4.- La erosión y el transporte


Introducción

Procesos erosivos

    Meteorización física

    Meteorización biológica

    Meteorización química

    Factores que influyen en la meteorización

Procesos de transporte

Lecturas recomendadas


4.- La erosión y el transporte


Introducción

Dentro del ambiente exógeno, uno de los procesos más importantes que tienen lugar, debido a la dinámica superficial del planeta, es la erosión, es decir, el desgaste físico y químico que sufren las rocas bajo la acción de los agentes atmosféricos. Asociado a este proceso está el de transporte de los productos de la erosión (fragmentos de rocas, minerales, sales) por los mismos agentes que producen los fenómenos de erosión: el agua, el viento.

Los procesos erosivos tienen lugar como consecuencia de tres grupos de fenómenos:

  1. Los de carácter físico, ligados a cambios de temperatura, o de estado físico del agua (cristalización de hielo en grietas),
  2. Los de tipo químico (disolución de minerales, hidrólisis de éstos, cristalización de sales)
  3. Los de tipo biológico (acción de determinados microorganismos, como las bacterias, líquenes, o de las raíces de plantas).Pulse para ver con mayor detalle

Como resultado, las rocas de la superficie terrestre, formadas en determinadas condiciones de presión y temperatura, al quedar sometidas a otras muy diferentes reaccionan con el entorno, lo que induce a un desequilibrio. Esto da lugar a su fragmentación y a la salida de determinados componentes químicos, desde su casi totalidad (si se produce su disolución), a la lixiviación o lavado de determinados componentes, que deja un residuo insoluble enriquecido en determinados elementos o compuestos.

Por su parte, el papel del transporte es también importante, ya que en algunos casos, si su acción es mas lenta que la del proceso erosivo, se podrá producir la acumulación in situ de los productos de la erosión. En otros casos el proceso erosivo puede suponer el desmantelamiento continuo de estos productos. El transporte juega también un papel muy importante en la clasificación de los productos de la erosión, ya que su mayor o menor capacidad de arrastre y reactividad química condicionan el que los productos de la erosión sigan o no siendo transportados.
 

Procesos erosivos

Como ya se ha indicado, la erosión tiene lugar mediante tres grupos de mecanismos: físicos, químicos y biológicos, que en general se combinan, con mayor o menor importancia de unos u otros en función de un factor primordial: el clima, que condiciona a su vez la disponibilidad de agua, de vegetación, las temperaturas medias, sus oscilaciones. Estos factores influyen en la degradación a la intemperie de cualquier sólido. Por ello, hay climas que favorecen la preservación de las rocas, y climas bajo los que se produce una muy intensa meteorización, así como la rápida descomposición de cualquier resto orgánico.

Meteorización física

La meteorización física agrupa a aquellos procesos o mecanismos que provocan la disgregación de las rocas, sin afectar a su composición química o mineralógica. Son de naturaleza variada:

Cada uno de estos procesos se da con mayor o menor importancia en unas regiones u otras en función de su climatología, y lo normal es que en cada región se den varios mecanismos, que pueden ser más o menos activos en cada caso dependiendo de la época del año (variaciones estacionales).

Meteorización biológica

Los organismos provocan también la meteorización de las rocas, en dos vertientes: una biofísica y otra bioquímica.

En el apartado biofísico tenemos fundamentalmente la acción de las raíces de árboles y arbustos, que al introducirse en el subsuelo ensanchan las grietas que puedan existir y colaboran en la fracturación de las rocas. También podemos señalar el papel de algunos animales, sobre todo los que excavan madrigueras, o los organismos costeros que viven sobre las rocas perforando pequeñas oquedades, contribuyendo de forma muy marcada a la acción erosiva del oleaje. Papel aparte merece la acción erosiva desarrollada por el hombre, que con sus obras, construcciones, etc., provoca tantos y tan variados efectos erosivos.

En el apartado bioquímico, las propias raíces de árboles y plantas actúan químicamente con las rocas, captando cationes y contribuyendo a la alteración de los minerales. Los líquenes, famosos por su capacidad de colonizar las superficies de todo tipo de rocas, segregan ácidos que permiten su fijación al sustrato rocoso. Por otra parte, los productos metabólicos de los organismos que viven sobre las rocas incluyen productos muy agresivos para éstas, que favorecen su descomposición.

Meteorización química

Las rocas, al estar formadas por minerales, son sensibles al ataque de los agentes químicos existentes en la superficie de la Tierra. Por tanto, las posibilidades de la meteorización química son tan variadas como puedan ser las relaciones que se establezcan entre las propiedades del mineral y la naturaleza del medio ambiente en el que se encuentre. Hay minerales solubles en agua, otros en ácidos débiles, otros en ácidos fuertes, otros tienen tendencia a incorporar agua a su estructura, algunos se ven afectados por la luz o por el calor solar, etc. Sin embargo, en lo que se refiere a sus efectos, son en su mayor parte de tres tipos: disolución, hidrólisis y oxidación, sin olvidar otros que pueden ser localmente importantes, como la descomposición térmica.

La oxidación de minerales implica el cambio del estado de valencia de los metales que contiene en presencia de oxígeno libre. El caso más conocido es el paso del hierro de 2+ a 3+, que afecta a minerales como pirita, olivino, piroxeno, biotita. Esta oxidación produce además un aumento de la carga positiva en el mineral, que tiende a compensarse con la entrada de iones hidroxilo (OH-) Esto, unido al mayor tamaño iónico del Fe3+, desestabiliza la red cristalina del mineral. La oxidación puede ir acompañada de los procesos que veremos a continuación.

La hidratación implica la absorción de moléculas de agua y su incorporación a la estructura cristalina de algunos minerales. Es un proceso que suele implicar un aumento de volumen del mineral, y que en algunos casos puede ser reversible. El mineral hidratado suele tener distinta estructura cristalina que el original, es decir, se produce la formación de otro mineral. Es el caso, p.ej., de la anhidrita, que por hidratación se transforma en yeso:

CaSO4 + 2 H2O -> CaSO4 · 2 H2O

Otro caso es el de algunos minerales de la arcilla (las denominadas arcillas expandibles, del grupo de la bentonita), capaces de absorber grandes cantidades de agua, lo que puede traducirse en un aumento de su volumen en hasta un 60%, mientras que al perder agua por desecación se vuelven a contraer.

En algunos casos, la repetición cíclica de procesos de hidratación-deshidratación, propios de climas estacionales, puede provocar la destrucción de la red cristalina del mineral.

La hidrólisis consiste en la descomposición de los minerales debido a la acción de los hidrogeniones de las aguas ácidas. El proceso implica tres pasos: 1) rotura de la estructura del mineral. Debido a su pequeño tamaño y a su gran movilidad, los iones H+ se introducen con facilidad en las redes cristalinas, lo que produce la pérdida de su neutralidad eléctrica; para recuperarla, el cristal tiende a expulsar a los cationes, cuya carga es también positiva. Como consecuencia, la estructura cristalina colapsa, y se liberan también los aniones. 2) Lavado o lixiviado de una parte de los iones liberados, que son transportados por las aguas fuera de la roca meteorizada. 3) Neoformación de otros minerales, por la unión de los iones que dan como resultado compuestos insolubles. La intensidad del proceso hidrolítico se traduce en el grado de lixiviación de elementos químicos y en la formación de nuevos minerales. Veamos un ejemplo:

Un mineral frecuente en las rocas ígneas es la ortoclasa. Su hidrólisis produce la pérdida de parte de su potasio y de su sílice:

3 KAlSi3O8 + H+ -> KAl2(Al,Si3)O10 (OH)2 + 6 SiO2 + 2 K+

Es decir, implica la formación de un filosilicato (illita), sílice (en forma de cuarzo o de gel, que puede ser arrastrado por el agua), y iones potasio, que se lixivian con el agua. Ahora bien, cuando el medio es muy rico en H+, se produce también la hidrólisis de la illita:

KAl2(Al,Si3)O10 (OH)2 + 2 H+ -> 3 Al2Si2O5(OH)4 + 2 K+

Es decir, la formación de caolinita y la liberación total del potasio contenido en el mineral original. En medios aún más ácidos, y a temperaturas más altas, se llega a producir también la hidrólisis de la caolinita, con formación de hidróxido de aluminio, gibbsita:

3 Al2Si2O5(OH)4 + H+ -> 2 Al(OH)3 + 2 SiO2

Otro caso de lixiviación es el que afecta a los carbonatos, en especial a la calcita:

CaCO3 + H2O -> Ca2+ + 2 HCO3-

La disolución implica que determinados componentes químicos de la roca pasan de formar parte de ésta, en forma de un compuesto mineral, a formar iones en disolución acuosa. Esto afecta sobre todo a los minerales que constituyen compuestos solubles, como la halita (NaCl) o en menor medida, el yeso (CaSO4 · 2H2O).

No hay que olvidar que este proceso implica la disolución de algunos de los componentes de la roca, pero no de otros, es decir, arrastra (o lixivia) a unos componentes, los más lábiles, y concentra relativamente a otros en el residuo. En cada caso, dependiendo de la concentración del mineral que se disuelve, los cambios serán más o menos importantes.

Los procesos de disolución e hidrólisis se ven favorecidos por factores climáticos y ambientales, y en especial por las altas temperaturas de los climas cálidos, que favorecen la dinámica de los procesos, y por tanto, la presencia de aniones en el agua que la hacen más activa químicamente: caso de los aniones Cl-, SO42-, HCO3-. La presencia en el área de compuestos "precursores" de estos aniones, como los carbonatos o sulfuros, favorece aún más este hecho. Es el caso, p.ej., de la existencia de yacimientos de sulfuros metálicos.

Es importante observar que frente a estos procesos de disolución y lixiviación hay elementos que se movilizan con mayor facilidad que otros; hay elementos que entran en disolución con gran facilidad, mientras que otros tienden a formar geles, menos solubles, o forman rápidamente compuestos muy insolubles, quedando por tanto retenidos en el residuo de la roca. Así, los elementos se lixivian por el siguiente orden de mayor a menos facilidad:

Na2O>CaO>FeO>MgO>K2O>SiO2>Al2O3

mientras que los que tienden a concentrarse en la roca alterada son:

H2O>Fe2O3

Factores que influyen en la meteorización

Como hemos visto, son muchos los mecanismos que actúan de forma coordinada para producir la meteorización. Cada uno precisa de unas condiciones más o menos importantes para actuar, en forma de una serie de factores condicionantes: el clima, la litología, la topografía, la actividad biológica, el tiempo de actuación y los procesos de transporte.

El clima tiene, como ya se ha indicado anteriormente, una influencia fundamental, ya que controla la mayor o menos abundancia de agua (principal agente de la meteorización) y de vegetación. Otro factor asociado es la temperatura y sus oscilaciones. Destaquemos, en lo que se refiere a la meteorización química, que cada aumento de 10ºC de la temperatura duplica la velocidad a la que se producen la mayoría de las reacciones químicas.

Así, el clima más favorable para los procesos de meteorización es el tropical, en el que la abundancia de agua, unido a las altas temperaturas existentes, favorece la mayor parte de los mecanismos erosivos analizados. En climas extremos siempre habrá un agente muy predominante: en climas muy fríos serán los propios del arrastre por el hielo (acción de los glaciares), en los muy secos y cálidos, la acción del sol, etc.

La litología tiene una influencia decisiva sobre determinados mecanismos. Hay rocas, como las cuarcitas, que por su estabilidad química apenas son afectadas por los procesos de meteorización química, y por su dureza, tampoco por los de tipo físico; por eso, normalmente aparecen formando altos topográficos. Otras presentan distintas características en función del clima. Los granitos se alteran con gran facilidad en climas cálidos por la hidrólisis de sus feldespatos, mientras que en climas fríos y secos resisten bien los efectos de la meteorización. De igual manera, las calizas necesitan climas cálidos y húmedos para que se produzca su disolución. Una observación importante es que en las rocas ígneas la estabilidad de los minerales que las forman (Serie de Goldich) es contraria al orden en que se forman, definido por la denominada Serie de Bowen.

Factores asociados al litológico son la porosidad y permeabilidad que pueda presentar la roca, y su mayor o menos grado de fracturación tectónica, que favorecen la infiltración de aguas superficiales, favoreciendo a su vez los procesos de meteorización química y/o biológica.

La topografía, o las formas locales del relieve, pueden afectar a algunos de los mecanismos activos de erosión: por ejemplo, las laderas de solana sufren procesos distintos que los de las de umbría. En las primeras los veranos serán favorecedores de los procesos que implican la insolación, mientras que en las segundas durante los inviernos la acción del hielo podrá ser un agente erosivo importante. También el hecho de que exista una pendiente favorece procesos distintos a los propios de las planicies; en las primeras el agua discurre arrastrando los iones, mientras que en las segundas se produce un contacto más continuado entre el agua cargada de sales y las rocas. Así, por ejemplo la laterización requiere un relieve muy suave.

La actividad biológica afecta también a los mecanismos de meteorización activos. En términos generales, la presencia de una cubierta vegetal continua favorece los procesos de meteorización química, mientras que la ausencia de ésta favorece los de tipo físico.

El tiempo favorece los procesos de meteorización, en general: todos estos procesos son de carácter lento, con lo que cuanto más tiempo queden sometidas las rocas a la acción de la intemperie, mayor facilidad tendrán los procesos erosivos para actuar. Así, si las rocas que albergan un depósito mineral son rápidamente cubiertas por otras (p.ej., sedimentarias o volcánicas), éste será preservado de los procesos erosivos. En este sentido, la tectónica regional puede jugar un importante papel.
 

Procesos de transporte

Como hemos visto, la acción de los mecanismos erosivos, físicos y químicos, tiende a dar origen a tres tipos de productos: fragmentos de minerales o rocas (que reciben el nombre de clastos), geles e iones en disolución.

El transporte se lleva a cabo de tres formas: como iones en solución, como suspensiones coloidales, o como carga en fondo.

Los iones viajan en solución, y para que se produzca su precipitación química han de quedar sometidas a condiciones específicas producto de solubilidad (kps), o de sobresaturación, como las que ocurren en las salinas. Otra posibilidad es que los aniones y cationes sean fijados por organismos para construir sus caparazones, como es el caso de muchos moluscos, algunas algas microscópicas (diatomeas), u otros microorganismos, que fijan el carbonato cálcico de las aguas. También es posible que la mezcla con otros fluidos produzca la precipitación de determinados compuestos. Por ejemplo, en relación con las emisiones volcánicas submarinas se produce la salida de abundantes metales pesados y formas químicas del azufre, provocando la precipitación de sulfuros de esos metales.

En suspensión se transportan las partículas más pequeñas, y los geles, mientras que como carga en fondo se transportan los clastos de mayor tamaño. A su vez, dentro de esta última modalidad existen tres posibilidades: saltación, rodadura o arrastre. El hecho de que las partículas físicas sean transportadas de una u otra forma depende en primer lugar de la velocidad de la corriente (cuanto mayor sea ésta, mayor será el tamaño medio de las partículas transportadas por cada modalidad). Otros factores que influyen son el tamaño de las partículas, su densidad y su forma: a igualdad de tamaño las más densas serán transportadas con mayor dificultad, mientras que la forma influye sobre todo en el mecanismo de transporte activo: las más redondeadas tenderán a rodar, y las menos, a ser arrastradas, o a saltar (ver figura).

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El depósito de las partículas se produce cuando la corriente pierde energía, o lo que es lo mismo, velocidad. Primero dejará de ser transportada la carga en fondo, y cuando la energía sea muy baja, es decir, en aguas mansas o al cesar el viento, se depositará también la carga en suspensión.

También en estas condiciones de baja energía de transporte, y sobre todo si se producen cambios en la fisico-química de las aguas de transporte (como suele ocurrir en la desembocadura en un mar o lago) se produce la floculación de los geles, constituidos normalmente por partículas arcillosas.
 

Lecturas recomendadas

Collison, J.D.; Thompson, D.B. (1989). Sedimentary structures. Unwin & Hyman. 207.

Macdonald, E.H. (1983). Alluvial mining: The geology, technology and economics of placers. Chapman & Hall. 508 pg.

Tucker, M.E. (1991). Sedimentary petrology. Backwell Science. 260 pg.
 
 

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Yacimientos Minerales. Una guía on-line