropagacionde las ondas. s.ísmicas lonqitudinales P de s.o a r3.7 Km/Seg. La extincion as.hs qñdas sen la base del manto, sugiere que el material del núcleo .it.*o, iu;;;; d. üid:; y ,"
comporta como un liquido.
3.3.3 Composición interna de Ia tierra.
En cuanto a la composición del interior de la tierra, estaría formada por tres fases;
- La fase metálica de Ni - Fe (Si ?) es ra que forma el núcleo- fa_ñse Silióatada, que fonna el inanto y lu
"o,rt"ru,- ]-a fase su.ffurqda, que no ocupa una rona definida; mas al contrario seha1'la diseminada a ambos lados de la discontinuiáad MOHO,
:' - --
3.3.4 La Corteza terre-stre
La velo-cidad de propagación de las ondas sísmicas en los continentes, a una'profundidad que oscilJ-entre 35 y 70 Km, se incrementa en forma de salto desde ó,5 hasta p É;Á.¡" causa del: incrementode la velocidad de las ondas sísmicas aún no esta clara; se supone que a esta profundidad tienenlugar cambios tanto en la composición elemenral como ;t*;;l'Gúi.:1. materia. La profundidaddonde ocurre este salto brusco de la velocidad de las ondas sísiricas recibe el nombre de límite,frontera, discontinuidad o superficie cle Mojorovichy se consideru roro rl limite entre la corteza,terrestre y el manto superior.
32,
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íMJ¿S#i^er", - Ine: EÍáps Pt¡ch C-
La corteza terrestre alcanza sus mayores potencias en las cadenas rnontañosas (hasta 70km) y lasmenores en los fondos bceánicos (5:15 hn). Dentro de loi límites de la corteza tenestre la veioiidadde propagación de las ondas sísmicas no es unifonrre eon la profundidad; existe un limite muy biendefinido por los cambios en la veloeidad de proilagación de estas ondas,"Ía discontinuiáad d¿Konrad, que delimita la parte superior de la corteza terrestre en ios contirientes, cercana por su
composición al granito de la capa inferiot Áá, densa. Estas dos capas de la corte za terrestre sedenominan granítico y basdltica porque las velocidacles de propagación de las ondas sísmicas enellas son similares a las velocidades de propagación de las rnismas en el granito y el basaltorespectivamente.
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Muchos investigadores consideran que la composieién medía de la capa granititea", ."r"urrr a la.d,ela granodiorita y la denominan corno capa gr4nito metamórfico.
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3.3.5 Densidad dentro la tierrair,, ,, :
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La densidad promedio de las ,o"u. superficiales es de 2.8 g/cni,mientras .que la densidad promediode la tiena es de 5.517 que es el resultado de la diferenciación de la masa ñmdida inicial, la mismava disminuyendo óesde
"l t útl.o hacia las partes exteriores, por tanto en el interior de la tierra esta
densidad debe ser mucho mayor debido a los giguientes factores:
' Por un cambio en el estadg fisico, aümentando la densidad debido a la contracción de lamáte¡i;Ui-ii¡fal en'un vo-lufrt;n p"qu"no y bajo *"o""" f.-riJ".
-
Por un cambio en la ;;potiri'On qui*i.u y .l ul'r*.nto de densidad se debería a lapresencia de meJ4les pesados.. .i.-tr;wq..
i
Asimisrno la velocidad de las ondas sísmicas P y S varia con la densidad y contantes elásticas de loslnateriales que atraviesan.
3.4" COMqOqrcrÓN DE LA COR,TEZA TERRES:rSE.
La composición promedio de la cortezaterrestre fue calculada por primera vez en lg24 por Clarke yWashington quisnes estimaron que los 16 Km; superiores de Ia oorteza consistsn de;
SS o/, de rocas ígneas y metamórficas4 % depizarrai //6//9
9 75 % dé areniscas i
0.25 % de calizas'r'-: ': :: t,_':.,:._:r.
Las rocas sedimcntárias forman una cubierta no continua relativamento dclgada sobre el basamefxode tocas lgneas, exoepto allá doncie ,, .rp"roll"."ñ;;- en óinturones orogénicos (p.e. CordilleraOriental).Por otro lado y ds aCIuerdo a Triftrnov (1983) en la corteza tenestre participan las siguientss rocas:
Clarke y Washington hicieron un exhaustivo estudio y recopilaron los resultados obtenido.s tl¡l"-análisis de 5159i muestras de rocas que representan la bomposi"iOn ¿" la parte superior ¿é la
",rrrér,,terestre)Estos análisis geográficamente agrupados, coinciáen unos con oiror, lo que signifrca rlrrc lrrcorteza terrestre es aproximadaúlente Ia misrna en diferentes regiones. El resuitadolromeelio tl.,eslos 5159 análisis es el siguiente:
Si Oz : 60.18%Al2 03 : 15.61VoFez O¡ : 3.8I oA
Fe O : 3.88oAMgO :3.56oACaO :5.17%NazO :3.9loAKzO ; : 3.19%oTi 02 : 1.06 oÁ :
P: Os : 0.30 %
Esta composición no corresponde a una roca ígnea cornún, si no que es intermedia entre el qra.it. yel basalto que son las variedades mas importantes.
1.
El cálculo mas reciente de la composicién de la c,orteza terrestre se debe a Ronov y Yaroshevsky, .sc,lo rpuestra en la,Tabla 3.2. En los resultados obtenidos se han considerado ,ólo lor "trnl*i.rri,!'rnayoritarios.
c oM p os rc r óN ?¡f#j?t#i+#*ilf ?ffi f
zA rERRE**
COMPONENTES CORTEZACONTINENTAL
CORTBZAOCEANICA
TOTA.T, CORI IdZA
Si Oz ' 60.22 48.65 57.60Alz o; 15.18 t6.52 15.30Fez Or 2.48 2.29 2s3FeO 3,77 6.23 4.27 -:-rMgo 3.06 6.79 3.88CaO 5.51 12.28 ' 699Nar o 2.97 2.57 2.88
h? obtenido la composición quimíca prornedio de algunas rocas en la zona de laCordillera Occidentail, mas propiamente en la beldéra de Panizos en rocas andesiticas y iavasdaciticas, quedealguna mllela se acercan a los limites calculados por muchos investigldores. Estosvalores fue calculado por GEoBoL y apgyo de.ta USG,S de Estatos^Unidos. Cuyos Oetáltes éiaaotse muesh'an en la tabla 3.3 i;j'i,
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LIWAl
(Método analÍtico desansllado por el USGS y GEOBOL)
: T n m w v)
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si oz 63.45 62.665 64,70 67.91 66.05Ti Oz 0.98 o.97 o.85 Q.74 o.95AlrOr 15.50 16i30 15.90 u3a 13.65Fez or 5.00 5,71 4.62 3,78 2.77FeO ?
| =: MLInsrRAs DE LA cALDEIT+I+$ggq (ascuDo rGNrMBRrrrco)rr * ivruEsrRAs DE LA CALDüRA $¡iEós (rnomnulo DE LAvAs nñunslucAs)rrr = MUESTRAs l}_ltj.{l-lpjil{4ryryos irnoMnDro DE LAvAS DACrrrcAS)IV = MUESTRAS DEL eERRo vlscasu,{t\if1iÁcma ponFrnrcÁ pnopil,-rrü1'n¿¡I/H = MUBSTRAS DEL cnnnó cüA¿iffiLLüii;-dRüRó A;ü; DAcrrrcA)
A¡{áLISIS TOTAL DE RQCAS DE LA CALDERA DE PANIZOS EN POTOSÍ - BO
3.4,1 Qomposiqióu nnedfa general de la tierra y el nucleo
En el proceso de formaoió4 y evolllgi,qn de la tí.enase han distinguido una serie de fenómenos, :_F00m0 es el cas' de ia distriuupiÉn p¡a?ra ;"*il;i;ilr;;;;;;"#;;";ecir ra rormación delnúcleo, manto v corteza,"oonciriiiá&isli¿é'úffiñ#ffiy disperrión ¿;l;ffi#6;áffiffi,en los materiales que componen ra tierrq t'";m ;;;;, enratabras.A.
TABLA 3.4COMPOSICIÓN MBDIA GENERAL Dtr LA TIERRA Y DBL N{ICLTJO
ELEMENTO ABUNDANCIA (en %) ABUNDANCIA (en oA)
ts.2s %
de la tiena b) Composición del Núcleo
Como se puede observar, los 4 elementos más abundantes constituyen el92 %.cle la masa de latierra. El resto de los elementos presentan concentraciones muy péqueñas.
3,4. DISTRIBUCTÓN Y ABUNDANCIA DE LoS ELEMENTOS QUIMIC9S EN LAC o grrzA TE RR.ESTRtr"': - --'-'"
La investigación sobre la distribución de los elementos químicos en la corteza terres.tre ha sidogrande y compleja por la enorme heterogeneidad de los materiales componentcs, qu" pi.Jigo.nt.es tarea principal de la geoquímica. Se destacan muchos pioneros en el campo de^la distribución yabundancia de los eletnentos, entre ellos. Clarke (1889); Washingto n Q2a);üogt ql ASé f,"rr"ig¡ I i;Vernadskij ( I 925 hasta I 930); Noddack 193Ó hasia 1934); GotüscnÁiOt
Sin enbargo ya en l8l5 el rnineralogista inglés V. Phillips intenté deter¡rinar aproxirnadalnente elcontenido medio en la corteza terrestre de loi l0 elementos químicos más abundantes; su trabajo fuecontinuado por ios franceses Eli de Beamon y A. Dobr*, p.ro en gcneral estas investigaciories noatrajeron mucho la atención de los científicoi del siglo lix, lo, r"uui.t .riuban enfrascadas en elproblema de la diferenciación de la naturalezay el esiudio de la cornposicion qui,;;;;;;;pán.,(rocas, aguas, minerales, etcétera).
El geoquimico norteamericano F. Clark (184.7-1931) se ocupó, en forma sistemática, del problemade [a deternrinación de la composición mcdia de la ,ort"io t"".rii. y ];;to los resultados-niásexactos de los análisis de BB0 ntue:;lra:s de roca.s, Clark determinó tn lggg los contenidos y-,*consideró que estas muestras de rocas constituían una representación ¿e tu eoooltü;; ,up;o, O. fuTjena. hasta una profundidad de 16 km., que ,o*o r*"li;il;;;, ;;;"; ".d;il, ru.ronelevados hasta la superficie terrestre. e eita capa de rocás de 16 km de espesor clark la denominóCOrle:aterrestresólidaytratódedeterminarsucomposiciónquimicap'o.Ldio.
Dentro de los límites de la corteza ten'estre Clark incluye toda la hidrosfera y la atmósfera. Sinembargo, la masa de estas geosferas no es significativa en compa¡ación con la masa de la cortezaterrestre sólida, por tal razón las cifras obtenidas por Claik reflejan en lo fundamental lacomposicíón de esta última, en este sentido, los resultadós obtenido, por"Clurk f;oir-ilsliñi**r.
36
f]ll*^'lz:j:J-"x!- ***G
TABI,A 3"5
vALoREs cLARKE lr/o DrsrnrnucréN DE Los ELEMENTos tvrAs AIITINDANTEs
Gegún Clarke,1SS9)
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ELEMENTOS MASA (en Vo)
Oxieeno 46.28
Silicio 28.02
Aluminio 8.r4Hierro s.58
Calcio 3.21Mncrneiin 2 "17
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Potasio 2.41
Sodio 2.43
Titanio 033Fósforo 0.10
Fn l?gE elark publicÓ su ssnocida monografia The Daru of Geochemist+r ania cual recogió y
generaiizó los datos sobre la composición qulmica de diferentes formaciones de la corteza terrestre(rocas, aguas, etc.). Clark consideró la geoqulmica c0fi10 el conjunto de conocimientos sobre la
i*pótiüén quimíca de la cortezatenestre. I
Con una'continua.investigación C[ark logró aümentar la exactitud de las determinaciones, el número
de análisis y la eantidad de elementss, La primera tabla publiqada por ssfe eientÍfico sélo contsiliaiO ri¿*rnioi, t"i.nirir qu. la última púQticaOa conjuntamente con Washingon ya abarcabaalrecledor de 50 elementos. .
"Ieniend.o en euenta los 40 años dedicados por Clark a la determinación de ia composición media dela corLeza terrestre, A,E. Fersman propuso en 1923 el término de clarh para determinar el contenido
medio de los elementos químicos en la corteza terrestre, en la Tierra en su conjunto y también en losplanetas y otros objetos cósmicos.
Posteriormente en i 898 el cientifico norusgo I. Fojt comersó a calcular los ciarkes del cobre, zinc,estaño, plomo, níquel, manganeso y otros elementos pesados. Conociendo, por ejemplo, lasrelaeiones del manganeso, del-níq+rely-el-oobalto eon-el,hierrsen lss diferentes r+rineralesy rooas, yutilizando el contenido medio dei hieno calculado por Clark, Fojt determinó mediante recálculosmineralógicos los contenidos medios de los e,lementos pesados. - ::e
3.5.1. Valor Clarke
El concepto y/o valor clarke fue propuesto por Fersman en honor drel famoso y meritorio químicoamericano F.W. Clarke y dice "E! u-qloi Claúe ilp- un elemento sígnifica ln frecuencig qcontenído prnrnedip de un elemenfo químipo*én tá óói,rteza tarestre'. pará etto se utiliá comomedidad unitaria el porcenta;e aé'frra-sa 1U'), a gramo tonelada (g/t), partes ,por millon (pp*) ypartes por billón (ppb). ,
37,";:',.'.:" '
l';i1'¿t:': '. :
.-. .r'',-';',';:i¡.;ii;;ii;;'i,'-;,,:
-3.5.2. 'cálculo de clarkes de los elementos raros y radiactivos
Al inicio del siglo )c( los métodos de análisis de los elementos raros'eran muy deficientes; por talrazón la obtención de miles de datos para el cálculo d" i";;i;;tJr'r.rulto¡u **u**nte dificil, loque obligó a los geoqulmicos u pt.puiu, muestras compositos,las cuales se lograban mediante lamezc|L, homogenización y reducción de un n,i*"ii r""ri¿rr"üle de r"r1ü, individuales,determinando en estas muestras compositos ros "";¿;i;;r;;j;;;i;;"*;;;;. "* '
Parala determinación de los clarkes de los elementos radioactivos se tomó en consideración que el, :i1:1 "l.ldio v otros elementos se rormaro";;;;;*"ril;;i. u i"ri"i;;;#;lioactiva deruranro' cuyo clark e de 0'0a25 % , conociendo el contenido áe uranio rJsulta poriut" calcularcualitativamente el contenido de radio, de esta forma.se determino el clark del radio en la lítosfera,'donde su concentraci proKimad-men*-2"rc 'ó- t;'-"""'"
- -
3'5'3 .
Méto¿os modernos de análisis químico'en la determinación de clarkes en las rocas
i:' se puede decir que en la actualida.d ya se conoce con suficíente precisión los clarkss de los'',. 'nT'"f1ltt- tipos de rocas que.constituyen la co.teza "".;;"Gt*itos, basaltor, ro.uill#";r,'esqutstos, calizas, etc'), sin emba¡go, el-proble¡na de la determiü"ciJn de los clarkes para la cortezaen su conjunto aún no está del todo resuilto. debido a que
"; ;;;;;cen con suficiente claridad lasrelaciones entre las diferentes rocas, particularmente en jos f;J;;;;;ánicos.Los métodos modernos de análisis tales como radiometría, activación neutrónica, absorción atómicay otros permiten deter¡ninar con mayor exactitud y ,.nribitid"J i;; contenidos de los elementosquímicos en las rocas y mineraler. iu, ioeas soure clarkes de algunos elementos han variado deforma notable' Así tn iggg I F,1j.t
"onriJ.rJ q"L.r clark a.i d;;io era extremarnente bajo ("nx- I0-r0 oA)' pero en 1924, clark y washigton
"uo'lu-on el conteñido medio del gennanio en n x l'-e%; posteriormente se descubrio genianio
"; ;;;;rb;r,'"'Jortrt.ndo dé esta rnanera graniniportancia en ra radiotécnicay otra"s ,-r;;;" i; in¿ustr¡a. -vy' Esls
con el surgimiento de la neccsidad de buscar materias primas para laobtención de germanioco'enzó el estudio detallado de la geoquímica de este elernento. erio aoiu;;;;;;:Jestudiara Iapresencia y la concentración del gérmanio en las ¿lu.rru, io;;r;_;9"as, y se obtuviera una grancantidad de datos sobre el mismo, los cuales demostraron que esté elemento no es tan raro en lacorteza terrestre. El clark del gennanio en ta lirosfera es ¿L 1,4';;it;"A':;J;;ii,'rs casi tanabundante como el arsénico y-el estaño, .l.-.ntos conocidos desde hace mucho tiempo por la' humanidad' es más abundante que el oro, la pluü y el platino. En comparación con los cálculos
3.5.4.EIestatIotlispersodeeIementosquímicos
En el transcurso de 100 años; a partT del momento €n que clg\ publicara su primrira tabla, se harealizado un gigantesco trabajo, y se ha logrado i"u.lu, con suficieirie claridad el cuadro general.dela distribución de los eleménios químicír lu. confirmó Ia genial idea de Vemadski sobre erpredominio del estatlo tlisperso de los elementos químicos.-para el.m.nior';ü;;*": yodo,hafnio' escandio, rubidio, indio, cesio, radio y otros "ir,n.nt*-'Lor, el estado disperso es elfundamental, ya que ellos no forman o
"uri ;";;;ffi;;., propios. En generar, para ra' mayoría de los elementos predomina el estado dirp".ro; rái; il;;r grupo muy reducido de ere-mentos (oxigeno, silicio, aluminio, hierro, rur.io, riáiá, b"l*r5vLugn.rioi la forma de existencia
38.
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I _ . **,-:_-tttg.gJes¿@tJ;
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fundamental es la de minerales propios. A este carácter universal de disep_ersión de.los elementos
qulmicos el geoqulmico soüeti"o Ñ. I. Safronov 1o denominó "ley de clark-Vernasdki.!
Debido al predominio del estado disperso todos los plementos químioos. pueden estar pfesentes en
cualquier p**, en cada gtreno de ioca, en cada gotn de qry"e n{w"f,l, séi.o que la insuficiente
sensibilidad de ios mfiodÑ de análisis modernos ndha permitido aún determinar los contenidos dc
todos los elementos presentes en un objeto natural dado.
En base al sstado disperso de los elementos se ha ealculado y elaborados diferenÍes valores en base a
sobre la distribución de los elementos o valores clarke realizados por varios autores. En este sentido
se tiene la tabla 3.6 que mue$tra los valores clarke de varios autoros,
TABLA 3.6
VA"LOBES CIA*KA O ABUNSANCI,d PROMEDIODE LOS ELEMENTOS EN LAc oRTazA TaRRnsTRA SEG{TN VARÍOS AUTOR n S (e krke,lMashin gto n, Golds nnid t)
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ELEMENTO AEUNDANCIA(en %)
ILEMENTO A,BIJNDANCTA(en %)
ELEMENTO ABI]NDAFIC[A(en 7o)
o 46.6 Cu 0.00s w 0.0001
Si 27.7 Y 0.004 Mo 0.0001
A1 8.1 Li 0 003 Cs 0 0001
Fe 5.0 Nd 0.002 Ho 0 0001
Ca 3.6 NT,IA 0.002 Eu 0.0001
Na 2.8 Co 0.002 T1 0 0001
K 2.6 I,A 0.002 Tb 0,00009
Mg 2,1 Pb 0,002 Lu 0.00008
Ti 0.4 Ga 0.002 F.IS 0.00005H 0.14 Th 0.001 I 0 00003
P 4.12 'Sm 0.0007 Sb 0.00002
Mn 0.10 Gd 0.0006 Bi 0.00002
F 0.07 Pr 0.0006 Tm 0.00002S 0.05 S'o 0 0005 Cd 0.00002
Sr 0.05 Hf 0.0005 He 0.0000iEa 0.04 Dy 0.0005 In 0.00001c 0.03 Sn 0.0003 Se 0.000009C1 _0,02 B 0_0004 Ac- 0.000004Cr 0.02 Yb 0.0003 Pa 0.000001Zr 0.02 Er 0.0003 Pt 0.0000005 :,'*Rb 0.012 Br 0.0003 Au 0,0000005v 0.011 Ge 0.0002 He 0.0000003Ni 0.008 Be 0.0002 Te 0.0000002Zn 0.007 As 0.0002 Rh 0.0000001N 0.005 U 0.0002 Rn 0.0000001Ce 0.005 Ta' 0.0001 Ir 0.0000001
39.
Algunos autores consideran que la cortezaterrestre está compuesta fuera dc la litosfera, solo cstarianuna parte de la hidrosfera, atmosfera y biosfera; mientras putu otr* |o[,; il""gr?;;, i;;;"r"terrestre estaría compuesta sólo por la litosfera.'Por todo esto para clarke y washington la corfezaterrestre estaría conformada de la siguiente manera:
Litosfera : 93.6 yo
llffi.'i#:t:,¿y;En base a estas investigaciones, la.tabla 3.6 de clarkes atestiguan ou. ,u* la mitad de la masa de la" corteza terrestre sólidi esta constituida por
"n Lro elemento, el oxigeno; de acuerdo:con esto la\' ' corteza terrestre puede ser considerada cómo una esfera de sustanci"
"it"**i..ñ ar**#i"# LJa eompesrei,érn-de-ia .* (g,05 %); esdecir' sólo los 3 elementos más abundanter rinrlituven el 84,55 % de lamasa de la corteza terrestre.si además de elementos se toman en considera.ion .l hierro'(4,65 "1") "lcalcio
(2,96 %),el potasio(2'50 yo), el sodio (2,50 yo)' el magnesi o ¡t,tiiaiy el titanio (0,45 %) la.masa sumaria se elevaria
elementos, los restantes elemento, .*pr.r.náo r"nor ¿.1;2".'ñi.onr.nl¿;¡;"i; *.yorÍa de los ,,
;l;ffitJf: * la corteza terrestre no ,rp".u el 0,0t- %, i"rrrr" *il gran parre está por debajo del
A estos elementos con clarkes tan pequeños en geoquímica se les conoce con el nombre deelemenfos rflros' Si los elementos ,u.or.pr"r"ntan poca tendencia hacia la concentración, entoncessé uénómiÁi'í{n"o' lispeTlgscon el
"uui r" relacionan los elementoss: Bq Ra, In, I, FII Re, se, etc.Por ejemplo, el ufiiñió i"éT'6romo casi presentan .i ;is;" crurt (ilx t oi
-"lrrespectivamente),
sinembargo' el uranio es sencillamente un elemento menos raro ya que se conocen l04.mineralesuraníferos e infinidad de yacimientos, lo que indica uou ru.n. teniencia hacia la concentración, porel contrario el bromo es un elemento*ro.¿irp.r;il; prácticamente no seconcentra en lacortezatenestre y se lo conoce un solo mineral propio. Lor "g"oqrimicos también utilizan el términottticroelemento con el cual denominan a aquellas .on".ntruriones son muy pequeñas del orden de0,01 yo y menores aún.
rraurt,'r¡sr ¡ull l[luy
3'5'4 Consideraciones químicas en Ia distribución de los elementosIVgL¡VI¡ L¡L I('¡ EITII¡EII]US
se. puede decir que no existe una dependencia fundamental entre los clarkes y las propiedades
l,:il.T:* ,':i ,:)nzltos; sin embargo los investiguáor", centraron su atención -en orra parte der
Teniendo en cuenta este aspecto, A.E_- r.frul construyó un gráfico donde es posible observar Iu'ffiffii.#ffil;:.r" crarkes atómicos ;. i;;;i.,ll;;oi'pur., e impares, y srs,esp"crivos orden de
En La corteza terrestre predominan los elementos con átomos .ligeros, que ocupan las primerasc'*'rill*s del sistema periódico' cuyos rit.i."r"*"tiJn.n un nmír.o .riutivamente pequeño dettucleones (protones y
-neutrones). bn efecto ur portii oel hie*o (No. 26) no existe ningún otroelemento con amplia distribuciói. Bsta t.gur*iolá- iu" notu¿a incluso por el propio,Mendieliev,qulen señaló que los cuerpos simples má! distrib;td* en ra naturareá ienían pequeñas masasatómicas' otra regularidad en la distriurcio" ¿.'ló;;j;r.ntos fue establecida por el italiano G,Qcdo en tet4 y mas detanadamente ó",*,*áá";;;;T#;ffillü;ir::il;,iiiüfll I
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comprendido entre 1915 y 1928. Estos inivatigailores ngtiltvr, qwe ett le corfsz¡ terrestrepredorninaban los elementos con núm¿ros atómicos pares y
"oo ^o"a" atómicas pares.'Al mismotiempo también observaron que entre elementos contiguos, los pares siempre presentan clarkes rnáselevados que los impares.
;
Del análisis de la tabla de Clarkes (Éabta 3,6) se puede llegar a la conclusión de que entre los 9elementos más distribuidos en la eorteza terrestre predominán los de números atómicas pares. EnqsJe gentido, la suma de los clarkes de los el'emenios pares, dentro de los g mas abundaies, es deE6?43%2 mienfras que la suma de los clarkes de los impares sólo es de fi,a3 %,
' ',1: ¡ -
También se ha demostrado que lJs chrkes i. lo, elementos masas atómicas ryúltiplos de 4 sonparticularmente altos. Dentro de éstos se encuentran los síguientes: O, Mg, Si, Ca y ottbi -
segun Fersman' los rtúcleos del tipo 4q constituyen el 86,3 yo de la masa de la corteza terrestre;menos,distribuidos se encuentran los áiomosl,con núcleos-del tipo 4q+3 ttZi ru ;liá"r^"n" nestán los núcleos de los ripos 4q+1 y 4q+2,1o, g*i;; sólo constituycn'il'1 oA' di i" ,"rrJ¿. f"corteza terrestre. /
En general, también se pone ¿* *uniiiÑJlregularidad de que entre los eiementos pares, losclarkes niás elevados son propios puru iuá^t,;.d;;;ento a partir del helio O{o 2) en fonnasucesiva; por ejemplo: oxigéno [vo. a;, silicio [Nó. rl| ,ulrio (ño. zo¡,t i.,ro [No. 26), etc.
una regularidad semejante se pone de manifiesto para los elementos impares, a partir del hidrógeno(No. 1); por ejemplo: aluminio (No. r3), p"r"ri; ño lql, managaneso [No. 25), etc:
Está suficientemenfe claro que la clistribuc'ión de los elemetúos en Ia coÍteza te*estre (losclarkes), en lo fundamenid se relucionan lio"-ío estractura d" ;r; ;;";;'7ri*"or,flXf#*indo
los elemenhs con núrner; ;ió*i; prm;";;t*-r;s pares de protones y
3.6, CONCLUSIONES GENER.AI,ES, EN I-,A CORTEZA TBRRESTRE
De acuerdo con lo dicho se prrede concluir *J t* o*icularidades fundamenrales de la distríbuciónde los elementos oulmicos ü ru-óottoa tenéstre tienen sus rarces en el estadio estelar de existenciade Ia materia tenéstre y en la primera üpr ñ"'d".r"*¡llo de la Tienu ,o*o planera, en que seformó la corteza te*esire u puttir oe'lá oíirüilffi.y concentración en ella de los elementosIigeros.
l-r=,:g coni, , Tú*:*: másicos múltiplos de 4. ,\ tales estru,iruras atómicas Fersmanlas denominó con el símboloÍ , 1_O:9?1d"
q es un número entero número entéro, Como ejemplo se puede apreciar los isótopos del| / nYl da¡^ rrlol ^-'*'^ ¿i--- , -t - I .i ') oxigeno y del azufre con respectivos clarkes atbmicos realiivoi.
r\- ':) O gq 76 o/^ s32
DE-;
LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMENTOS
4t ,,li.;;.
. ,:'-'"¡ .
'Las partig'¡laridades principales d: lu.composición de la cortczade la "ort"rotcrrcstrc cn nucstrosdías son ras mismas de'hace más de ¡sóo minones de ;ñ";; ; ;;r"p;;;il"###;1 predominado el oxígeno y silicio' mientras que el oro y el mercurio siempre han presentado clarkes
; muy Pequeños. - r/'vrv¡¡r
' \' ' lin :m|argo, ?st9
no qujere d.ecir que los clarkes de todos los eleméntos hayan p.rmun..idoconstantes en el tiempo. sin duda alguna se puede afirmar,quelas ctartes en algunoi
"ñ*rntos hanvariado en el tiempo; por ejemplo, cJmo r"ruttu¿l de la desintegración radiactiva han disminuidolasconcentraciones del uranio y del torio, y ha aumentado lu ;;r";;*rie;'¿i;;#'ü;i#;radiogénicq
forma.parte de los átomos.qá pr"*r* i;;Cr*.rt*l A expensas de raldesintegración radiactiva cada año se foiman millones-U-rd;ñ;; de nuerros elemenios, aunqueesta catidad es insignif,rcante en comparación con la *ura ¿e tu."nrt"t.""rr... ----'^-::'
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A Io langa de toda Ia historia g^eo]ógióa las reacciones nucleares han transcurrido con Ia mismaintensidad en el transcurso oe 1+oo-millones ¿e anos (o;;0.,." ffi;t;;;:;.d"ffi;;.'¿;*"resultado de la desintegración radiactiva se formaro n2,i *lólt;;;i;ile nuevos elenientos; esdecir, una cantidacl equivalente al 0,01 yo de ta masá'de la corteza ñ;;ñ;;"ffilqi, r-magnitud real sea.algo-mayor, debiáo a que en los p.riáoor g."lógrr";lurudos el contenido deelementos radioactivos fue mas,elevado qué en la époc!-actual. " ,
o a -- r4d*:ro vl vwulvrtl\ru u:
Las particularidades fundamentales de la composición elemental de la corteza terrestre no ha variadoa lo largo del tiempo geológico, tanto las.ror* ru, *ri;;';i#;;.r""il;;i"";J#r",constituidas por oxígeno, silicio, aluminio, hierro v "tt"t "r",n."*;";"lif"rdidos.-sin emba.golos procesos de desintegraciótt radioactiva, ta accién de los r-ayo;;;;dr; b caidade meteoritos,la disipación de gases ligeros hacia el espacio extratenestre-y otros pro;;;r;;r;il;il10".varíen en el tiempo ios crarkes dc tocia una serie de eremenr.os.
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FACUI.TAD DE INGENIEMA GEor.óctc¿ - t;tooui¡ttc¿ ct¡,tt:¡t tt Gt.G .t2r inp. Eücs Pu€k L.
CAPTTULO 4
DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMBNTOS EN EL COSMOS Y ENLOS METEORITOS
4.1. INTRODUCCION
composicíón de ios meteoritos, han permitido calcular los clarkes de la tiena. Se considera que lamateria terrestre es muy similar a los condritos, Algunos autores suponen que la oomposición mediade la Tierra se corresponde con la meteoritos en las siguientes proporciones: 40% de condrito s,50Yo' 'de condritos normales y l0% de meteoritos férreos (Sideritos)
La Tierra se caracteriza por una marcada diferenciación, debido a ia cual toda una serie deelementos tales como: K, Pb, Ba, U y Th se concentraron integranrente en la cortezá terrestre. Enparticular el uranio y el bario concentraron en la corléza terrestre mucho más enérgicamente queclcmcntos rnuy volátiles.
4,2. EI- SISTEIVIA SOLAR.
.El.¡ie!ryr1 solar, r;uya antigúedad ha sido calculada en 4600 millones dc años, está formado por elsoly 9 grandcs planeta5 quc giran a su alrededor,3l,satclites o lunas,2000 asteroicles catalogados,veintena de cornetas e incontables millones de rnetejoros, todos estos se rnueven alrededor del iol.
El sol est situado a 150 nrilloncs d9 Km de la tic¡ra, tiene un diámetro aproximado de l'400.000Kf] y una masa de 333.432 veces mayor que la ti'erra, densidad de 0,26; gravedad de 28.0 y laen"érgia inadiada por el-loi ü- ai z óalorias/cmz dada minuto, lo qúe ruion. ciue el sol Lstá
producicndo una ccniza db fielio, apeshr de:e$s'"coiisütrib'él''sol pueiié Conseivarsd pbr'ünói-30.000 millones de años. Asimismo loselementos que compnen el sol siempre estan en estado de excitación atómica y" esta constiuida por:
l,l_:?9 7o d¡*L{, 18,17 oA'por Hc y los restantes elementos estan en 0,17 oA
Por otro latlo el universo o cosmos está formado-por Galaxias o conjuntos de estrellas y pornBülosas o nubes.de gas qosmi cosmico, consistente Ln átomos de hidrógeno y helio en partículos :,:,'r*sóli<jas. Ei espacio interéstelar está ocupado por un gas tenue, a razon ¡J i;;;o¡"rÁf qu.principalmentc es I{ en un 75 o/o y He 24 6/o, el volumen-restante cstá ocupado por otror .1.*.nror;sin embargo, la composición cuantitativa del cosmos y del sol, es diferente a fa de la tierra. E_n tac"rleza terrestre los ocho elementos más abundantes son: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, f:rl4g; en el qgly_.LelcoSmoSlaseriecieelementosmáS'u*Juni.''.;,Hi##iÑ,li'ffi*-
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4.3. r,A LINA Y SU C0nryg$rclóN
En los últimos años se ha podido obtener una valiosa información mediante el empleo de aparatoscapaces de alunizar vemente y defraer a la Tierra muestras de rocas lunaiés, como'es el caso de losvuelos espaciales de la serie soviética '!Hr" y del proyecto "Apfo;t
"ort"á"ricano, donde el g5olo
t'e ia superficie -lunar esta ocupada fófllos- denominado, nó*.iñtinentes> r r¿i"- .i ú%-;;116;
micromezclas de materia-ilñttffiiiiÜa. L- ffi".*'á;i'". rn¡oc mác onric,,oo *,^--r^- ^^+-^ ,t,r..,", ^rnr{':romezclas de mateña meteorittca. Las edades de las roias más antiguas vaüán'"entre 4.400 a
X.-P,, rnillonEs de afrgs, mientras que las masljóvenes tienen edades entre ¡qóo ilibüimh},años' ' r*@.-
ta edad del Universq^$e acuerdo con la cosmogonia convencial, se estima en función dei plomoradiogénic" (IF'*-101208*) existente en el cosniosla partir de las constantes de desintegraciOnLe ,uselementos.F{r9s(U.,,:l,,,Thj,,),lÉuponiendoquet0d0eslepl0m0sehubieraoriginadodesdeelmCImento inicial, se halla que desde ese momentó deben habef transcwride unos sog,g-p¡11-ones deafros.
;
La abundancia de los elementos no depende de sus propiedades quimicas, sino de la estabilidad desus nú01e0s' Los átomss estables son los que tienen ún número par de protones y n€utrones, engambio que aquellgt -l Q¡e ambas parriculas nucleares son imparer, ron menos ritubhr. La Fig.6.1. indica la abundancia de los elementos en E:l cosmos.
-1
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,iúiñ;;^;l;;_'ñd"Y ! Lvvv uurullos oe arlos atlas. ,bstos basaltos Dor su composición son muy
coz En Ia ",". ffiffi$ffi&fi}H,'"'::iin*:m:::T':19: a;"r ; H;ó i\'v2' rrn la' Luna no exlste c¿ijd"*úHds$irbtrStampoco hay rocas sgoimeltqg.p. Sin lmbargá, e., ta
üryryfr #eHe$*HrH6*qffi ;,i:H,.J,r''13 :#JffiT#rlr,.ft",tír,ru;:cle H, He, Na. En resumen, l4-lruna -es un cuemo sisnificari.r;;.;;;^)",i,^^^,^^ r^ .r.;^_.-^Qe n' He, Na' Hn resumel
P!4!s=qs un cuerpo significaliya¡ne menos oirerenciáoo sp,g.tilInnu,il,j#:'o'oprÑñaioeSdáF4E,F;{#''tffiffio'|'."i*"ru;sidadesentre3,I*y-3,2-,,r-r ¡r " '
LAS ESTRELLAS Y SU COMPOSICIÓN, ,- __
_ --_-:^^ :"14.4.
El método de análisis¡rpeqÍakle.€mision ha permirido.la detern*inasién-delacomposicién de lasestrefias' i*tuytnao ur tor Ett rffierficie rólu, u una temperatura d" gg.ffiexisten átom'¿ntoléculas y radicalesit o3,, c: ''ótt *:- a*. t*, t*r,, etc., en lffatrnósfe¡a soia¡ se hándetectado alrededor de 72 cu?,ésp"oo*inun ón ror*u rdt;h?ri;;a;k11".*SLH_:l_,gEn las partes centrales de las estrellas las altas femperaturas se combinan presiones muy elevadas;esto da lugar al surgimiento de fo*T partires d" -*irt".rcia de la materiá En el celtro del sol iatemperatura Ia alrededor de 107 o g I ú,
= -rrol_rq del orden ál-rot" at,n. En semejanrescondiciones Ia materia está coiiliiffiich pór nricteor uio*iror aul-ffi riJ*on* ribres; 0 sea, queia materia se transformu
"" "n pi**;'i;t;ffi;;t;#"1". En el
""núo de las estrellas giganres tatemperatura es del orden de 1ó8 oc y paratodas r".
""t'"nus es característico el estado electrono-nuclear de Ia materia' Teóricamente áqtñ;;;.ffiü estado neutrónico con densidad nuclear y
47,:
la existencia". de potentesHe, etc.
ilcutrAn og J^tcEMtatA cEOt óctcA - cEo0aiuJc¿ GTNERAI. g;l.q fi.t - - . tns. zuas:P*r c.
de estrellas neutrónicas, con las cuales los astrofisicos reiacionan los pulsares (fuentes
radiaciones pulsantes). Los elementos que existen son el He y H luego por C, O, Ne,
Los mete
4.5. LOS METEORITOS Y SU g.o=_"M"r'o,".sJctoN
AeJ:*@* que se 1u.q-eJ9n-$sgú"r-órlitaselíptipag.?]¡,,gdedorfrecuencia Caen ñüé la tiérrá. eómo únicos testigos de cuerpos extraterrsstres nos dan
sobre:
. El origen común de la materia en nuesüo sistema solar, al que pertenece la tierra.
interiores de nuestro ue conserva lemente un estado semeiante
á*LQ-s-..c..u.qrp."o',,$-.extr¿.terrestrgs.d.gdgndeprovienenpqr.lQ m"-e"noS una parte de los mgleo-¡tlgq
conocidos.I Además de los meteoritos, se obtiene información de la materia exfiatarrestre por el
análisis espectral de lá rnateria luminosa
La mayor a de los meteoritos se desintegran al atrav ezar la atmósfera convirtiéndose en polvometeórico;muchosalcaerformancráterescaractcrísticoScomOcl@
Los meteoritos procedieron de un cuereo del sistema solar, desintegrado por colisión, en losplanetoides que ocupan 1a órbita entre mafie y jupiter. La 9dg!-g{_c-r¡lada -p.qp,eg!os-..41qte9fit-o-$-e.¿aprp*gadamente la mis.lpES*g.i?,dg,l4-ti-e,gq"$ecientemente áGsttiEiá[süi*omposición quimica, yen la varíedad de condritos .carbonosos,'-ie han encontrado compuestos orgánicos complejos(aminoacidos), que son constituyentes esenciales de los organismos vivos. Estós descubrimientosdemuestran que en el sistema solar se han producido y se producen procesos de síntesis.química quegeneran estructu ras quírnieas intermedías e irnprescindibles en 1a génesis.de seres vivos.
Como evidencia de material extraterrestre, su composición química y mineralógica es cle particularinterés; ya que proceden del interior'de un cuerpo del sistema, cuyo origen es común con el de latiena.
Los meteoritos están
1.-
n La fas.gmgfáljsa de F.-Ni-1!4ggpj)=5r 1/4/t&'4 #i"tt ¡¡"st-*{Ér-
. La fgse de sulfuro,-g.de la troilita (side_o-ljp;) r/frs Ett¡ Í-¡eb o¡rtr{a$tTas
Aproximadamento la mitad de los meteoritos( si deritos) ;
.3 5.i**9. {l*g1g.r ( aereo I itos) y un
(sidfgol¡lo¡).
4.5.1. CLASIFICACIÓNDE MBTBRORITOS
Segun su composición mineralógica, o sea de acuerdosilicatadas, los meteoritos se clasifrcan en$s gy_qoj:
encontrados están formados por la fase metálica50A están for mados por una mezcla de ambas fases
fases metálicas o
48
a la preeminencia de las
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o nieteoritos en lós qüe predomina la fase me.1pliga de Fe-Ni
3:lj1o"li{eritos, o meteoritos en los que hay tanto la &eg ng$* a y ta faseEgggS
de silicatos. son Detreo-r=+:#_. -*.'.,*===""'
3.- Meteoritos perreos o lititos. En los que predomina la frqe dg^s{*#
La Tabla 6' 1., es una versión de Keil, nos indi_ca la clasi ficación de los meteoritos.
Tabla 4.2CLASMICACIÓN DE LOS METEORITOS' (Según Keil, 1 969)l n
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Meteoritospétreos o líticos(aerolitos)
(Silicatos dediferentes calses)
Acondritos,,pobres,encalcio
EnstatitaBroncitaOlivinoQllvino - Pigeonita
98
i5
Acondritos ricos en calcio AugitaDiopsida-olivinoEnstatita-pigeonita-plagiocl as aPigeonita - plagioclasa
1
213
30tr40050050
10
2A
Condritos con:4A %de olivino30 Yo de piroxeno20 Vo de Ni-Fe I
fi %deplagioclasa6 Yo de Troilita ,i
EnstatitaRicos en Fe (broncita. Olivino)Pobres en Fe (hiperstena-olivino)Pobre en Fe combinado y metalicoRicos en Fe combinado y pobre en metalCarbonaceos
I.itosiderítos(Fe-Ni y Silícaros
t"arr&slI0s
SiderofrlosLodranitaMesosideritos
431
1
25
SideritosjiexaedfltesOctaedritasAtaxitas
81
42442
l
i'como se ve pn la tabla anterior, Ios meteontos pétreos o lititos (también llamados aereotitos¡tiidividen en dos grupos; acondritos y condritou, ,rio, nlriroo, están formados por cóndrulosos queson cuerpos esfericos pequeflos ( 1 mm de diámetro¡ *r, cuy* com posición entran principalménteortopiroxenos y olivino.
Los sideritos o rheteoritos de fierro, consisten principalmente de una o dos fases metálicas, o sea Ni-Fe' con otros minerales accesorio, "o*o
tmiliii (mineral semejante a la pirrotina. pero sin su excesode azufre), sclueibersiray $afito. n*iiteo rqp;üúesf-e.;j.a.gs-;ds-s-id.e;iros:t
j
49
Hexasd¿i$as. Cuya fase metálica es lahexaedros.
kamocita (Fe y Ni, 5-6 %) que l'orma cristales cúbicos,
Qctaedrit¿s Que consisten de un entrecrecimiento de la aleación toemita (3a %Ni) que bordea a lakomaéita en forma de lamelas, que son paralelas a los planos octaedrales de un cristal de Fe-Ni.
Los sideralitos están formados por una aleaciónaproximadamente iguales. s. r..oío..;t; ;;jñilr,di ferente composici ón quírni ca y rnineralógi ca.
de Ni-Fe y silicatos en proporcionesmesosideritos, siderófilos y ladronita de
Los aconciritos forman un grupo diferente de meteoritos - pétreos sin cóndrulos, de cristales másgruesos que los condritos' Muchos acondritos se asemejan arocas igneas t."értr* .; ,"*i*i"i¿"y textura, por lo mismo tienen que haber cristalizado de un fundico ,;il;;;Las tectitas son t"'T.n:: hallazgos, a menudo considerados en los meteoritos, consisten'de vidrjovolcánico ( 75 % Si02), t.n't.¡ni., a la absidiana. Tienen composición química inusual: altocontenido de silicio, alútnina, potutio y calcio, bajo contenido de'*ugn.rio y sodio; compsició'semejante a Ia de granitos, nolitas'y-algunas ,oóu, sr¿imrnturiur. .iur-tectitas se.errcuentra'generalmente corno ntasas redondeadas ¿úoo 3-00 ; á. F;;;;; i¡á-; ii-tu, que no hay vestigiosde vuicanismo.
I
' Hvrv wrr 4rL4r sll l¿
h i dratad o s de F e-M g ( mi n eiar es '.' ;i;ri; ;ffi fi ;:".:,# ü';H:; ffi¡"#,lTTffi H ;'J ilT:compuestos orgánicos complejos. En base a investigacionés realizadas ro.l ;;;;ffiü;;h,ion,caida en Ausrralia en 1 969, se arienta 'n
origen "o
üiorJtir" p;r;;r*;;;;;;;;;J;il;l^'
TABLA 4.3.F-RECUENCIA DE LOS MEiEOTTOS EN LATIERRA
l-' Para la clasificación de los elementos qulmicps de D.I. Mendielev, el sistema periódico tiene una' sun importancia desde *i;il" de visá g;;A;;ro; sin embargo, esre sistema solamente roma en
I :i:1:"t1qif:$ariofes generales de los slementos y no caracr eriza et rorporru iento de losi ; mismos en las diferentes condiciones naturalgs, donde llemeI
i_ j_ sr demos ver que d pffi*li-#;
i , ::H:*j:.";::*::*:l:'l?ltou"lo, "1e*"'iá';iü;ilesde er úó;.;ilta quírnico, se', compo{an de forma diferente en la corte za tenestre con fre-iue ""i^.
Por.que-para éstos ru i*¡oru"cia fundam"*i ü tr";;" *ffi iropiedades') de los elementos que desdé el punto de vistajquimico general por** un carácter r*.undurio y no' fueron tomadas en consideracióndurante lu riuüó*oión de la clásificación química. por tal razón se
I llil,rffilfl*,elaboracién de clasifitutionri*rp**¡uiru o* lou Jr**otos quírnicos desde et punro
s"' según Ia opiniÓn de v,l, vernadski, los factores geoquimicos no fueron tomados en consideración ai
, ::lfff,T:iffi:::l}ffiif'riódicó ce ros eiimJ"t", por ranro, esta clasineación quimiea no puedo,Á*v¿Árv*v¡vr¡.Ll$rttltvll uu puuugr sustituir ¿ las geoquimicas.\':
=; ::l:,:.:]:sr.[lciones geoquimicas los elementos se disponen en grupos, cada uno de los cuatesconstltuye una asosación paragénetica cuyo conocimiento es íu*urrente nec*sario para lat resolución de tocla una serie i: jlf.:, S;r;;'d; ris cuares se destacan las siguienres.I7 o El estudio de los yacimientos minerales.
l)!
I , \ . \uprospección dó los yacimient,os *inrrulrr.
. T n d,,^I,,^^if -- J ! -' La evaluación de las reservas de materi;;;ilr, minerares.. La conservación del medio.
s.2 caRÁcTER GEOQ{,rrMrco DE LOS ELEIV'TENTOS
El caráeter geoquimico es la afinidad que tienen los elementos de poder combinarse con otrosdeterminados elementos y depenoén fiñdam#alñte de la configuración electrónica de sue-átotnos' por ello existe uná estrfch" r"l"rio" *ffi;ü#;ión de ros elefiiinás en ra tablaperiódica.Esta afinidad geoquímica.ha sido investieada,.p:I^.uqi"s. geoqujgicos, enrre eilos washington(1e20)' ooldscñmiifi litlsid"kil;-$d*rLigioi slaoeczJcy-Kardoss (1952), quienes rrakronde ordenar ros eremenios uás¿noor; ;; ;;#;"T Ár"áli*,*.El carácter geoquímico de los elementos define su afinidad ^,,. r.io^o- ?áó^^^+n^r Li-,..-
vEr*vrv¡ 6vvl{u'trruu uc los elelnentos detinesu afinidad que tienen respecto al hierro metálico, alazufre para formar sulfuros; ar oxlgeno;;;ilt"ñ;dos ó silicatos o ui*o mide su presencia en la) atmosfeta' En este sentidr;lg";";ilñ;;;ffir:-* afinidad por más de un grupo geoquimico,
51
debido u qyr la dístribución de cuarquier elemento depende en.- presión y el ambiente químico del sistema en su conjunto
5.3 CLAStr'ICACIÓN GEOQUÍMICA DE LOS ELEMENTOS
Para cada sistema de la corteza.terrestre gu.ede ser elaborada una clasificación geoquímica especial;por ejemplo, paÍalos magmas (ácidos, básicos, alcalinos, "trj,iu, aguas oceánicas, las cortezas de
:.:l:::Íación, etcétera. Para esto es necesario la utilizari¿n táriunufd" lo, criterio; cuantitativos ycualttativos sobre la intensidad de la migración, agrupando a los elementos de acuerdo
"on ,u,
capacidades de migración en las diferenies condic]onls; es decir, * g*po i"6ryr'; t";;; ;;;elementos que en determinadas- condiciones migran enérgitamente, en otro a los que migran con unaintensidad media, en otro a los de baja capácidad dé miFración o que son^inertes en dichas
.' Dentro de las clasificaciones geoquímicas las que
- siguientes clasificacione-s:
alguna medida de la temperatura,
han alcanzado mayor difusión son aq4ellas queen grandes sistemas geoquinicos.'Se tiene las
5.3.1. Clasificación según A.E. Fersman (endogenos)
Este autor toma en cue-nta la migración geoquímica, quien consideró el comportamiento de loselementos químicos en los pro""r:o, enrlógenis. n"rrÁan dividió todos ro, "l.ri"n*'q"i-i"", ."$upos que ocupabln diferentes campos del sistema periódico y de acuerdo con esta clasificación, elcampo superior dc la tabla era ocupado por los elemlntos más distribr-ridos en la corteza terrestre; elcampo inferior izquicrdo era ocupaclo pot los metales caracteristicos de las..nr.enas sulfurosu, qóu,7n, Pb, As, sn, etc'); mientras qu. ét derecho era ocupado por lo.
"r.,n.nio, pr"pi", i. l*pegmatitas graníticas (Zr, Ñb, Ta, etcétera). Esta clasificacibn ,. óbr.*a en la figura 5.1
5.3.2. Clasificación según A.M. Zavaritski (endogenos)
Realizó una clasificación más detallacla, también toma en cuenta el proceso endógeno, este autordividió la tabla periédica de Mendeleiev en l0 bloques que son: (ver figura 5.2)
1. Gases nobles.Z Elernentos-fonnadores de roeas,3. Elementos de las emanaciones magmáticas.4. Elementos del grupo ¿. ¡i.,-
--'*
5. Elementds raros.6. Elementos radioactivos.7. Elementos de las menas metálicas.8 Elemenros metaloides y metaiofiicos.9. Elementos del grupo del platino.10. Halógenos pesadoi.
52
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La migración hipergéniea de los elementos qtrímicos se diferencia notablemenfe de la hipogénica,por tal razfin,las clasificaciones que toman pn cuenta el comportamiento de los elemenioJrn la*sondicisnes exégena"s se distinguen sustanoialrnente de las clasifiesciones de Fersman y Zavaristki.
Elaboró una elasificación que contempla la:igeneralización del comportamiento de los elementosqufmicos en la corteua
le.ffestrs y en el manto superior, El tomé en con;ideracién las particufunJu6*t
rnás importantes de la historia de los elementos quimicos, la capacidad de los mismoi-p* fono*minerales y las acumulaciones de determina{aq esp"ci*s atómicás. vernadski distinguió e grupos aeelcrnentos, dondc pl más grande de ellos es el ds lds clcmentos cíclicos; es deeir, aqñeilos ñráio**nparte en complicados ciclos y que por su masa predorninan en la correaa terrestre; ellos oónstituyenla masa fundamental de las rocas, las aguas y io, orgunismos. Esta clasificacción se observa en iatabla
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5,3.4. Clasificación según V.M. Goldsmidt,
Este autor clasifica a los elementos en base a la afintdad geoquimica (carácter geoquimico) yelaboro su hipotesis, de acuerdo con la cual en sus inicios la Tierrá r,
"rr"ootraba en estado fundrdo
y.comparó el proceso de diferenciación de ios eiementcs químicos err ia Tierra con ru r,rrrJi"io' ydiferenciación de los metales de las menas.
La clasifrcación geoquímica de Goldshmidt se emplea ampliamente en la geoquímica porque,tomaen consideración la esfructura de las envolturas electrónicas de los átomosln lL t.", ár", riqulí;lde la formaciÓn do un metal. En base a estos resultados un elemento púde ser clasificaA"=r;fi;;afinidad geoquímicrr en tos siguientes (""r;;;;;.ü;;r.a 5.3)
SAcL'úilü-Forman iones con 8r018 electrones en su capa externa y bajo cietars circunstanciasquírnicas no se encuentran\fácilmente dirp;;rbi;r ¡*. r";binarse ,oi ot*, elementos y tenden aocurrir en estado nativo. En.este grupo "rtun lp. "i"*rr*, del grupo VIII B y vecinos cLlyas capaselectrónicas se encuentran incorñptetas (s, Ñ;;;l;i ;. ioniraóion es alto pI:7 ev). Tinen laafinidad de combinarse con el hiéno y se
"tiru"ni* en este grypo el Fe, Ni, co, platinoides yotros.
c,alc?-fitox^Forman iones con 18 electronep en la capa más externa y pertenecen los subgrupos B,tienden a formar enlaces covalentes con el azur.". sli potenclat de iónización es eleyado pI:7.5 -10.5 eV). Se encuentra: en este grupo 1l Cu, 4+ l,lir]r€,!b, Sb_ As, ctc., esros jienen afinidad de,icombinarse coR el Arufu. I t. :-? - ^o1::E
:,FLitofilosL Forman iones con 8 electrones en la capa más externa y sus elecfrones de valencia estánrnás disponibles' su Potencial de ionización es t"i;tÉ - 6 ev y tienden a formar enlaces iónicoscon el oxigeno colho el caso de los silicatos. Se eJcuentran en este grupo el Al, si, K, Ca, etc.
Atmqfiloyson elementos propios de la atrnosfera,
Biofrlos: son elementos esenciales para el metabotrismo celurar.i
5.3.5. Clasificación según A.I. perelman (exógenos)
53
Este autor toma en cuenta los procesos exógenos y se basa en la forma, intensidad y contraste de la"'rnigración de los elementos quimicos, su cafracidaá de contraste en determinada banerageoeuímica,
así como su capacídad de concentrarse en 1ar agrras naturales en forma de cationes o aniones. porotro lado este autor toma en cuenta la migración de los elernentos quimüor .n la zona dehipergenesis, en los cuales determinados elemen"tos manifiestan su rrg;á;;'f;;^;"érgica.Lo más importante en esta clasificación es la división de.los elernentos químicos en migrantes en lafase gaseo sa y migrantes en la fase acuosa Los primeros migran prinripui*;il ;" forma de
: :uTpucstos gascosos y volátilcs; ellos_migran disuóltos cn las iolucio""t u.uorur fo*ig."" " fr-\. . drógeno en forma de sales; carbono en formla de Ca(HCO3); nitrógeno en forma ¿e nitratosi sales deamonio). Los elementos del 2do. grupo, como regla, no *igrun ó rnigru" ÁüJéb;i;;;;r'r;;;;de compuestos gaseosos, haciéndolo preferenteménte en foina de iones, moléculas no disociaAu, V--- - - +a+ic
El comportamiento de los elementos quimicos en la corteza terrestre en gran medida estádeterminado por la capacidad de los mismos de comportarse como cationes o io*o union"r, uricomo por ia capacidad de variar la valencia, por la lito;filidad, calcofilidad y siderofilidad. Sobie labase de estos principios Parelman ha elaboiado una de las clasificacionei ;r ;;ñil", ¿" lo,elementos quimicos (Figura 5.4).
Esta clasificaclón, claborada por A.I. perelman, conternpla Ios siguientcs grupos:
l. Elementos formadores de cationes2. Elementos formadores de aniones3' Elementos litósfilos ¿e valencia constante que rnigran tanto como aniones que como
cationes.4' Elementos litósfilos y calcófilos con valencia variable que migran tanto como cationes que
comoaniones. \ I Q--- --
6. Elementos dcl grupo clel hicno.6. Elementos del grupo del platino y los platinoides.7., Elementos del grupo de los metales
"ul"ófiIo..8. Grupo de los gases nobles.
En lo lundamental esta clasificación, al igual que las clasificaciones de Fersma n, Zavaritski,Goldshmidt, etc., toma en consítleración lis ,rtodo, po,t¡r"itirit ¿i k ;;;r;;;;"iii¡á-il't^¡r,de los elementos en Iu formfl gaseosil, solucíones y findielos. Los factores de Ia ntígración nrccd-rtica, bíogénica y_tecnogénica no son fomddos en óinsideración
r '
Hablando estrictamente,- a cada tipo de migración le corresponde o debe de corresponderle urifclasificación particular de los elementos químicos. Por tal ,uion,cualquier intento de clasificacióngeoquímica para la corteza terrestre, lá biosfera o cualquie; ;k" ;;;" ;jj; [""q"i*ir",inevitablemente deja de tomar *n "oniid.ración
determinados aspectos de la migración, es decir,sólo es aproximado.
s.s. ASPECTOS QUE DEBBN TOMARSBGEOQUIMICO DE UN ELEMENTO
BN CUENTA DURANTE EL ESTUDIO
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El análisispermitidodurante el
':1' Propiedades flsicas y qüfmicas' que iletéfminan Ia migraiídfi oet élemento en laterrestre y en Ia Tjerra en su conjunto: : "
::\. Posición en,el sirt.-a periódico ¡¡ estructurar Isótoposysusparticularidades. . .
. Dimensionéé de lós áiomos y'los iones-,o Solubilidad de los compuesios. .. Densidad y otras propiedades fisieas. - .
aorfeza
atómica.
_!p"s a" e"tú"s eq-i:
. Potencial de ionizacron.e Potencialredox.. pFI de precipitación de los hidróxidos." Otras particularidades,,
2. Cla¡kes del eie*,' l- 1 :
ento en Ia corteza terrestre y en las diferentes geosferas. Clarkes deconcentración y análisis de.los mismos.. , - ,,,'
' Y:fl:::::^Tj^.:l::enfo+,e4 los direrentes sisrernas narurates: masnático, hidrotermat,hipergénico, etcétera.
Li, Na, K, Rb, CsBe, Mg, Ca,Sr,BaB, Al, Sc, Y '':I terras raras(C), Si , Ti', Zt, Hf , Th(P), V, Nb, Tao,'cr, w, u(H), F, Cl, Br, I
N, H,.(O), (C)He, Ne, ArKr, Xe,:Rn
Fil, c, N, (o), P
(Tl), Ga; (Ge)(Fe), Mn
* Calcófilo y litófilo en la corteza terrestre.,+ Calcófilo en la corteza terrestre.
*1 Litófilo.en la corteza tériestre. ,
( ) lndica un segúndo orden de preferencia en la afinidad.
Algunos eiemenios muestran afinidad por más de un grupo de elementos, ed;io puede deberse, a causa de que ladistribuciÓn de un elemento depende en cierta medida de la temperatqra, presión y el medio químico del sistema.
:
De la Tabla anterior también se puede señalar los elementos de,los melgles pesados considerados l'tóxicós". ,
como Pb, As, Cd, Hg, Zn, Cr, Ni, Se y en menor grado Fe, Mn, Sb, Co, Ag, etc., corresponden mayormente a loscalcófilos y siderófilos,
Dado que los elementos calcófilos se asocian preferentemente al azufre y los siderófilos'con el hierro metálico, setienen los depósitos o anomalías geoquímicas de mineralesrcomplejos d,e Pb,Zn, Ag muy asociado al azufre,formandovariossulfuros. | , , .,.,.,
.:
TABLA 5.2 ".
GRUPos GEoQurMlcos oE ELEMENTOS (sesún vernadski)
He, Ne,Ar, Kr,XeR u , Rh, Rd, Os, lr, Pt,Au :
H,(Be), B,C, N, O, F,l.Ja"Mg,Al,Si,p,S,e l, K,Ca,Ti,v,(C r) , M n , Fe, Co, (N i), C u, Zn, (G e)?,As, Se, S r, (Zn )?,M o,Ag , Cd , (S n), (S b); (Te), B a, (Hf) , (W), (Re), ( H g ),(Ti), (Rb),(B¡).Li,Sc,Ga, Br, Rb,Y,(Nb), ln, I,Cs,TaFc,Rn,fi,a,Ac,Th,Pa,U ' 'u,.La, Ce, Pr, N d, Prn, Sm, Eu,Gd,Tb, Dy, Ho, Er,Tu,Yb, Lu
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Elementos del grupo del l-rierro
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