Geología

Interestratificado. Minerales. Cristalinidad. Valor volumétrico. Oxidación. Contaminación. Actividad industrial. Isótopos. Diagénesis

  • Enviado por: Charusa
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1-¿QUÉ ES UN INTERESTRATIFICADO?

Es un mineral de arcilla compuesto por estructura en la que alternan 2 o más tipos de láminas diferentes.

  • Si la secuencia sigue un patrón ordenado son “interestratificados regulares” y reciben nombres propios, ejemplo: secuencia clorita-esmectita: Cl-Sm-Cl-SmCl…Corrensita.

  • Si no siguen ningún orden claro se denominan “al azar” o “interestratificadosdesordenados”, como por ejemplo la secuencia Chl-MontTosusita.

Ambos tipos de láminas suelen ser:

Dioctaédriccas -(Illita / Esmectita)

Trioctédricas -(Clorita/Talco)

Mixta -(Illita / Clorita).

2-¿QUÉ TÉCNICAS UTILIZARÍAS PARA ESTUDIAR UN INTERCRECIMIENTO A MUY PEQUEÑO GRADO DE ILLITA-CLORITA?

Si se refiere a láminas de pequeño tamaño la Difracción de rayos X las pondría de manifiesto (siempre que sea un intercrecimiento).

Técnicas de bakc-scattered son útiles ya que dan tonos diferentes ambas láminas.

Evidentemente lo ideal es el TEM, que si son muy pequeños sería la única técnica que permitiría analizar las láminas de Mica y Clorita por separado (en profundidad).

TEM: Se puede obtener información sobre morfología, tamaño de grano, composición química, grado de cristalinidad, identificación de fases… en todo tipo de materiales

¿Y PARA IDENTIFICAR Y ESTABLECER LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS FASES MINERALES PRESENTES EN UNA MUESTRA DE FRACCIÓN ARCILLA?

La composición de fracción arcilla de una muestra suele determinarse también por TEM. Si se ha separado la fracción fina, es evidente que lo que tenemos es polvo, así que solo podrá estudiarse en “rejilla”.

3-¿A QUE SE REFIERE LA CRISTALINIDAD, COMO SE DETERMINA? (Cristalinidadpropiedad de un compuesto macromolecular que corresponde a una disposición regular de las macromoléculas entre sí.)

Cristalinidad es sinónimo de “grado de orden” en una estructura o de “grado de desorden”, lo que significa generalmente “desplazamientos ordenados o desordenados” de unas láminas respecto a otras y “desorden de

apilamiento”lo que significa que las láminas no son perfectamente paralelas.

El desorden se manifiesta en:

  • Pérdida de intensidad y resolución de reflexiones no basales.

  • Ensanchamiento de reflexiones basales.

A menudo el desorden viene acompañado por un descenso del tamaño cristalino.

La cristalinidad de la Illita se suele medir mediante el “Índice de Kübler”: se mide la anchura de la reflexión basal (001) a mitad de altura. Un aumento de la medida significa un descenso de la cristalinidad.

La cristalinidad de la Caolinita se suele medir mediante el “Índice de Hinckley”, se basan sobre todo en la relación de intensidad de relaciones no basales.

Depende evidentemente del tipo de mineral y del tipo de desorden que domine.

¿QUÉ TÉCNICA SE UTILIZA PARA ASIGNAR UN VALOR NUMÉRICO AL PARÁMETRO CRISTALINIDAD DE LOS MINERALES DE ARCILLA?

La técnica más usada es la difracción de rayos X, aunque en el caso de los caolines hay índices definidos a partir de espectrometría infrarroja.

¿QUÉ TÉCNICAS SE PUEDE UTILIZAR PARA CALCULAR EL VALOR DE a0, b0 y co?

Para calcular el valor de los parámetros a0, b0 y co se utiliza siempre la difracción de rayo X, bien a partir de polvos cristalinos, métodos del cristal único.

  • Determinación de b0 se hace a partir del espaciado de la reflexión (060) (multiplicando por 6).

La muestra tiene que tener Qtz, porque sabemos el ángulo 2 del Qtz y lo usamos como patrón de referencia, sabemos que:

2= 59,96ºK1

2= 60,32º K2

Usamos el método del polvo orientado.

Si no existe Qtz el barrido se pone a una velocidad + lenta y aumentamos la distancia entre grados, para calcular b0 en base del plano (0k0).

Como vemos en el dibujo, sabemos a que grados2, aparece la cara 2131 del Qtz y la comparamos con el mineral de arcilla, obteniendo así el 2=1,82º que nos da el pico del mineral de arcilla; sabiendo este ángulo podemos calcular el espaciado para (060) y tendríamos:

2= 59,96º+1,82º= 61,28º

d(060) = 1,5003  b0= d(060) • 6 = 9,0018 

  • Determinación de a0 y co a partir de reflexiones apropiadas, como (200) para a0 y el conjunto de reflexiones basales (001), (002), para co.

Hay que tener en cuenta que el ángulo  no vale 90º. d001 = c sen .

4-¿CÓMO AFECTA LA NATURALEZA MINERALÓGICA A LA DISTRIBUCIÓN DE PARTTÍCULAS DE MINERALES DE ARCILLA EN MEDIOS OCEÁNICOS? ¿Y EL CLIMA?

La distribución está en función de la  (densidad) y del tamaño de partícula de modo que:

  • Las Partículas de > tamaño (Caolinitas) suelen quedar más cerca del continente.

  • Las partículas de < tamaño (Esmectitas) suelen llegar más lejos.

Existen otros factores como:

1. Propiedades electroquímicas

2. Agregación de partículas por la m.o.

Importante también el depósito que proviene del transporte eólico:

  • Zonas proximalespartículas entre 5-50 m.

  • Zonas distales (>100 Km.)son partículas mucho más finas.

El Clima?

Climas fríos: Alteración química escasa. Los aportes que llegan a cuencas oceánicas suelen ser mezcla de Illita/ Clorita.

Climas templados: Dependerá de la composición de la roca que se altera. En general aumenta el contenido de los interestratificados Illita / Esmectita (siempre con illitas).

Climas más cálidos: Aumentan la cantidad de Esmectitas (sobre todo bedeillita).

Clima ecuatorial: Aportes dominados por Caolinita, puede coexistir en ciertas zonas con Esmectitas.

5-¿PORQUÉ LAS ESMECTITAS SON MÁS ABUNDANTES EN EL ATLÁNTICO QUE EN EL MEDITERRÁNEO DURANTE EL PALEÓGENO?

ATLÁNTICOLos bordes continentales que nutren al Atlántico durante el paleógeno presentan menos relieves lo que favorece el desarrollo de suelos con Esmectitas también por las mayores distancias de las áreas fuentes de ésos depósitos.

MEDITERRÁNEODurante el paleógeno presentaban mayores relieves, como consecuencia de la Orogenia Alpina, acompañada por metamorfismo, lo que favorecía el desarrollo de Illita y Clorita entre los minerales de la arcilla.

6-¿CÓMO EVALUARÍAS LAS CONDICIONES DE OXIDACIÓN-

-REDUCCIÓN EN EL MAR NEGRO DURANTE EL HOLOCENO?

La ausencia en el sapropel Holoceno del Mar Negro de enriquecimiento en metales como: Cr, Mn, Mo, Re, U y Va, que precipita en condiciones anóxicas, indica que éste, se acumuló bajo condiciones de aguas oxigenadas, por el contrario el enriquecimiento de éstos metales en depósitos más modernos indican un cambio de ambiente hacia condiciones anóxicas. Las condiciones ambientales fueron un aumento en la pluviosidad (diluvio universal) y de la humedad, esta lluvia y humedad está relacionada con parámetros orbitales.

Sapropel Residuos orgánicos procedentes de plantas, algas, acumuladas en ambiente anaeróbico sobre fondos de lagos y mares poco profundos.

7-¿A PARTIR DE QUÉ CRITERIOS PUEDEN INTERPRETARSE CONDICIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN EN EL REGISTRO SEDIMENTARIO?

En términos generales las condiciones de oxido-reducción se deducen de:

  • Contenido en m.o de un sedimento.

  • Presencia de la relación sulfatos/sulfuros.

En condiciones oxidantes la m.o se descompone rápidamente y el S suele formar sulfatos (yeso, alunita, etc...)

En condiciones reductoras se da un aumento del contenido en m.o y un aumento en la proporción de sulfuros.

Los indicadores de las condiciones redox de un sedimento vienen dados por los parámetros:

  • U/Th

  • V/Cr

  • Ni/Co

  • U antigénico

  • DOP = grado de palagonitización

Condiciones anóxicas:

  • Contenido y composición de m.o.

  • m.o / tasa de sedimentación.

  • Contenido en elementos trazas (Mn , Mn , Mn ,Mn )

  • (I ) no existe adsorción por moléculas orgánicas. I I

  • Condiciones de oxigenación:

    1. Tamaño de los framboides

    <7 m aguas anóxicas

    7-25 m aguas oxigenadas.

    2. (IO3 ) Se produce adsorción por moléculas orgánicas. IIO3.

    8-¿QUÉ ELEMENTOS QUÍMICOS SERÍAN ABUNDANTES EN SEDIMENTOS DEPOSITADOS EN UNA CUENCA ANÓXICA? ¿POR QUÉ?

    El Cr, Mn, Mo, Re, U y Va. Porque cambian de valencia y precipitan bajo condiciones anóxicas.

    Cuando hay poco Mn significa que éste estaba en carbonatos y que precipita con ellos en ambiente reductor.

    El Cu, Ni, Zn que son precipitados, sin cambiar su valencia, donde hay sulfuros disueltos.

    (%)MnEs uno de los elementos que + información nos da, principalmente en carbonatos; Las fuentes en C. Oceánicas son por detritismo o vulcanismo submarino. Cuando analizamos carbonatos el Mn nos informa de las condiciones redox del medio de depósito. El Mn (estado reducido coprecipita con el Ca y tendremos carbonatos pobres en Mn. Cuando tenemos carbonatos con ! contenido en Mn indica medios oxidantes porque precipitan óxidos, que son muy solubles y entran en la solución.

    9-¿DE QUÉ ELEMENTOS SUELE SER LA CONTAMINACIÓN QUE SE PRODUCE EN LA INDUSTRIAS LADRILLERAS?

    En función de la mineralogía tenemos:

    • Illita

    • Montmorrillonita

    • Caolinita

    • Cloruros (sal)

    • Sulfuros(pirita, marcasita)

    • Sulfatos (yesos)

    En función de la fuente de energía tenemos:

    • Leña

    • Carbón

    • Gas

    • Electricidad

    10-PRINCIPALES ACTIVIDADES INDUSTRIALES EN LOS QUE SE APLICAN MINERALES DE ARCILLA.

    CRISOTILO Principal fuente del amianto: se basa en su naturaleza fibrosa y flexible que permite hacer un fieltro y tejerlo en tela. Es incombustible y mal conductorprotección contra el fuego, también se usa como material de aislamiento contra el calor y la electricidad.

    SEPIOLITA Usado en la fabricación de pipas de espuma de mar. Como ingrediente activo en farmacia. Arenas para gatos.

    CAOLINAITA Aplicación más extendida como revestimiento de papel también para fabricación de ladrillos, baldosas, tuberías de saneamientos, alfarería. Cuando tiene gran pureza se utiliza en la fabricación de porcelana, loza. También se usa en la industria del caucho y en la fabricación de refractarios.

    MONTMORRILLONITA Se utiliza como sarro de perforadora, aglomerantes, impermeabilizante (para taponar escapes en suelos, rocas y diques) también se usa para el engorde de animales (cerdos) y como espesante en productos alimentarios (papillas).

    TALCO Se emplea en pinturas, cerámicas, tejas, cosmética, papel e industrias de la goma, también para superficies de mesas, cuadros eléctricos y artefactos sanitarios (raro).

    VERMICULITAS En su condición expansionada se usa como aislante del calor y del sonido.

    11-INTERPRETACIÓN PALEOCLIMÁTICA ¿QUÉ FACTORES HAN DE TENERSE EN CUENTA PARA HACER DICHA INTERPRETACIÓN?

    Para reconstrucciones paleoclimáticas podemos usar los suelos zonales:

    CLIMA FRÍOS-SECOS Suelos con ausencia de agua

    ILLITA/ CLORITA Presencia de hielo.

    Escasa hidrólisis.

    Alteración no muy importante.

    Los minerales de la arcilla llegarán a la cuenca de depósito tal como estaban en el área fuente.

    CLIMA TEMPLADO-HÚMEDO Cierto lavado catiónico (Mg y Ca)

    ChlChl/VermVerm Alteración físico-Química importante.

    Illill-/VerSm Clorita suele dar interestratificados ill/Sm

    Illi/Verm

    CLIMA CÁLIDO-HÚMEDO ! Tª y Pº.

    Alteración química importante.

    Si existe buen drenaje Caolinita

    Bauxitas, Lateritas

    CLIMA FRÍO-HÚMEDO ! precipitaciones y ! la Tª, se originan Podsoles.

    Se producen acidólisis.

    Lavado de Al enriquecimiento en SiO2

    CLIMA CÁLIDO-SECO La Tª favorece el metamorfismo

    No existe lavado intenso

    Degradación escasa minerales de la arcilla heredados directamente de la roca madre.

    CLIMA SUBÁRIDO Sm ricas en Al.

    Estación húmedahidrólisis intensa.

    Estación seca no existe lavado.

    Hay cierta neoformación de minerales de la arcilla tipo 2:1

    2º Los sapropeles nos dan también un significado paleoclimático. Los sapropeles capas de sedimentos de color oscuro (> 2% de m.o)

    %Factores que controlan la acumulación de m.o:

    • Producción de m.o marina (áreas de upwelling) y (áreas de alto aporte fluvial)

    • Preservación> en cuencas anóxicas y ! tasa de sedimentación.

    • Aporte de m.o terrestre áreas costeras.

    %La m.o de los sapropeles no es terrestre, existen 2 hipótesis:

    1ª. Incremento de la productividad biológica.

    2ª. Mayor preservación de m.o (condiciones anóxicas).

    % Se usa el Ba como indicador:

    Ya que en abundancia es > con tasas altas de productividad de m.o se observan grandes enriquecimientos en Ba en los sapropeles Hipótesis 1ª

    %Se comprobó si existen condiciones anóxicas u axigénicas, mediante:

    Composición mineralógica y de m.o

    Contenido de elementos traza.

    Indicador de oxigenación tamaño de framboides de py.

    % Existe una situación de columna de agua oxigenada.

    %Conclusión: Hubo una variación de la productividad biológica y un depósito en condiciones oxigenadas.

    12-ISÓTOPOS DE OXÍGENO. APLICACIÓN AL ESTUDIO DE LOS MINERALES DE ARCILLA

     O = ( O/ O) muestra - ( O / O) estandar % 1000

    ( O/ O) estandar

    Nos da información variada pero fundamentalmente como:

    • Geotermómetro Existe un fraccionamiento de los elementos dependiendo de la Tª.

    • Nos dará la Tª del agua en la que se ha formado un determinado carbonato.

    La composición isotópica del oxígeno puede variar en función de: la salinidad, efecto glacial, efecto vital y Tª.

    &Salinidad Por cinemática de reacción el isótopo + ligero es el que más fácilmente reacciona. Cuando ! la salinidad del agua enriquecida en isótopo pesado ( O ), el carbonato lo hace en ligero (O ).

    &Efecto glacial El agua del mar enriquecida en O ya que el agua glacial está enriquecida en O que queda retenido en el hielo aporte de O al mar, se reduce.

    &Efecto vital Determinados organismos pueden tener un fraccionamiento diferente.

    13-COMENTAR BREVEMENTE LOS FACTORES QUE CONTROLAN LA INTENSIDAD DE LA METEORIZACIÓN ¿EN QUÉ CONDICIONES ES MÁS INTENSO EL LAVADO CATIÓNICO?

    La intensidad de la meteorización dependerá fundamentalmente de:

    • Clima (precipitaciones y Tª)

    • Morfología.

    • Litología.

    • Actividad biológica.

    • Tiempo.

    Meteorización química

    En función del clima tenemos:

    Meteorización física.

    La meteorización química Produce la alteración de las fases minerales de la roca madre, produce los minerales de arcilla.

    Alteración favorecida por:

  • Abundancia de minerales solubles.

  • Menor tamaño de partícula.

  • Presencia de ácidos orgánicos.

  • Buenos condiciones de drenaje.

  • 5) ! Tª y ! humedad.

    A medida que ! la Tª y precipitaciones, también ! la intensidad de la meteorización química.

    ¿Condiciones es más intenso de lavado catiónico?

    1) Los procesos que tienen lugar en la degradación de la roca inicial son:

    Bisialitización Lavado de sílice incompleto se originan minerales 2:1.

    Monosialitización Intensidad de alteración >, lavado completo de determinados cationes. Queda síliceKaolinita.

    Lateritas

    Alitización Se pierde la sílice. Lavado completo, se forman:

    Bauxitas.

    El lavado catiónico más intenso se produce en la “Alitización” (se pierde incluso la sílice).

    2) Existe una distribución de suelos Zonal, controlada por la precipitación y la Tª anual. Aquí el lavado catiónico es más intenso, se produce en

    climas cálidos- húmedos 1. ! Tª y precipitación

    2. Alteración química muy importante.

    Si existe un buen drenaje que arrastre cationes se producirá un lavado muy importante. Los minerales son empobrecidos y perderán incluso SiO2 dando lugar a: Caolinitas

    e incluso a Bauxitas y Lateritas

    14-MINERALES DE LA ARCILLA CON SUSTITUCIONES DE OH ! F.

    Son 4:

    • Talco

    • Esmectitas trioctaédricas Saponita

    • Vermiculitas trioctaédricas

    • Cloritas.

    15-¿QUÉ MINERAL POSEE ESTA COMPOSICIÓN QUÍMICA?

    SiO2 = 48,7 % MgO = 2,2 % H2O = 11,8 %

    Al 2O 3 = 19,1 % CaO = 0,9 %

    Fe2 O 3 = 8,2 % k 2O = 6,4 % Respuesta: ILLITA.

    --------------------------------------------------------------

    SiO2 = 61,97 % MgO = 33,03 %

    FeO = 0,67 % H 2O = 3,48% Respuesta: TALCO.

    --------------------------------------------------------------

    SiO 2 = 23,84 % FeO = 17,06 %

    Al 2O 3 = 25,01 % MgO = 19,84 %

    Fe2 O 3 = 2,59 % H 2O = 11,98 % Respuesta: CLORITA.

    --------------------------------------------------------------

    SiO2 = 44,46 % MgO = 0,18 % H O = 13,38%

    Al2O3 = 36,58 % CaO = 0,19 %

    Fe2O3 = 0,36 % K2O = 0,41 % Respuesta:

    --------------------------------------------------------------

    SiO2 = 48,7% MgO = 2,4 % Na2O = 2,6 %

    Al2O3 = 17,1 % CaO = 1,1 % H2O = 10,7 %

    Fe2O3 = 8,4 % k2O = 5,4 %

    Respuesta: muy parecida a la 1º puede ser ILLITA (PARAGONITA)

    16. ¿QUE CRITERIOS GEOQUÍMICOS SON ÚTILES PARA CONOCER EL AMBIENTE GENÉTICO DE UNA CAOLINITA?

    Entre una y una subaérea (caolinita que sufre la meteorización) es que la caolinita subaérea retiene ciertos iones porque sufre un lavado < intenso que la hidrotermal, tiene > (contenido) % de Fe.

    La caolinita hidrotermal es escasa en iones porque el lavado es más intenso y tiene < (contenido) % en Fe.

    Las soluciones hidrotermales son más agresivas que la meteorización, porque están cargadas de cationes y actúan a ! Tª.

    17. CRISTALINIDAD DE LAS ESMECTITAS (Sm)

    Si V/P " 1 ! Cristalinidad.

    Si V/P = 0,57

    ! La cristalinidad de las Sm.

    Si V/P = 0,37

    La V siempre se mide para 2.

    V

    I I I I I

    2º 4º 6º 2

    19. INDICADORES PARA LA OXIGENACIÓ:

    Buenos indicadores de oxigenación son: V/O2, Th/Ni, Co/Ni, estas relaciones se basa en relacionar un elemento con otro que tiene una < capacidad, para cambiar su estado de oxidación. La composición detrítica nos informa sobre el área fuente y analizamos normalizando 1 aporte detrítico contrastando con algo cte como el Al y así vemos los cambios que se dan en el medio de depósito; también se puede normalizar con carbonato (quitamos el CO3 ) y así observamos los cambios en las trazas.

    20. DIAGÉNESIS:

    Definición Cambios que tienen lugar en los sedimentos después de la sedimentación que afectan a partículas minerales, agua intersticial y son debidas a procesos físicos, fisicoquímicos, biológicos y tienden a litificación a Pº y Yª muy !.

    1º de los límites de la sedimentación es la diagénesis, otro la diagénesis-metamorfismo y otro diagénesis-alteración superficial.

    Durante la transformación del sedimento ! el contenido en K lo que confirma la conversión de Sm a Illitas por mecanismos de diagénesis de enterramiento o por reconstrucción diagenética. Estos mecanismos de reconstrucción consisten en el crecimiento de cristales, desde Sm hasta grandes cristales de illita.

    Los factores que influyen en el crecimiento de cristales son: Pº, Tª y tiempo.

    Para considerar una evolución diagenética hay que estudiar las relaciones entre las 3 fases siguientes:

    1-Solución acuosa Existen gran cantidad de iones, donde se da la 1ª transformación (composición química variable)+

    2- Materia orgánica Sustancias complejas, solubles e insolubles en disolventes orgánicos, constituidos por organismos.

    3- Fase mineral Partículas minerales cristalinas.

    21. ZONAS DE LA DIAGÉNESIS: SON 6

    1. Diagénesis precoz Marca lo que no es sedimentación, es el principio de la diagénesis. Existen: Caolinitas, Politipos de la illita 1M, 1Md, interestrtificados " 25% aún persisten los minerales fibrosos.

    2. Diagénesis media Sedimentos compactados, aun hay ! porosidad y circula agua por los sedimentos. El contenido en láminas de illita puede ser hasta del 80 % (50 % de 2M).

    3. Diagénesis profunda o tardía Compactación intensa, expulsión total de agua, ! la Tª y la Pºproduciendoprocesos de disolución, recristalización, entre granos de feldespato y Qtz para dar otros + estables. La transformación de arcillas son reconstrucciones, al final casi siempre se obtiene illita o clorita.

    Rectorita Interestratificado regular de illita y caolinita.

    Dickita Politipo de caolinita en medio ácido.

    4. AnquizonaDefinida por los parámetros de la illita

    5. Epizona No tiene propiedades arcillosas, son cristales grandes, redes ordenadas y su CCC !! mucho.

    6. Diagénesis regresiva Alteración en zonas profundas (tb llamada negativa), las asociaciones minerales grado de diagénesis alcanzado de la illita ! según ! la diagénesis. El grado de cristalinidad, tamaño del cristal ! con la diagénesis aunque ! el valor numérico. CCC ! área superficial ! según ! la diagénesis.

    El contenido en K y agua ! según !la diagénesis.

    La presencia o no de caolinita marca el límite de estabilidad.

    22. EVOLUCIÓN TECTÓNICA DEL ATLÁNTICO COMPARADA CON EL MEDITERRÁNEO:

    Se ve que existe> cantidad de Sm en el Atlántico que en el Mediterráneo y hay un ! desde el Jurásico Cretácico con una ! del contenido en Chl e illita, este cambio de composición mineralógica es debido a un “cambio climático” desde condiciones +frías a + templadas de > aridez, también debidos a “cambios en la tectónica”.

    En resumen:

    Partimos de relieves e inestabilidad tectónica Producción de Chl e illta.

    Cuando evoluciona tectónicamente el Atlántico da 2 márgenes pasivos con relieves < pronunciados y un > desarrollo de suelos con Sm.

    • Si hay levantamiento y actividad tectónica ! el contenido en Chl e illta

    • Si ! actividad tectónica se depositan Sm.

    En el Mediterráneo hay < contenido de Sm que en el Atlántico debido a que la Sm floculan con < facilidad por lo que se transportan mejor y alcanzan

    > distancias; también influye el orógeno Alpino que origina !! illitas y Chl en el Mediterráneo por lo que, en el Mediterráneo se depositan gran cantidad de minerales de arcilla.

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