libro geoquímica

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TABLA DE CONTENIDO

1. GEOQUÍMICA.......................................................................................................4 1.1 HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA ......................................................................4

1.2 GEOQUÍMICA GENERAL.............................................................................. 7 1.2.1 EL CICLO GEOQUÍMICO........................................................................ 9 1.2.2 GEOQUÍMICA DE PROSPECCIÓN ...................................................... 10 1.2.3 GEOQUÍMICA ORGÁNICA................................................................... 17

2. ESCALA DE LAS INVESTIGACIONES ..........................................................18

2.1 MÉTODO DE LAS APROXIMACIONES SUCESIVAS.............................. 18 2.2 MODELOS GENERALIZADOS DE RESPUESTA...................................... 26 2.3 PROVINCIAS GEOQUÍMICAS ................................................................... 33 2.4 PROVINCIAS METALOGÉNICAS ............................................................. 35

3 TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS..................................................36

3.1 HISTORIA DE LA TABLA PERIÓDICA ..................................................... 36 3.2 TEORÍA ATÓMICA DE LA MATERIA ....................................................... 37 3.3 NÚMEROS CUÁNTICOS Y PERIODICIDAD............................................. 38 3.4 RADIO IÓNICO & CARGA IÓNICA............................................................ 40 3.5 CLASIFICACIÓN GEOQUÍMICA DE GOLDSCHMITH............................ 43

4 LEYES DE MIGRACIÓN DE LOS ELEMENTOS ..........................................46

4.1 FACTORES INTERNOS ................................................................................ 47 4.2 FACTORES EXTERNOS ............................................................................... 49 4.3 PRECISIÓN Y EXACTITUD......................................................................... 53 4.4 FORMA DE OCURRENCIA DE LOS ELEMENTOS EN LOS SÓLIDOS . 55

5 PREPARACION DE LAS MUESTRAS .............................................................58

5.1 DESCOMPOSICIÓN DE LAS MUESTRAS ................................................. 59 5.2 MÉTODOS APLICABLES A LAS MUESTRAS .......................................... 60

6. PRINCIPALES MÉTODOS DE ANÁLISIS GEOQUÍMICOS ......................63

6.1 ELEMENTOS MAYORES Y ELEMENTOS TRAZA .................................. 63 6.2 MÉTODOS ANALÍTICOS. ............................................................................ 64

6.2.1 COLORIMETRÍA .................................................................................... 64 6.2.2 GRAVIMETRÍA ...................................................................................... 66 6.2.3 ESPECTROMETRÍA DE EMISIÓN Y ABSORCIÓN ATÓMICA ....... 66 6.2.4 FLUORESCENCIA DE RAYOS X......................................................... 73 6.2.5 ESPECTROMETRÍA DE RADIACIÓN GAMMA................................. 74 6.2.6 ESPECTROMETRÍA DE PLASMA........................................................ 75 6.2.7 CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS ANALÍTICOS ........ 79

7. APROXIMACIÓN ESTADÍSTICA A LAS DEFINICIONES DE CLARK ..81

7.1 FONDO NORMAL ......................................................................................... 81 7.2 ANOMALÍA GEOQUÍMICA......................................................................... 81

7.2.1 TIPOS DE ANOMALÍAS GEOQUÍMICAS........................................... 82 7.3 ESTIMACIÓN DEL NIVEL NORMAL Y UMBRAL................................. 86

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8. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOQUÍMICA ........................................................................................................ 88

8.1 INTRODUCCIÓN A LA PROSPECCIÓN CON BATEA............................. 88 8.1.1 TOMA DE MUESTRA Y PLANIFICACIÓN DE LA PROSPECCIÓN 89

8.2 OBTENCIÓN DEL CONCENTRADO EN EL LABORATORIO Y DIAGNÓSTICO .................................................................................................... 91

9. EL YACIMIENTO Y LOS DOMINIOS DE DISPERSIÓN ............................93

9.1 EL YACIMIENTO Y LOS DOMINIOS DE DISPERSIÓN .......................... 93 9.2 DISPERSIONES PRIMARIAS....................................................................... 94

9.2.1 DISPERSIONES MINERALÓGICAS..................................................... 95 9.2.2. DISPERSIONES QUÍMICAS................................................................. 95

9.3 ZONALIDAD DE LAS DISPERSIONES ..................................................... 96 9.4 ELEMENTOS PRESENTES EN LAS AUREOLAS PRIMARIAS.............. 97 9.5 DISPERSIONES Y ANOMALÍAS GEOQUÍMICAS SECUNDARIAS....... 98

9.5.1 METEORIZACIÓN DEL YACIMIENTO .............................................. 98 9.6 ANOMALÍAS NO RELACIONADAS CON DEPÓSITOS MINERALES... 98

10. INTEMPERISMO Y SUELO............................................................................99

10.1 EL SUELO..................................................................................................... 99 10.1.1 FORMACIÓN Y NATURALEZA DE LOS SUELOS....................... 100 10.1.2 TEXTURA Y CLASES DE SUELO.................................................... 101 10.1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS................................................. 102 10.1.4 ESTRUCTURA DEL SUELO.............................................................. 104 10.1.5 CARACTERÍSTICAS HÍDRICAS DE LOS SUELOS ....................... 105 10.1.6 FACTORES DE FORMACIÓN........................................................... 106

11. PROSPECCIÓN POR SEDIMENTOS DE ARROYOS...............................110

11.1 PLANIFICACIÓN DE TOMA DE MUESTRAS ....................................... 110 11.2 TRATAMIENTO Y PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS................... 111

12. BIOGEOQUÍMICA .........................................................................................112

13. ECOLOGÍA GEOQUÍMICA ..........................................................................114

13.1 DEFINICIONES.......................................................................................... 114 13.2 MODELO GENERAL DE COMPARTIMENTACIÓN EN UN ECOSISTEMA. ................................................................................................... 116 13.3 DIVERSIDAD GEOQUÍMICA EN LA ZONA ANTROPOGENIA Y SU INFLUENCIA EN LOS SISTEMAS ECOLÓGICOS........................................ 116 13.4 TIPOS DE CONTAMINACIÓN................................................................. 118

14. GEOQUÍMICA DE AEROSOLES Y SUS PROPIEDADES COMO INDICADORES DE LA CONTAMINACIÓN. .................................................. 120

14.1 LOS AEROSOLES...................................................................................... 120 14.2 CONTAMINACIÓN DE LOS SUELOS .................................................... 124 14.3 CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS...................................................... 128

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15. LA MEDICIÓN DE CONTAMINANTES .....................................................130 15.1 CONTAMINACIÓN DE FANGOS, FERTILIZANTES, PLANTAS........ 131 15.2 LLUVIA ÁCIDA......................................................................................... 133 Origen de la Contaminación Atmosférica con Azufre ......................................... 134

16. MÉTODOS GEOQUÍMICOS Y HERRAMIENTAS EN LA EXPLORACIÓN PETROLERA.......................................................................... 137

16.1 ESTIMACIÓN DE LA ROCA FUENTE.................................................... 138 16.2 VALORACIÓN DE LA MADUREZ......................................................... 140 16.3 APRECIACIÓN GLOBAL DE LOS "SCREENING METHODS" ........... 141 16.4 OTROS MÉTODOS GEOQUÍMICOS...................................................... 141 16.5 EXPLORACIÓN GEOQUÍMICA DE SUPERFICIE PARA PETRÓLEO Y GAS: NUEVA VIDA PARA UNA TECNOLOGÍA ANTIGUA....................... 144

17. PROSPECCIÓN GEOQUÍMICA DEL ORO ...............................................147

17.1 DEPÓSITOS DE PLACERES..................................................................... 147 17.2 TIPOS DE PLACERES AURíFEROS........................................................ 150 17.3 DEPÓSITOS EPITERMALES.................................................................... 154

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1. GEOQUÍMICA

1.1 HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA

Algunos resúmenes de la historia de la geoquímica (Hawkes, 1957; Boyle, 1967 y Garret, 1970han publicado que los principios de la prospección geoquímica fueron originados en la antigüedad. El gambusino buscando oro estaría, visto por la exploración geoquímica moderna, siguiendo los patrones de dispersión. Similarmente, los antiguos quienes estudiaban las manchas para el hierro (gossan) estuvieron de hecho, observando los indicios de depósitos sepultados. La principal diferencia entre el prospector antiguo y el explorador geoquímico moderno es que el primero usaba observaciones mineralógicas, mientras que el segundo usa análisis químicos. Boyle (1967) enfatiza sobre los métodos geoquímicos escritos a mediados del siglo XVI. Otra referencia podría ser lo citado por Agricola (1556) para mostrar que el hombre medieval tenía los conocimientos sobre lo que nosotros actualmente llamamos efectos térmicos causados por la oxidación de sulfuros sobre las vetas, y el uso de los métodos biogeoquímicos en la exploración. Ellos también conocían el significado de las plantas como indicadores, particularmente la decoloración y cambios físicos en la vegetación, resultado de los efectos tóxicos de los elementos traza en suelos asociados con zonas mineralizadas. Las asociaciones botánicas con la mineralización aparentemente han sido bien conocidas por un largo tiempo, esto es desde los siglos VIII o IX, según la fuente citada por Boyle (1967). Los chinos han observado que ciertas especies de plantas ocurren cerca de los depósitos de plata, oro, cobre y estaño y ellos conocían que este hecho podría ser usado en exploración. Los reportes sobre el uso de métodos de prospección geoquímica y bioquímicos se incrementaron en la literatura desde el siglo XVII y posteriores, haciéndose particularmente abundantes a principios del siglo XX. Se entiende claramente que en la actualidad, los métodos de exploración geoquímica no están basados enteramente sobre nuevos conceptos, pero si lo son los métodos sensibles capaces de extraer mas información de alta calidad de los materiales los cuales, en algunos casos, han sido usados por los prospectores durante más de 500 años. Los métodos modernos de exploración geoquímica fueron usados primeramente en la URSS a principios de 1930, posteriormente en los países escandinavos, particularmente en Suecia. Los primeros programas de exploración a gran escala fueron iniciados en 1932 por geólogos soviéticos quienes perfeccionaron el método analítico de emisión espectrográfica, así como los procedimientos de muestreo para un estudio geoquímico rutinario de muestras de suelo.

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Los primeros trabajos fueron enfocados a la búsqueda de estaño, pero estos fueron rápidamente seguidos por otros estudios "metalométricos" (suelos y rocas intemperizadas) por cobre, plomo, zinc, níquel y otros metales. Muchos de los trabajos analíticos fueron realizados en el campo o en laboratorios portátiles utilizados en campo, usando datos semicuantitativos de emisión espectrográfica. Aproximadamente al mismo tiempo (mediados y finales de los treinta), los estudios fueron seguidos en Suecia y Finlandia, en el uso de la vegetación para propósitos de prospección, incluyendo los análisis de plantas y el reconocimiento de las plantas como indicadores. La prospección geoquímica iniciada en la URSS (y Escandinavia) estuvo basada en más que los escritos antiguos y medievales mencionados anteriormente. A principios del siglo XX, fuertes escuelas de geoquímica fundamental fueron establecidas sobre las bases de los países pioneros por famosos geoquímicos soviéticos como V.I. Vernadsky quien realiza el primer trabajo en biogeoquímica, y su estudiante A.E. Fersman, quien fue el primero en dar énfasis a la importancia de los halos primarios y secundarios asociados con depósitos minerales. Otros notables geoquímicos soviéticos que contribuyeron en varias partes de la geoquímica son I.I. Ginzburg, A.P. Vinogradov y D.P. Malyuga. En noruega y al mismo tiempo, el trabajo clásico de V.M. Goldschmidt sobre la distribución de los elementos obtendría la atención de muchos. Inicialmente, no solo los geoquímicos hacían estimaciones cuantitativas de la abundancia de muchos elementos trazas importantes en todos los tipos de rocas, pero Goldschmidt formularía los principios que rigen a los datos observados, los cuales subsecuentemente podrían ser utilizados para propósitos de exploración. Otros estudios fueron hechos por T. Vogt en Noruega sobre la dispersión de los productos del intemperismo en suelos, vegetación y agua a partir de los depósitos de sulfuros conocidos. En Finlandia, K. Rankama estudia el contenido de níquel en la vegetación de algunos depósitos niquelíferos en el área norte de su país. En la mayor parte del mundo occidental la geoquímica de exploración no logra mucha atención hasta después de la Segunda Guerra Mundial. En 1945, Warren y sus colaboradores en la Universidad de British Columbia, emprendieron un programa de investigación en el uso del contenido de los metales en la vegetación para propósitos de exploración. Este primer ensayo en prospección biogeoquímica en Canadá estableció la existencia de anomalías de Cu y Zn sobre depósitos minerales conocidos (Warren, 1972). Los estudios posteriores incluyen el uso de dithizone (un reactivo químico colorimétrico) para el análisis rápido y sencillo de ciertos metales, que de acuerdo a Boyle y Smith (1968) "probablemente mas que algún otro factor único, este daría

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impulso para el subsecuente desarrollo de los métodos geoquímicos de prospección en Canadá". Por 1950, las investigaciones de suelos, aguas (y posteriormente sedimentos de arroyo) estuvieron inicialmente excedidas en importancia biogeoquímica. Boyle y Smith (1968) discutieron otros aspectos históricos del desarrollo del uso de la geoquímica de exploración en Canadá, incluyendo los principales fundamentos y contribuciones prácticas del Geological Survey de Canadá el cual inició a principios de los 50's, y es interesante e importante mencionar que ellos consideraron la introducción, en 1954, de "kits" químicos de campo para el ensayo geoquímico de muestras. El uso de "kits" por personal calificado en el lugar que está siendo analizado es muy ventajoso, ya que se pueden tomar decisiones inmediatamente, sin embargo, su uso por personal inexperto puede y ha resultado en muchos fracasos. En los Estados Unidos la geoquímica de exploración se inició por medio del Geological Survey de ese país aproximadamente por 1947. Los trabajos presentados en los primeros años incluyen a autores como Hawkes, Huff, Ward, Lakin, Lovering, Cannon y Bloom. Los programas consistieron de investigaciones sobre todos los tipos de estudios de muestreo experimental, bajo una variedad de condiciones geológicas y climáticas para determinar los patrones de dispersión característicos de los elementos en rocas, suelos, vegetación y aguas naturales. A principios de los 50's, los programas de exploración geoquímica habían sido conducidos por las grandes compañías mineras. Inicialmente, las investigaciones del Geological Survey de los Estados Unidos en las técnicas analíticas de campo, fueron dirigidas principalmente hacia los métodos colorimétricos, en contraste con la confiabilidad de los análisis del espectrógrafo de emisión empleado por los soviéticos. Estas investigaciones de las cuales resultaron algunas publicaciones sobre los métodos colorimétricos aplicables a la detección de metales mena, fueron ampliamente aceptadas por los buenos resultados obtenidos y aplicables a otras áreas en muchas partes del mundo. Además el Geological Survey de Estados Unidos también establece un énfasis en el espectrógrafo de emisión, tanto en laboratorio como en sus modernos laboratorios móviles de campo. En Inglaterra, el grupo de investigaciones geoquímicas aplicadas, fue establecido en 1954 bajo la dirección del profesor J.S. Webb, quien dirigió muchas investigaciones con sus colegas y estudiantes dentro de los principios básicos y métodos analíticos, siendo su grupo responsable de un gran programa de exploración, particularmente en África y el Lejano Oriente. En Francia, las investigaciones relacionadas con la geoquímica de exploración se iniciaron en 1955, y las aplicaciones prácticas en ese país y parte de África (Colonias Francesas) fueron iniciadas poco tiempo después. Los métodos modernos de prospección geoquímica deben su rápido desarrollo en los últimos cincuenta años, a ciertos factores más que a otros. Boyle y Smith (1968) mencionan una relación de ciertos trabajos, que en conjunto con otros más,

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consideran los principales contribuidores en el desarrollo de la prospección geoquímica, los cuales se manifiestan a continuación de forma breve:

1. - El reconocimiento de los halos de dispersión primaria y secundaria y su asociación con depósitos minerales. Aunque los halos y sus lineamientos así como su asociación con depósitos de metales, fue conocido por siglos, los trabajos conducidos en la URSS y en Escandinavia en los 30's y principios de los 40's resumen los datos y permiten ser usados de manera más ventajosa.

2. - El desarrollo de métodos analíticos exactos y rápidos usando la espectrografía de emisión en la URSS en los años 30's y el uso de reactivos colorimétricos específicos sensibles (particularmente dithizona) por el Geological Survey de Estados Unidos a finales de los 40's y principios de los 50's. 3. - El desarrollo del equipo de laboratorio de material plástico (polietileno) el cual reduce los problemas de contaminación de elementos y permite gran confiabilidad en los análisis de campo. La introducción de resinas para la producción de agua libre de metales para usarse en los procedimientos químicos, también fue significante. 4. - El desarrollo de la espectrometría de absorción atómica a finales de los 50's permitió realizar análisis rápidos, precisos, sensibles y relativamente libres de interferencia de muchos elementos de interés en la exploración geoquímica. 5. - El desarrollo del cromatógrafo de gas el cual ha tenido su mayor aplicación en el estudio de los hidrocarburos. Este es un método extremadamente sensible y ha reemplazado a los primeros métodos de fraccionación y condensación. 6. - El uso de métodos estadísticos y computarizados ha ayudado a la interpretación de datos analíticos de exploración geoquímica. Estos métodos permiten la evaluación rápida de datos de "backgrounds", auxiliándonos en el reconocimiento de anomalías y en sus representaciones gráficas.

1.2 GEOQUÍMICA GENERAL

La geoquímica general estudia la abundancia relativa de los elementos, su distribución, migración, y las leyes o regularidades que las gobiernan en el Planeta. Este último puede considerarse desde el punto de vista geológico, geofísico y geoquímico, como un sistema dinámico, donde los materiales son transportados de un lugar a otro, cambiando su forma, composición y estructura mineralógica, de acuerdo con las condiciones físicas y físico químicas que se van encontrando.

La Geoquímica tiene muchas divisiones las cuales gradúan imperceptiblemente de una a otra. La Exploración Geoquímica es una de las grandes divisiones; otras incluye a la Geocronología, Geoquímica de Isótopos estables, Geoquímica Sedimentaria, Hidrogeoquímica, Geoquímica Orgánica, Geoquímica Agrícola como la concerniente con los estudios geológicos de los elementos mayores y menores que

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son necesarios en la nutrición de plantas y animales, la Geoquímica Marina como la química de las aguas y sedimentos oceánicos, así como los nuevos campos reconocidos tales como la Geoquímica Lunar y Ambiental, ésta ultima relacionada con la contaminación del ambiente superficial por desechos industriales incluyendo metales y productos radioactivos de reactores nucleares. En años recientes se han realizado más estudios geoquímicos los cuales tienen un punto en común, a saber, un ensayo para solucionar algunos problemas geológicos por vía de la química. Por lo tanto, en el sentido moderno, el objetivo de todas las divisiones de la geoquímica es solucionar problemas geológicos (incluyendo ambiental y lunar). Los procesos generales que actúan sobre los materiales de la corteza terrestre pueden numerarse como:

1- Fusión

2- Cristalización

3- Intemperismo – erosión

4- Disolución

5- Precipitación

6- Evaporación

7- Desintegración Radioactiva.

El conjunto de condiciones físicas, químicas y físico químicas definen el Ambiente Geoquímico en que transcurren todos los procesos naturales del Planeta. Atendiendo a las diferencias de estas condiciones, puede establecerse una gran división en dos zonas principales de ambiente geoquímico:

1- Profundo o Primario (presión y temperatura elevadas)

2- Superficial o Secundario (presión y temperatura bajas).

Zona de Ambiente Superficial o Secundario: Se extiende desde la superficie hasta la profundidad que alcanza la circulación de las aguas superficiales. Los procesos que actúan aquí son la meteorización (intemperismo), erosión, disolución, precipitación, cristalización, evaporación y la sedimentación.

Sus características son presión y temperatura bajas y casi constantes, movimiento libre de soluciones acuosas, abundante oxígeno, agua y CO2.

Zona de Ambiente Profundo o Primario. Comienza a la profundidad en que termina la zona de Ambiente Secundario, extendiéndose hasta las profundidades en que se originan las rocas magmáticas “primarias”. Aquí predominan los procesos magmáticos (fusión, cristalización, disolución y precipitación) y los metamórficos.

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A continuación se muestra un esquema del Ciclo Geoquímico General de los dos Ambientes mencionados según H. Hawkes y Otros.

1.2.1 EL CICLO GEOQUÍMICO

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1.2.2 GEOQUÍMICA DE PROSPECCIÓN

Comprende un conjunto de métodos y procedimientos en que se estudian los contenidos de algunos elementos y compuestos químicos en distintos materiales naturales, con el fin de descubrir la presencia de depósitos minerales de interés económico.

Atendiendo al tipo de material estudiado los métodos geoquímicos pueden dividirse en:

• Litogeoquímicos o de aureolas primarias: estudian el contenido en muestras de rocas.

• “Metalométría” o geoquímica de suelos: estudian la composición de suelos residuales o redepositados. Las características de los suelos difieren en función de los aspectos geológicos, fisiográficos, y climáticos de una región. Estas condicionan sus perfiles típicos en cuanto al desarrollo (o ausencia) y extensión de los diferentes horizontes (A-C). Bajo el punto de vista de la geoquímica el horizonte B (de acumulación) presenta un gran interés, ya que es ahí donde suelen concentrase de preferencia los elementos químicos.

Horizontes del suelo

La toma de muestras y estudio del perfil del suelo permite conocer la evolución del contenido metálico en profundidad, y de esta manera posibilita el seleccionar el horizonte más adecuado. Otro problema de interés es el de la distribución de los elementos en las diferentes fracciones granulométricas de los suelos. Aunque generalmente la fracción más fina contiene más minerales

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de arcilla, materia orgánica, óxidos hidratados de Fe y Mn, y por lo tanto es la más rica en metales, conviene estudiar también cual es la que mejor concentra el elemento investigado. Generalmente se emplea la fracción menor a 80 mallas, lo que no significa que sea necesariamente la mejor en cada caso. El muestreo y análisis de suelos residuales es el método más empleado en prospección geoquímica. Este método de prospección es especialmente útil en las regiones con suelos profundos.

Elemento Suelo y (rango) (ppm) Plantas (peso en seco) (ppm)

S 700 (30-900) 3400

Cr 100 (5-3000) 0.23

Co 8 (1-40) 0.5

Ni 40 (10-1000) 3

Cu 20 (2-100) 14

Zn 50 (10-300) 100

As 6 (0.1-40) 0.2

Se 0.2 (0.01-2) 0.2

Mo 2 (0.2-5) 0.9

Cd 0.06 (0.01-0.7) 0.6

Sn 10 (2-200) 0.3

Cs 50 0.2

Hg 0.03 (0.01-0.3) 0.015

Pb 10 (2-200) 2.7 Valores y rangos medios de algunos elementos químicos de interés en temas ambientales. Datos para

suelos y plantas.

El diseño de la red de toma de muestras tiene que tomar en cuenta las características del problema que queremos tratar (tipo de anomalías buscadas, probable extensión de estas) y el presupuesto con que se cuenta, lo que condicionará el número de muestras que vamos a tomar. El método clásico de muestreo es a lo largo de perfiles, y las características de éstos dependerán entre otras consideraciones de la escala a que estamos trabajando.

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Escala

Intervalos entre

perfiles

Intervalos entre puntos de muestreo

1: 1.000.000 12-8 km 100 m

1: 500.000 6-4 km 100 m

1: 200.000 2 km 100-50 m

1: 100.000 1 km 100-50 m

1: 50.000 0.5 km 50-40 m

1: 25.000 250-200 m 40-20 m

1: 10.000 100 m 20-10 m

1: 5.000 50 m 20-10 m

1: 2.000 20 m 10-5 m

1: 1.000 10 m 5 m Características de los perfiles para toma de muestras de suelo dependiendo de la escala de trabajo.

Para el diseño propiamente dicho se determina la dirección que deben tener los perfiles, normalmente perpendicular a la dirección principal que tenga el foco de emisión, si bien se pueden considerar otros factores como el topográfico: perpendicularmente a la pendiente del terreno, si ésta es aproximadamente constante, de forma que podemos verificar que los contaminantes sigan este patrón de migración descendente.

Trazado de perfiles (escala de detalle) para la toma de muestras en función de los focos de contaminación y la topografía (izquierda). A la derecha se muestra el mapa final que muestra las

anomalías del elemento químico investigado.

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Una vez establecida la dirección que deben seguir los perfiles, hay que determinar el espaciado entre éstos y entre muestras sucesivas a lo largo de cada perfil. Una vez establecidos estos parámetros, se pasa al trabajo de campo, cuyo primer paso es la localización de los puntos de muestreo

previstos en la malla diseñada. Estos puntos se localizan adecuadamente mediante taquimetría (o brújula) y cinta métrica, señalizándose mediante estacas de madera o metal, y se procede a la toma de muestras, mediante métodos “artesanales” (azada, pico, pala) o mediante herramientas diseñadas al efecto.

• De sedimentos activos: estudian la composición de los sedimentos activos en las redes fluviales.

Los sedimentos clásticos están compuestos principalmente por los productos menos solubles de la meteorización. También pueden incluir elementos móviles como parte de los materiales clásticos y del material removido de las aguas y adsorbido en los sedimentos (metales adsorbidos en minerales de arcillas u oxihidróxidos de Fe o Mn). Una medida del material removido de las aguas viene dado por la razón: metal de fácil extracción química/metal total. Esta razón puede llegar hasta el 50 % en áreas de de rápida precipitación del metal en solución, generalmente cerca de las fuentes de emisión.

A su vez, la persistencia del contenido metálico de los sedimentos al alejarnos de la fuente de emisión depende de: 1) del aporte de metal a lo largo del río desde otras posibles fuentes 2) de la mezcla con sedimentos de bajo contenido metálico. Estas dos a su vez se relacionan con períodos estacionales y fisiográficos; en épocas de lluvias hay mayor capacidad de transporte y mayor aporte desde las zonas más fácilmente erosionables. Al contrario de las aguas de un río, cuyo contenido en elementos es más bien homogéneo (sujeto eso sí a cambios en el caudal), los sedimentos presentan heterogeneidades que dependen de: 1) la distribución de los puntos de entrada del metal en el cauce 2) los fenómenos de especiación del metal 3) la variación en el tipo de sedimento a lo largo del río. Las muestras de sedimentos tienden a ser más homogéneas cuando el metal se encuentra adsorbido a la fracción fina, y las variaciones sedimentológicas se deben a cambios locales de velocidad y caudal de los ríos.

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Escala Longitud mínima del cauce a muestrear

Número de puntos de muestreo por km2

1: 200.000 0.8 km 1.7-2.1

1: 100.000 0.4 km 4.0-5.0

1: 50.000 0.2 km 8.5-14.0

1: 25.000 0.1 km 18.0-32.0 Características recomendadas del muestreo de sedimentos fluviales en función de la escala de trabajo.

Toma de muestras de sedimentos fluviales a distintas escalas (A-C) para la definición de un blanco (B-C), y su posterior caracterización de detalle (D).

• Hidrogeoquímicos: estudian la composición de las aguas de ríos, arroyos, lagos, manantiales, pozos y otros.

Se denomina anomalías hidrogeoquímicas a los patrones anómalos presentes en las aguas superficiales y subterráneas. La importancia de la migración de los elementos químicos y complejos en el agua está controlada por movilidad geoquímica.

Las anomalías hidrogeoquímicas dependen mucho de las variaciones climáticas (precipitaciones, temperatura) y por lo tanto de los cambios estacionales. De ahí que los resultados que podamos obtener de las aguas de un río en verano e invierno puedan diferir fuertemente. La lluvia genera un aumento del caudal y por ende de la dilución. Sin embargo, si esto sucede después de un período seco las aguas podrán lixiviar materiales ricos y transportar los metales, generando de esta manera una elevación en la concentración de estos.

Las muestras de agua se guardan en botellas o botes de polietileno de un cuarto o medio litro (dependiendo del número de elementos a analizar). Con el objeto de evitar posteriores oxidaciones del Fe2+ disuelto que pudieran originar su precipitación y la consecuente remoción de otros metales, es conveniente llenar el recipiente, y si es posible, acidularlo ligeramente. El análisis de las muestras se puede realizar también en el campo, aunque con

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algunas obvias limitaciones. Aunque los métodos de campo son menos precisos y consumen tiempo de trabajo tienen la ventaja de que no hay que transportar las muestras y que se pueden tomar decisiones inmediatas.

• Atmogeoquímicos: estudia la composición del aire del suelo, rocas o de la atmósfera.

• Biogeoquímicos: estudian la composición de las plantas o la presencia de determinadas especies vivientes, fundamentalmente microscópicas. Convencionalmente el estudio de las asociaciones de las especies vegetales con el ambiente geoquímico se ubica en los llamados métodos Geobotánicos.

El uso de la vegetación como método de prospección involucra la respuesta de las plantas a su medio, en particular al substrato químico que las soporta. Esta metodología se basa en el análisis químico de las plantas como medio para obtener evidencias acerca de las posibles anomalías geoquímicas que se oculten en profundidad. La biogeoquímica se adapta muy bien a aquellas regiones que presentan una vegetación muy densa y donde la cartografía geológica es difícil de ser llevada a cabo (ausencia de afloramientos).

Aunque esta técnica ha probado ser de indudable ayuda, también presenta sus limitaciones, ejemplificadas en el denominado efecto barrera: con algunas pocas excepciones, las plantas pueden acumular un determinado elemento hasta cierto nivel solamente. De hecho, en el caso del mercurio, las raíces pueden actuar a modo de barrera impidiendo que el elemento ascienda hacia los órganos superiores de la planta. En este sentido la plantas pueden ser clasificadas en cuatro categorías: 1) sin efecto de barrera, las que concentran linealmente elemento químico investigado; 2) semi-barrera, que concentran entre 30 y 300 veces el valor de fondo del elemento en la planta; 3) con barrera, contenidos de hasta 3-30 veces el valor de fondo; y 4) con barreara de fondo, que no superan las concentraciones normales del elemento en una determinada planta.

En otro esquema de clasificación, se habla de plantas hiperacumuladoras cuando determinadas especies toleran 10-100 veces más los valores normales de un determinado elemento.

Elemento Especie Contenido normal (ppm)

Contenido máximo (ppm)

Localidad

Cu Becium homblei 183 2.500 Zambia

Mn Fucus vesiculosus 4.815 90.000 Rusia

Ni Alyssum Bertolonii 65 100.000 Italia

Zn Thlaspi calaminare 1.400 10.000 Alemania

Zn Thlaspi caerulescens

43.710 Europa central

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Cd Thlaspi caerulescens


Pb Thlaspi caerulescens


Algunas plantas hiperacumuladoras y sus contenidos en metales pesados.

Los factores determinantes de anomalías de origen químico en las plantas son: 1) la disponibilidad de elementos en el suelo; 2) las características nutricionales de la planta; y 3) los factores químicos y biológicos de la incorporación de elementos químicos en la planta.

La disponibilidad de elementos químicos en el suelo depende tanto de la concentración del elemento como de su movilidad respecto de la actividad de la planta. Esto es a su vez función del pH, Eh, la capacidad de cambio de bases, y la presencia de agentes acomplejantes. Las raíces, además de captar las sales disueltas pueden absorber material unido a la superficie de partículas clásticas, en parte debido al efecto de microambientes ácidos generados por la raíces y en parte por fenómenos de cambio de bases.

Nociones básicas.- principio de Le Chartelier

El uso de estos métodos se fundamenta en la siguiente premisa intuitiva: La composición química de los materiales de la corteza terrestre, que se encuentran en el entorno de un depósito mineral, diferirá de la composición de sus especies homólogas en lugares donde no exista un depósito mineral. Lo que se ilustra esquemáticamente a continuación.

Esas diferencias se buscan mediante el estudio sistemático de los contenidos de algunos elementos y/o compuestos químicos y de otras propiedades(físico -químicas, petrofísicas o geofísicas) como el pH, Eh, susceptibilidad magnética, conductividad eléctrica, composición espectral de la radioactividad Gamma natural, etc., en “muestras” de rocas, suelos, sedimentos activos, aguas, vegetación o aire, respectivamente.

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Desde el punto de vista formal, la prospección geoquímica se apoya en el principio de Le Chatelier que plantea: Si aparece un cambio en uno de los factores, que mantienen en equilibrio a un sistema, entonces éste tenderá a reajustarse, tanto como le sea posible, para tratar de anular el efecto producido por el cambio perturbante. La composición de la corteza puede verse como una consecuencia de las condiciones de un cuasi equilibrio dinámico, en el tiempo de formación de los materiales singenéticos, modificada por el intento de alcanzar un estadío nuevo de cuasiequilibrio, condicionado por las condiciones locales actuales.

La acumulación, por ejemplo, de millones de toneladas de sulfuros metálicos, tiene que ir acompañada por una perturbación del “equilibrio” geoquímico del conjunto de rocas de caja, que se reflejará en un comportamiento atípico de las propiedades químicas, físicas, físico-químicas, y mineralógicas en el “entorno” de la acumulación. Conceptualmente, esta perturbación del “equilibrio” debe ser detectable por las diferencias (+ ó -) con relación a las “condiciones normales” de la composición química de los tipos de rocas del ambiente geológico donde aparece el depósito en cuestión. Similarmente, la composición de los materiales, en el “ambiente secundario”, tales como suelos, aguas, sedimentos activos, plantas y aire, también reflejarán la presencia del factor perturbante (depósito mineral) en alguna extensión, respecto a las “condiciones normales”.

En la prospección geoquímica, la “composición normal”, para un conjunto de rocas pertenecientes a un ambiente geológico dado(sistema geoquímico) se denomina, fondo geoquímico(background). Cuando se presentan valores de contenidos de un elemento que difieren “significativamente” de su valor de fondo, se dice que está presente una anomalía para ese elemento o compuesto estudiado. Con posterioridad estudiaremos algunos métodos para estimar el nivel normal y las anomalías en una zona estudiada.

Debe resaltarse que los métodos de prospección geoquímica forman parte del conjunto de métodos de investigación a usar en cada uno de los estadíos de la prospección geológica, desde la regional hasta las más detalladas.

1.2.3 GEOQUÍMICA ORGÁNICA

Con el término de geoquímica orgánica o biogeoquímica, se definen todos los aspectos geoquímicos referidos a las condiciones en las que se originó la vida, como es la evolución de la atmósfera e hidrosfera a partir de la aparición de los organismos aerobios; y los presentes en la incorporación de los organismos durante la génesis de ciertos depósitos sedimentarios. Hay que tener en cuenta que los organismos vivos concentran determinados compuestos químicos, como por ejemplo los carbonatos que constituyen las conchas de moluscos y partes esqueléticas de organismos superiores; o los azúcares y proteínas que acumulan las plantas; cuya concentración lleva como consecuencia la formación de un tipo de depósito denominado biogénico. Algunos de ellos presentan un gran interés económico, y la geoquímica estudia todos los aspectos relacionados con su formación, enriquecimiento y explotación; tal es el caso de los depósitos de fosforita, caliza, dolomía, carbón y petróleo.

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2. ESCALA DE LAS INVESTIGACIONES

2.1 MÉTODO DE LAS APROXIMACIONES SUCESIVAS

Precisión de las observaciones y red de las mediciones

La metodología de los trabajos de campo está condicionada por la precisión requerida y la red de las observaciones con una tecnología dada. Estos temas están interrelacionado entre si. Por ejemplo, la elevación de la precisión de las mediciones aisladas para una red de observaciones relativamente poco densa por lo general no tiene sentido. Así la planificación de la precisión de las medias y el calculo de la red están intensamente asociados con los conceptos de anomalías y los ruidos, esto es con el modelo (los) generalizados de respuesta de los objetos estudiados.

Planificación de la precisión de las observaciones. Al planificarse la precisión es necesario tomar en consideración los planteamientos generales siguientes: 1. Mediciones con una precisión injustificablemente elevada conducen a una

elevación improductiva de los gastos, de los recursos y de tiempo, mientras que precisión insuficiente puede llevar a la omisión de los objetos buscados.

2. La precisión de un levantamiento se define por el nivel de los ruidos. En el caso de ruidos intensos, una elevación de la precisión provoca un incremento de gastos, recursos y tiempo y no ofrece los resultados esperados. Por esta razón se incrementa solo una precisión ficticia, pero la real permanece invariable.

La planificación de la precisión óptima debe basarse en el conocimiento y la consideración de los datos siguientes: 1. Intensidad mínima de la anomalía sujeta a la detección A min. 2. Precisión técnico (instrumental) – metodológica del levantamiento del

levantamiento, estimada por los resultados de observaciones reiteradas, de la magnitud cuadrático media del error σ c del levantamiento.

3. Variaciones de la magnitud medida en los límites considerados como “normales” o de fondo del campo estudiado, condicionadas por la influencia de distintos tipos de ruidos, esto es, del nivel de aquellos ruidos que no pueden eliminarse por procedimientos instrumentales o de procesamiento matemático. Esta variabilidad define la dispersión de los ruidos geológicos, ya que, debido a esta, ingresan al campo ruidos de naturaleza geológica (influencia de las heterogeneidades superficiales, efectos residuales después de la separación de la componente regional y de la introducción de las correcciones por la influencia del relieve). Sin embargo en esta dispersión entran también las partes no consideradas de las variaciones temporales en aquellos casos en que estas existan.

La intensidad mínima de la anomalía se define, ya sea por medio de la solución del problema directo (simulación) para el modelo seleccionado para las condiciones más desfavorables (profundidad máxima, contraste mínimo del atributo asociado al campo estudiado, etc.) o por la aplicación del principio de analogía basándose en

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trabajos realizados en territorios, que se encuentran en ambientes geológicos similares al que se desea estudiar. El error cuadrático medio del levantamiento σ c se estima por medio de mediciones de control, cuyo volúmen N usualmente, no independientes, no debe ser inferior al 3 – 5 % del número total de las mediciones ordinarias.

σc = ± ( )12 1 1 2

2

1nf fi i

i

n

−−

=∑

donde: f i1 y f i2 son las mediciones ordinarias y de control respectivamente en un mismo punto i.

Las observaciones de control generalmente se efectúan en puntos que se encuentran en zonas de campo normal. La magnitud σ c define la precisión instrumental – metodológica del levantamiento. Las variaciones de los valores en los límites del campo normal depende de la dispersión de los ruidos geológicos σ c . Para su definición es necesario estimar la dispersión general del campo normal σ2

g = σ2c + σ2

º En este momento σ g puede estimarse por medio de la expresión:

σg = 1

1 1

2

Nf fi

i

N

n−−

=∑ ( )

donde en un sistema geoquímico simple, en que no exista tendencia en el campo normal

fn = f =1

1Nfi

i

N

=∑

En caso contrario fn = fni ≠ const., y puede ser descrito por medio de un polinomio de grado bajo en x, y

fni (xi,yi) Generalmente la precisión de las observaciones proyectadas se selecciona tomando en consideración solo 2 magnitudes, A min y σc. Para esto, basándonos en la regla de las “3 sigmas”, se escogen un instrumento y una metodología de los trabajos cuyo uso asegure la condición: A min ≥ 3 σ c Sin embargo, es posible usar otro criterio que toma en consideración también a los ruidos geológicos y planteas la regla de las 3 sigmas como:

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A min ≥ 3 σ g Para la estimación de σc y σo es necesario tener una muestra de valores del campo normal, obtenida del resultado de trabajos experimentales en condiciones geológicas concretas. La disminución de σ2

c se consigue por medio del uso de instrumentos más precisos y la aplicación de procedimientos más elaborados de las mediciones originales (correcciones). • σ2

c>>σ2o . Esto indica que el nivel de ruido geológico en los límites del campo

normal no es muy importante en relación al error instrumental metodológico, así que capacidad resolutiva del método se define por las posibilidades instrumentales puras y la metodología de las mediciones y de procesamiento de estas. En estos casos se justifica una elevación de la precisión (disminución de σc) con el fin de poder detectar anomalías débiles de amplitud Amin.

• σ2o>>σ 2

c. En este caso la dispersión de los ruidos geológicos es considerablemente mayor que la de los errores instrumentales metodológicos del levantamiento y la posibilidad de detección de anomalías débiles decae bruscamente. En estas condiciones no tiene sentido el uso de equipos de alta precisión y de procedimientos especiales para conseguir observaciones de precisión elevada.

La experiencia demuestra que esta es una situación muy común en las mediciones de geoquímica y geofísica aplicadas a la prospección de yacimientos minerales de distintos tipos en distintas condiciones (ambientes geológicos) ya que la dispersión de los ruidos geológicos es algunas veces mayor que la del levantamiento. Cuando la capacidad resolutiva del levantamiento esta controlada por la dispersión de los ruidos geológicos, no vale la pena el incremento de las precisión instrumental – metodológico para tratar de detectar la presencia de anomalías débiles. En estos casos, la capacidad resolutiva de las mediciones se puede incrementar usando las diferencias del comportamiento estadístico espacial y/o temporal de las anomalías buscadas y los diferentes tipos de ruidos geológicos presentes. Cuando las características correlacionales o espectrales de las anomalías y los ruidos difieren, es posible elevar la capacidad de detección considerablemente usando los procedimientos adecuados de procesamiento de las mediciones. Selección y cálculo de la red de las observaciones

Después de la argumentación de la precisión racional de las observaciones, y de la metodología de las observaciones, se resuelve la cuestión sobre la forma y dimensiones de la red del levantamiento. La escala de la red se define por la distancia entre los perfiles. El paso a lo largo del perfil depende del método de registrar en el campo estudiado (discreto o continuo), de la escala del levantamiento y de las dimensiones del objeto de investigación.

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Sólo estudiaremos el caso de mediciones discretas. En la práctica la relación de la distancia entre perfiles (∆y) y la distancia entre puntos consecutivos en un perfil (∆x) varia entre 10 : 1 – 1 : 1 y depende de la escala del levantamiento y del carácter del objeto de las mediciones.

En los levantamientos de reconocimiento la distancia entre los itinerarios ∆y se escoge de forma tal que la zona anómala de cada unidad geológica (complejo) estructuro facial (intrusiones, bloque estructural, formación litológica o facial, etc.) sea interceptado por dos o más de ellos. El paso de la medición ∆x, usualmente es considerablemente menor que la distancia entre itinerarios ∆y.

En los trabajos a escalas 1:200000 – 1: 100000 la distancia entre perfiles itinerarios pueden estar dispuestos en el mapa desde los 5 cm (10 km – 5 km) para condiciones geológicas simples hasta 1 cm ( 2 km – 1 km) para condiciones geológicas complejas.

En los trabajos de detalle a escalas 1:10000 y mayores, la densidad de la red, se hace muy sensible tanto a las dimensiones como a la orientación y forma de los objetos de búsqueda (depósitos minerales).

En estos casos una red de prospección se denomina óptima si ella segura, para una probabilidad (confiabilidad) dada, la solución del problema planteado a costos relativamente bajos.

Por lo general, la red se calcula para cada método básico de búsqueda que se aplica en el área del levantamiento.

Para el cálculo de una red óptima se usan algunos enfoques o criterios. Veamos un par de estos, el primero de estos es que la anomalía de una geometría dada como objeto de búsqueda sea cortada. Para esto la red de búsqueda se escoge de forma tal que para una probabilidad prefijada, se detecta a toda anomalía de dimensiones:

1. a según su extensión 2. b según su ancho con un número definido de puntos.

Los valores de a y b se escogen del modelo que producen la respuesta de menor dimensión de interés. El uso de una red 0.9 a x 0.5 b asegura con una probabilidad cercana al 100% que el contorno de la anomalía sea cortada al menos por 2 puntos, si la dirección de los perfiles es ortogonal al lado mayor b de la anomalía.

Se han confeccionado distintas vías para estimar una red que permita cortar a una anomalía (de una dimensión y orientación en el plano) en un número mínimo de puntos con un nivel dado de confiabilidad. En su mayoría los investigadores parten de un resultado de la teoría de las probabilidades conocido como el “problema de Buffon”, que consiste en evaluar la probabilidad de que una aguja, de longitud 2l, lanzada libremente intercepte a un sistema de rectas paralelas equiespaciadas una distancia 2d, que se expresa como,

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P= 2

21 1

22

ld

ld

dl

dl

π

π π− −

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎛

⎝⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟ +

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎧

⎨

⎪⎪

⎩

⎪⎪

arccos

La primera condición es válida para 2d > 2l, la segunda para 2d<=2l.

De esta fórmula puede verse que la detección de un cuerpo ubicado arbitrariamente en el plano para la condición 2l=2d se realiza con una confiabilidad (probabilidad de detección) de 0.636, mientras que la detección de objetos de longitud 2l=100 m, al usar una distancia entre perfiles 2d= 20 m, se consigue con una confiabilidad P= 0.974.

El investigador G. Vajramieyev, preparó un juego de nomogramas para evaluar la probabilidad de intercepción de un cuerpo de forma elíptica cuyo eje mayor forma un ángulo θ, con la dirección de los perfiles, al menos en 2 puntos, según se muestra esquemáticamente a continuación.

Para usarlos:

1) Se calculan los índices adimensionales,

La=aY∆

y mb=bX∆

Donde: a es la longitud del cuerpo o anomalía a detectar,

θ

∆Y

∆ X

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b su ancho,

∆Y es la separación entre los perfiles,

∆ X es la distancia entre 2 puntos consecutivos en un perfil.

2) Se selecciona uno de los tres casos posibles,

a) 61°<= θ <=90° b) 31°<= θ <=60° c) 0°<= θ <=30°.

3) Se representa el punto (La, mb) en el nomograma adecuado, y se estima la confiabilidad a partir de la línea de isovalores de probabilidad P>=2 , más cercana al punto correspondiente.

Veamos un ejemplo; se quiere detectar una anomalía de longitud 100 m y ancho 20 m, cuya orientación en el plano se conoce con bastante certeza por ser su fuente concordante con el rumbo de un sistema de fallas dado de orientación conocida. En este caso los perfiles pueden orientarse casi ortogonalmente a la dirección principal de la anomalía objeto, así que usaremos el primer nomograma (31°<= θ <=90°).

Evaluaremos la efectividad de detección de una red 100*10 m*m.

En este caso, La= aY∆

=100100

=1, mb=2010

=2

La probabilidad de cortar a esta anomalía, al menos con 2 puntos, con esta red es 0.95(95%).

Si usamos una red 100*20 m*m se tendría,

La=100100

=1, mb=2020

= 1

y la confiabilidad de detección(P>=2) sería sólo del 5%, lo que implica que esta red perdería el 95% de las anomalías presentes en la zona de estudio.

El uso de una red 100*5 m*m conduciría a una confiabilidad de detección del 100%.

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Este método de calcula de la red de las observaciones puede usarse siempre que el nivel de los ruidos geológicos no sea tan alto que logre enmascarar las respuestas geológicas de interés. En estos casos hay que determinar el paso ∆X, tomando en consideración las propiedades espectro – correlacionales de la anomalía y del ruido respectivamente, lo que no será estudiado en este curso.

61 90°<= <= °Θ

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31°<= θ <= 90°

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2.2 MODELOS GENERALIZADOS DE RESPUESTA

Un modelo generalizado de respuesta, está conformado por un sistema de cuerpos idealizados (elementos), que representan a un tipo de objeto de interés, que se encuentra entre otros que simularán al conjunto de elementos que conforman al ambiente geológico en que se encuentra el objeto de interés. Este conjunto de elementos deben reflejar de forma generalizada, las formas, dimensiones, profundidades y elementos de yacencia (ubicación espacial), propiedades químicas y físicas, así como la distribución volumétrica de los campos físico-químicos, geoquímicos y geofísicos respectivos asociados a los objetos reales (modelados) que pueden aparecer (esperarse) durante la solución de un problema geológico en particular.

La modelación de los “objetos geológicos”, mediante sus equivalentes generalizados permite:

1) Evaluar la posibilidad de los distintos métodos de investigación aislados y/o en conjunto, así como seleccionar de forma “racional” el grupo de métodos que puede resolver el conjunto de problemas geológicos a resolver.

2) Argumentar la metodología de los trabajos de campo, la escala y la red de las observaciones, valorando la influencia de los distintos tipos de “ruidos” que puedan estar presentes.

3) Seleccionar la metodología del procesamiento (incluyendo el procedimiento de separación de las anomalías) y de la interpretación geológica y cuantitativa de los materiales.

A cada etapa del conocimiento sobre el objeto de interés respectivo, le corresponde una clase de modelo generalizado de respuesta, por ejemplo provincia, franja, región, campo mineral, depósito y cuerpo mineral, para el caso de la prospección minera.

Cada clase de modelo generalizado de respuesta debe asegurar:

1) Una reflexión de aquellos atributos fundamentales de tipo geológicos, geoquímicos, geofísicos y de otra naturaleza, que definen su designación como clase, que pueden producir un efecto observable(detectable) en la superficie terrestre u otro nivel de observación(pozos, por ejemplo). La caracterización de los elementos de un modelo generalizado de respuesta, estará condicionada por el nivel de información disponible en el momento de su concepción, y por lo tanto debe tenerse en cuenta que es un sistema dinámico, susceptible a ser modificado o ampliado, a medida que aumenta nuestro conocimiento sobre el ambiente geológico bajo estudio.

2) Una optimización en la selección de los elementos imprescindibles y una restricción del número de atributos que deben ser incluidos, en el modelo de la clase definida.

3) Un cambio del tipo de elementos, un aumento del detalle y del grado de complejidad de éstos, con el aumento de la escala de estudio. A medida que aumenta

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la complejidad de los problemas geológicos, en general el modelo generalizado de respuesta debe tener un número de atributos más amplio.

4) Una herencia o sucesión, que se expresa en la clase del modelo siguiente, en los elementos fundamentales del modelo precedente.

5) Una reflexión de las condiciones de ubicación relativa del objeto de interés, por ejemplo nivel del corte de erosión, espesor, composición y variabilidad geométrica y de los atributos de la corteza de interperismo y de la cobertura sedimentaria.

6) Una realizabilidad práctica y utilidad económica. La realizabilidad está condicionada por el desarrollo tecnológico en un momento dado, y por las posibilidades económicas del país y de los investigadores que realizan el estudio. La utilidad económica, está vinculada, a que el problema geológico debe resolverse con los menores gastos posibles para las condiciones económicas – tecnológicas concretas asociadas a los investigadores.

En la conformación de un modelo generalizado de respuesta, de cualquier clase, debe transitarse secuencialmente por las etapas siguientes:

1) Definición precisa de los problemas geológicos a resolver, en la etapa de investigación concreta.

2) Definir los elementos (objetos) a modelar, correspondientes a la clase, de acuerdo a la etapa de la investigación, y al grado de información disponible, por ejemplo de una estructura favorable para un tipo dado de trampa petrolífera para métodos de investigación desde la superficie o desde el espacio; de un depósito de tipo cobre porfídico, de un depósito de zinc - plomo de tipo vulcanógeno sedimentario, etc.

3) Valoración de los atributos geoquímicos, petrofísicos, y de otra naturaleza, del objeto de interés y de su ambiente; posible división en complejos estructurales geoquímicos y petrofísicos que estarán presentes. Se entiende por complejo estructural geoquímico o petrofísico al objeto físico resultante de unificar a todos aquellos objetos geológicos, que posean un comportamiento respecto a un atributo petrofísico o geoquímico no diferenciales entre si, en términos prácticos.

4) Creación del modelo del objeto de interés y de su entorno, procediendo con la geometrización de sus elementos y la asignación de los atributos correspondientes a los mismos, tomando en cuenta su grado de variabilidad sobre todo, el de los elementos de la cobertura.

5) Definición del conjunto de procedimientos a usar para la caracterización de las respuestas por método y en su conjunto.

6) Comparar (calibrar) los resultados del literal anterior, con datos reales (modelaje natural) sobre objetos patrones con el fin de estimar la bondad de ajuste del

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modelo propuesto. Esto constituye un proceso de retroalimentación que implica el realizar ajustes paso a paso en el modelo generalizado de respuestas hasta que se consiga una compatibilidad entre las respuestas producidas por éste y el comportamiento general en las zonas patrones usados.

Clasificación de los modelos generalizado de respuesta

Los modelos generalizados de respuesta, pueden clasificarse a partir de distintos criterios, como se examinará a continuación:

• Atendiendo al grado de confiabilidad del conocimiento de las características del modelo, pueden dividirse en completos, incompletos o aproximados.

• Atendiendo al carácter del problema geológico a tratar pueden clasificarse en multiobjetivos o bialternativos.

Un modelo multiobjetivo se usa en los estudios a escalas medias o grandes donde el espectro de los objetos de interés es amplio (distintos tipos de depósitos). Un modelo bialternativo responde a la solución de un problema geológico concreto, asociado a un solo objeto de interés. En estos casos los efectos asociados a cualquier otro objeto presente se consideran “ruido”. Estos modelos están destinados a resolver problemas de tipo “mineral – no mineral”, “perspectivo (para un tipo de materia prima) – no perspectivo”.

• Atendiendo a la ejecución de las mediciones de campo, se dividen a priori (usados en la justificación y selección de los tipos de trabajos de campo, así como el establecimiento de las condiciones técnico – metodológicas de estos trabajos.) y a posteriori correspondiente al resultado de la etapa de investigación, el cual se forma a partir de la actualización del modelo a priori a partir de toda la información aportada por los datos de campo adquiridos durante los trabajos realizados.

El modelo a priori es el fundamento para la planificación del experimento (trabajos de campo e interpretación). Los requerimientos para su confección son:

a) Especificación del problema geológico correspondiente a un estadío concreto de la investigación.

b) Información geológica generalizada sobre el objeto de interés y de su ambiente geológico generalizado.

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Las vías para definir un modelo generalizado de respuesta a priori son:

a) Análisis Sistémico y Principio de analogía aplicados a datos ya disponibles de trabajos anteriores en zonas geológicamente similares (modelos a posteriori conseguidos en zonas geológicamente similares a la que investigaremos).

b) Solución del “problema directo” (simulación) para los distintos métodos a emplear.

Los modelos a posteriori se definen a partir de la interpretación integrada de todos los datos disponibles.

En la literatura especializada existen otras clasificaciones que nos serán mencionadas en este curso.

Secuencia generalizada de prospección geológica

Por lo general el proceso de exploración geológica se desarrolla secuencialmente transitando de lo general(escalas menores) a lo particular(escalas mayores), mediante una discriminación progresiva de los territorios de mayor potencialidad o perspectivas para encontrar los objetivos de interés, lo que implica una disminución progresiva del tamaño de los territorios que son estudiados en las etapas posteriores, hasta encontrar al objeto que pueda ser definido, verificado y evaluado como un depósito mineral de interés económico. Todo esto requiere, por lo general de estudios progresivos más detallados y costosos, a medida que se avanza en el programa de prospección.

En aquellas partes del mundo, donde se han desarrollado trabajos de exploración geológica desde hace siglos, en Europa, se suelen usar secuencias exploratorias basadas en las unidades metalogénicas correspondientes a la escala de la investigación. Cada tipo de unidad metalogénica viene caracterizada por una escala dimensional (orden de la superficie que ocupa) y por una especialización metalogénica definida (abundancia de un tipo, o tipos, de yacimiento dado). Así las unidades metalogénicas usualmente usadas son:

1) Provincia, su extensión superficial es del orden n*(100*100) Km2; se investigan a las escalas 1:1000 000 – 1:500 000.

2) Franja, su extensión es del orden n*(100*10) Km2; se investigan a la escala 1:200 000. Estas son zonas de especialización alargadas que se ubican dentro de las provincias.

3) Región, su extensión es del orden n*(10*10) Km2 los trabajos se realizan a las escalas 1:50 000 – 1:25 000.

4) Campo, sus dimensiones son del orden n*(1*1) Km2; se estudian a las escalas 1:50 000 – 1:25 000.

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5) Depósito, sus dimensiones pueden llegar a los primeros Km según su parte más extensa y hasta los n*100 m; según su espesor. Se estudian a las escalas 1:10 000 – 1:5 000.

6) Cuerpo, su extensión puede llegar a los n*(10 – 100) m y su espesor n*(1 –10) m. Se estudian a escalas iguales o mayores que 1:1 000.

Mapa de minerales metálicos del Ecuador

Los criterios de prospección basados en estas nociones metalogénicas, son los más aconsejables pues se basan en divisiones y límites espaciales asociados a los propios procesos mineragénicos. Sin embargo su utilidad en territorios donde la identificación de estas unidades no existe o su confiabilidad es dudosa, hace que se usen otros criterios, que aunque menos estrictos, permitan su aplicación.

Estudiaremos un criterio estableciendo una secuencia generalizada de prospección basada en otro concepto de unidades territoriales. Estas se definen como:

Denominación Extensión en Km2

1) Región > 5000.

2) Distrito 500 – 5000.

3) Área 5 – 50.

4) Objetivo < 5

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A partir de estas unidades se define una secuencia generalizada de prospección con las etapas o estadíos siguientes:

· Exploración a escala regional.

· Exploración de reconocimiento.

· Exploración local.

· Exploración detallada (de mina).

Veamos una breve descripción de estas actividades y del papel de la prospección geoquímica en ellas:

• Exploración a escala regional. El primer paso en un programa general de prospección consiste en la definición de la “región”; para esto se toman en consideración las condiciones geológicas favorables, político – económicas y de acceso.

Las fronteras de esta unidad no necesariamente están asociadas a elementos geológicos(geotectónicos) como en las provincias metalogénicas, sino que pueden, y de hecho así ocurre en la mayoría de los casos prácticos, ser impuestas por las condiciones político – económicas y de acceso.

Para la definición de esta unidad en raras ocasiones se realizan estudios geoquímicos. Como materiales básicos se usan imágenes cósmicas (sensores remotos), y los materiales fotogeológicos, y aerogeofísicos.

El objetivo de los trabajos regionales es definir un o algunos distritos en la región de estudio. La distinción entre una región y un distrito es arbitraria en términos de su extensión. Sin embargo, en general un distrito será una entidad más discreta y definida que una región, ya que la identificación y delimitación de los distritos está condicionada por la presencia de un tipo particular de mineralización o de condiciones geológicas favorables para la aparición de un tipo de mineralización de interés.

Un tipo de método utilizado, siempre que sea posible, en los trabajos regionales, será el estudio de los sedimentos activos en las redes fluviales a una densidad de 1 muestra/ [(5-10)Km2]. Esto por lo general es adecuado para la definición de un distrito.

El estudio geoquímico de rocas, especialmente los destinados a discriminar entre plutones mineralizados y los estériles, pueden ser apropiados en esta etapa de la prospección.

• Exploración a escala de reconocimiento. Es la primera exploración orientada en un distrito ya definido, con el fin de detectar sectores más perspectivos (áreas). En este estadío no se espera encontrar un depósito

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mineral, sino evaluar el potencial minero de las distintas áreas y seleccionar aquellas más favorables, para proseguir con el estudio ulterior.

Todo estudio de reconocimiento debe ser diseñado para definir, áreas anómalas, en el interior del distrito o región. Esto requiere que la escala y los tipos de estudio sean capaces de identificar a las áreas objetos.

La técnica geoquímica fundamental usada en los estudios de reconocimiento, es el estudio de sedimentos activos y de las aguas en las redes fluviales, con una densidad de 1 muestra/[(3-6)Km2], determinando un conjunto de elementos.

Esta escala de muestreo debe asegurar una interpretación geológica de detalle, incluso para permitir la ubicación general de contactos geológicos. En áreas de afloramiento abundante de rocas, el estudio de rocas (de las aureolas primarias) a una densidad de 1 muestra/[5 Km2] es adecuado para la exploración de depósitos de sulfuros vulcanógeno – sedimentarios, de Zn-Pb.

El número de elementos estudiados en un estudio de reconocimiento, puede ser menor que los que fueron requeridos para la selección del distrito durante los estudios regionales.

• Exploración a escala local. En la búsqueda de los objetivos, se tratan de detectar respuestas geoquímicas espacialmente definidas de hasta algunos Km de extensión. Como las técnicas a emplear con posterioridad son detalladas y caras, es esencial que la selección del objetivo se realice tan precisa y su ubicación tan restringida espacialmente como sea posible. Aunque el objetivo de esta etapa no es la localización de un depósito, en condiciones favorables, puede encontrarse alguno.

El objetivo de una exploración a escala local es el definir mineralización asociada a anomalías discretas de elementos individuales o de un conjunto de elementos. La escala de respuesta, por consiguiente la escala del muestreo, varía en función del tipo de mineralización buscada. Por ejemplo, depósitos de sulfuros masivos producen aureolas anómalas de cientos de metros de extensión; mientras que vetas estrechas se asocian a anomalías que solo se extienden algunas decenas de metros de las mismas.

Un muestreo detallado de sedimentos activos a intervalos de 30-300 m a lo largo del cauce, normalmente es capaz de definir la ubicación de un objeto anómalo, donde el sistema de drenaje es pobre, pueden usarse estudios de rocas y/o de suelos, siempre que el tipo de mineralización produzca un sistema de dispersión extenso, si la extensión de la anomalía a detallar no es muy grande.

El número de muestras necesarias para un muestreo de rocas o suelos, es generalmente mayor que el correspondiente a un estudio de la red de drenaje, y el costo de estos programas serán por lo tanto superiores.

• Exploración detallada (a escala de mina). Una vez que se ha identificado un objeto, el próximo estado tendrá como objetivo, primero, la ubicación aproximada de una zona mineralizada, segundo, la definición de la extensión de esta zona.

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Los estudios de rocas y suelos son las técnicas geoquímicas más usadas en la exploración detallada. Se emplean redes de perfiles espaciados 100-300 m con intervalos de muestreo en los perfiles de 20-80 m.

Una vez que la zona mineralizada se ha ubicado, se usa un muestreo más detallado, del orden de 50-100 m entre perfiles y 10-20m entre puntos del perfil, con el fin de definir la mineralización en el plano.

La identificación de la ocurrencia mineral y su definición progresiva hasta depósito mineral se consigue por medio de perforaciones, que casi siempre son precedidas por trincheras. Todas estas actividades pueden representarse en el diagrama de flujo (adaptado de G. Govett), que se adjunta al final del capítulo.

En el diagrama se evidencia que una vez identificado un objeto, el proceso exploratorio se continúa hasta el final siempre y cuando los resultados de los estudios exploratorios ofrezcan resultados favorables.

2.3 PROVINCIAS GEOQUÍMICAS

Son áreas relativamente grandes y bien definidas de la Corteza Terrestre, que presentan una composición química distintiva. Su tamaño puede ser de decenas, de cientos, e incluso de miles de kilómetros (Bradshaw et al, 1972), siendo las Provincias Geoquímicas los ejemplos más grandes de halos primarios que existen. Las áreas que comprenden las Provincias Geoquímicas generalmente están compuestas de sucesiones de diferentes tipos de roca, pero todas las rocas, o la mayoría de ellas, a veces de diferente edades, presentan características geoquímicas similares de disminución o enriquecimiento de algún (o varios) elemento (s). Dentro de una Provincia Geoquímica puede haber considerables diferencias en la distribución de elementos individuales, o asociaciones de elementos, para rocas del mismo tipo pero de diferentes edades. Así mismo, el contenido de elementos traza en tipos de roca similares, difieren de provincia en provincia. Entre los ejemplos mas conocidos de provincias geoquímicas, están las zonas productoras de cobre en Chile y Perú; el cinturón de cobre porfídico que se extiende por el oeste de México y Estados Unidos, a través de Columbia Británica, hasta el Yukon; la zona de carbonatitas (con tierras raras, estroncio, etc.) del este de África; el cinturón de níquel de Australia; etc.

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Franja metalogénica de Chile Otra forma de hablar de Provincias Geoquímicas es incluir la asociación del tipo de roca, la mineralización específica y el área geográfica. Por ejemplo, unas rocas graníticas que tienen mayor contenido de cobre y molibdeno del normal (cobre porfídico en granitos alterados del SW de Estados Unidos), mientras que otras rocas similares tienen mayor contenido de estaño (granitos ricos en estaño de Bolivia); las rocas máficas pueden ocurrir en grupos o racimos con alto contenido de níquel--platino--cromo, como en Sudáfrica, y esas, del mismo modo, constituyen una provincia geoquímica. Las Provincias Geoquímicas pueden también basarse en la composición de las rocas sedimentarias, como en el caso de las rocas carbonatadas del Valle del Mississipi, con mayor contenido de Pb - Zn del normal, o las lutitas enriquecidas con cobre de Alemania y Zambia. Las Provincias Geoquímicas son útiles en la exploración, porque delimitan amplias áreas (de dispersiones primarias) en las cuales existen ocurrencias probadas de un metal, por consiguiente, representan lugares ideales para comenzar programas de exploración. La ocurrencia anormal de cualquier elemento, sugiere que es probable la mineralización general dentro de la provincia. Algunos ejemplos de esto son el descubrimiento de al menos cuatro yacimientos mayores de cobre porfídico dentro de un área, relativamente pequeña en el sur de Columbia Británica (U.S.A.) en la década de los 60's, y el gran número de descubrimientos de níquel en el "Cinturón de níquel", cerca de Kalgoorlie, al suroeste de Australia. Beus y Grigorian (1977) definen a las Provincias Geoquímicas, como: unidades de corteza a gran escala, caracterizadas por rasgos comunes en su evolución geológica y geoquímica, expresados en la composición geoquímica de sus constituyentes geológicos o formaciones, así como en las concentraciones metalíferas y no metalíferas, endógenas y exógenas, de sus elementos químicos.

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2.4 PROVINCIAS METALOGÉNICAS

El termino Provincia Metalogenética es usualmente utilizado para nombrar a las Provincias Geoquímicas, pero es utilizado para caracterizar exclusivamente una abundancia inusual de un elemento metálico en particular o una asociación de ellos en una área determinada, por lo que Boyle (1967) y otros autores lo consideran incorrecto, ya que argumentan que una provincia no únicamente está indicada por la presencia de un elemento mena, sino por las variaciones características en algunos otros elementos, los que necesariamente deben de ser mena. Con todo eso, el término Provincia Metalogenética es más común en la literatura geológica que el término Provincia Geoquímica, y se puede definir sencillamente como áreas y regiones que contienen importantes depósitos minerales con suficientes características en común como para sugerir que los depósitos están generalmente relacionados.

Un ejemplo de provincias metalogénicas tenemos:

Las Provincias Metalogenéticas de México (Damon Et Al, 1981) Damon y Clark (1981) sugieren que las Provincias Metalogenéticas de México (fig. II.6) forman cinturones de gran extensión, con orientaciones norte-noroeste, paralelas a la costa del Océano Pacifico, originadas por el magmatismo ocurrido durante el Cretácico--Terciario, relacionado al margen convergente que existió en esta porción del continente, en el norte de México se observa la siguiente sucesión de provincias, comenzando con el borde occidental de Sinaloa, y en dirección noreste: 1) Pórfidos y yacimientos metasomáticos de Cu (W, Mo) 2) Vetas de Au - Ag. 3) Vetas y brechas de Sn 4) Vetas de Hg-Sb 5) Vetas y Chimeneas (breccia pipes) de Pb – Zn - Ag 6) Vetas de Mn 7) Mantos de Pb – Zn - Ag 8) Depósitos de U (derivados de ignimbritas por alteración hidrotermal) 9) Depósitos estratiformes de Cu-Ba 10) Depósitos vulcanogénicos y metasomáticos de Fe 11) Mantos y Vetas de CaF2

12) Ocurrencia de Mo tipo Climax (continuación en México del cinturón de molibdeno del SW de Estados Unidos)

Además se puede observar la presencia de una provincia costera de cobre - fierro en Baja California y una de fierro en el borde del sur de México.

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3 TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS

3.1 HISTORIA DE LA TABLA PERIÓDICA

Los seres humanos siempre hemos estado tentados a encontrar una explicación a la complejidad de la materia que nos rodea. Al principio se pensaba que los elementos de toda materia se resumían al agua, tierra, fuego y aire. Sin embargo al cabo del tiempo y gracias a la mejora de las técnicas de experimentación física y química, nos dimos cuenta de que la materia es en realidad más compleja de lo que parece. Los químicos del siglo XIX encontraron entonces la necesidad de ordenar los nuevos elementos descubiertos. La primera manera, la más natural, fue la de clasificarlos por masas atómicas, pero esta clasificación no reflejaba las diferencias y similitudes entre los elementos. Muchas más clasificaciones fueron adoptadas antes de llegar a la tabla periódica que es utilizada en nuestros días. Cronología de las diferentes clasificaciones de los elementos químicos Döbereiner

Este químico alcanzó a elaborar un informe que mostraba una relación entre la masa atómica de ciertos elementos y sus propiedades en 1817. Él destaca la existencia de similitudes entre elementos agrupados en tríos que él denomina “tríadas”. La tríada del cloro, del bromo y del yodo es un ejemplo. Pone en evidencia que la masa de uno de los tres elementos de la triada es intermedia entre la de los otros dos. En 1850 pudimos contar con unas 20 tríadas para llegar a una primera clasificación coherente. Chancourtois y Newlands

En 1862 Chancourtois, geólogo francés, pone en evidencia una cierta periodicidad entre los elementos de la tabla. En 1864 Chancourtois y Newlands, químico inglés, anuncian la Ley de las octavas: las propiedades se repiten cada ocho elementos. Pero esta ley no puede aplicarse a los elementos más allá del Calcio. Esta clasificación es por lo tanto insuficiente, pero la tabla periódica comienza a ser diseñada. Meyer

En 1869, Meyer, químico alemán, pone en evidencia una cierta periodicidad en el volumen atómico. Los elementos similares tienen un volumen atómico similar en relación con los otros elementos. Los metales alcalinos tienen por ejemplo un volumen atómico importante. Mendeleïev

En 1869, Mendeleïev, químico ruso, presenta una primera versión de su tabla periódica en 1869. Esta tabla fue la primera presentación coherente de las semejanzas de los elementos. El se dio cuenta de que clasificando los elementos según sus masas atómicas se veía aparecer una periodicidad en lo que concierne a ciertas propiedades de los elementos. La primera tabla contenía 63 elementos. Esta tabla fue diseñada de manera que hiciera aparecer la periodicidad de los elementos. De esta manera los elementos son clasificados verticalmente. Las

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agrupaciones horizontales se suceden representando los elementos de la misma “familia”. Para poder aplicar la ley que él creía cierta, tuvo que dejar ciertos huecos vacíos. Él estaba convencido de que un día esos lugares vacíos que correspondían a las masas atómicas 45, 68, 70 y 180, no lo estarían más, y los descubrimientos futuros confirmaron esta convicción. El consiguió además prever las propiedades químicas de tres de los elementos que faltaban a partir de las propiedades de los cuatro elementos vecinos. Entre 1875 y 1886, estos tres elementos: galio, escandio y germanio, fueron descubiertos y ellos poseían las propiedades predecidas. Sin embargo aunque la clasificación de Mendeleïev marca un claro progreso, contiene ciertas anomalías debidas a errores de determinación de masa atómica de la época. Tabla periódica moderna La tabla de Mendeleïev condujo a la tabla periódica actualmente utilizada. Un grupo de la tabla periódica es una columna vertical de la tabla. Hay 18 grupos en la tabla estándar. El hecho de que la mayoría de estos grupops correspondan directamente a una serie químmica no es fruto del azar. La tabla ha sido inventada para organizar las series químicas conocidas dentro de un esquema coherente. La distribución de los elementos en la tabla periódica proviene del hecho de que los elementos de un mismo grupo poseen la misma configuración electrónica en su capa más externa. Como el comportamiento químico está principalmente dictado por las interacciones de estos electrones de la última capa, de aquí el hecho de que los elementos de un mismo grupo tengan similares propiedades físicas y químicas.

3.2 TEORÍA ATÓMICA DE LA MATERIA

La mayoría de los filósofos tales como Platón y Aristóteles creían que la materia era infinitamente divisible, otros como Demócrito no estaba de acuerdo con este punto de vista, quién argumentó que la materia se compone de pequeñas partículas indivisibles a las que llamó “átomos” y que significa “indivisible”.

Durante el periodo de 1803 a 1807, John Dalton, un maestro de escuela inglés, publicó una teoría congruente que fue diseñada por las observaciones experimentales. La esencia de la teoría atómica de Dalton se resume en los siguientes postulados.

1. Cada elemento se compone de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.

2. Todos los átomos de un elemento son idénticos; los átomos de elementos diferentes son diferentes y tienen propiedades distintas (incluida la masa).

3. Los átomos de un elemento no se transforman en tipos de átomos diferentes mediante reacciones químicas; los átomos no se crean ni se destruyen en las reacciones químicas.

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4. Se forman compuestos cuando se combinan átomos de más de un elemento; Un compuesto dado siempre tiene el mismo número relativo y clase de átomos.

3.3 NÚMEROS CUÁNTICOS Y PERIODICIDAD

Para poder estudiar adecuadamente la distribución de los elementos en las rocas, es necesario tratar brevemente la sistematización de los elementos en la Tabla Periódica de los Elementos.

De acuerdo con los conocimientos de la Física contemporánea, se acepta que todo átomo está compuesto por tres tipos de partículas elementales básicas: protones y neutrones, conformando el núcleo, y electrones en igual número al de protones en movimiento según orbitales formando la envoltura alrededor del núcleo. El número de protones define el número atómico, la suma del número de protones y neutrones en el núcleo del átomo de un elemento define su peso atómico.

La periodicidad de los elementos esta dado por el número atómico creciente.

A continuación se presenta una tabla resumen de algunas propiedades de las partículas elementales fundamentales.

Partícula Símbolo Masa en Reposo (g)

Carga eléctrica (C) Antipartícula

Electrón e 9.1095*10-28 -1.6022*10-19 Positrón

Protón p 1.67252*10-24 +1.6022*10-19 Antiprotón

Neutrón n 1.67495*10-24 ** Antineutrón

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Los orbitales de los electrones se describen mediante la función de onda y de Schrodringer, asociada a un estado energético dado. Para describir la distribución y el comportamiento de los electrones en un átomo se requieren los 4 números cuánticos derivados de la ecuación de onda de Schrondinger que a continuación se describen brevemente:

Número cuántico principal ( n ): Determina la “distancia promedio” de un electrón al núcleo, y por lo tanto la energía correspondiente a este electrón. Puede tomar los valores discretos 1, 2, 3, 4, 5, 6, y 7. Cada valor determina una capa o nivel electrónico. Puede demostrarse que el número máximo de electrones existentes en una capa será 2n2.

Número cuántico angular o acimutal ( l ): En una capa o nivel pueden existir n subcapas o subniveles, caracterizados cada uno, por orbitales de una forma dada. Cada subnivel se especifica por su número cuántico acimutal l que puede tomar valores discretos en el intervalo (0, n-1). Es costumbre simbolizar los valores de l por letras de acuerdo al convenio,

l 1 2 3 4 5 6

símbolo s p d f g h

Así los niveles n =1 tendrá solo un subnivel l = 0, designado como subnivel s;

n =2, tendrá dos subniveles l =0(s) y l =1(p);

n=3, tendrá 3 subniveles, l =1(s), l =2(p) y l =3(d) respectivamente, etc.

Número cuántico magnético ( ml ): En cada subnivel existirán orbitales con distintas orientaciones espaciales, dependientes de su valor l. Puede demostrarse que en un subnivel l podrán existir hasta 2l + 1 orbitales correspondientes al valor del número cuántico ml; pudiendo este tomar valores discretos en el intervalo (-l, +l).

Para el subnivel 2s solo tendremos un orbital posible ml =0; en el subnivel 2p podrán existir hasta 3 orbitales posibles correspondientes a los valores de ml (-1,0,+1) respectivamente.

Los tres números cuánticos examinados hasta el momento describen, la distancia promedio hasta el núcleo de los orbitales electrónicos, y por consiguiente la energía del nivel o capa a que pertenece el electrón; el número de subniveles electrónicos (formas “geométricas”) que pueden existir en ese nivel y por último el número máximo posible de orbitales que pueden existir en cada subnivel.

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Número cuántico “spin”: Para describir completamente el comportamiento de un electrón, se necesita un cuarto número cuántico llamado spin, que puede tomar los valores discretos +1/2 y –1/2 respectivamente. Este número cuántico describe la polarización del campo magnético asociado a un electrón.

En la física cuántica existe el “principio de exclusión de Pauli”, el cual establece “que dos electrones en un átomo no pueden tener sus cuatro números cuánticos iguales”. Así, en un mismo orbital, pueden existir hasta 2 electrones, pero estos tienen que poseer spines opuestos.

3.4 RADIO IÓNICO & CARGA IÓNICA

Radio Atómico de los Elementos (RA)

Como una forma de caracterizar el volumen promedio de un átomo aislado, se crea el concepto de radio atómico de un elemento, para lo cual se asume que el volumen correspondiente a un “átomo promedio” posee una forma esférica.

La unidad usada para describir las dimensiones de los RA es el Amstrong (0A ) que

es igual a 10-8 cm =10-10m.

Para los metales el RA se define como la mitad entre los núcleos de 2 átomos adyacentes, para los elementos que forman moléculas diatómicas simples, como la mitad entre los núcleos de los dos átomos de la molécula.

A continuación se muestran los gráficos de RA vs Z para los períodos del 2 al 6. Se puede apreciar que dentro de cada período se muestra una tendencia a la disminución del RA cuando nos desplazamos desde los metales alcalinos hacia los no metales halógenos, esto es, RA disminuye cuando Z aumenta, para n=constante. Por otro lado, dentro de cada grupo se puede observar la tendencia a un aumento del RA cuando n aumenta.

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En general puede decirse que el RA tiende a aumentar cuando:

1) Nos desplazamos desde los no metales hacia los metales alcalinos, dentro de un mismo período.

2) Nos desplazamos en el sentido de n creciente dentro de un mismo grupo.

Radio Iónico de los Elementos (RI)

Este concepto se usa para describir el volumen promedio de un ión correspondiente a un elemento químico. Esta propiedad afecta las propiedades físicas y químicas de un compuesto iónico, tal como la estructura tridimensional de un mineral.

Cuando un átomo se convierte en un ión (capturando o cediendo algún electrón de valencia) se produce una variación de su tamaño efectivo promedio, con respecto a su estado neutro.

• Si el átomo se transforma en un anión, capturando electrones, su tamaño (radio promedio) aumenta

• Si el átomo se transforma en un catión, cediendo electrones, se hace más pequeño, esto se ilustra en los gráficos mostrados s continuación para los metales alcalinos y los halógenos respectivamente.

El cambio de tamaño relativo se hace mayor (aumento o disminución con respecto al átomo neutro) cuando el número de electrones capturados (aniones) o cedidos (cationes) aumenta.

Radio Iónico (+) & Número atómico

0,750,95

1,3 1,451,651,6

1,85

2,35 2,452,65

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3 11 19 36 55

Z

RI

Li Na K Rb Cs

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Elemento Z E E (+) Li 3 0,75 1,6 Na 11 0,95 1,85 K 19 1,3 2,35 Rb 37 1,45 2,45 Cs 55 1,65 2,65

Debe señalarse que cationes con RI similares suelen encontrarse asociados en los silicatos minerales, por ejemplo los RI del Na+1 y del Li+2 son 0.98 y 0.68 respectivamente.

Radio Iónico (-)& Número atómico

0,710,99 1,14 1,331,331,81 1,96

2,2

00,5

11,5

22,5

9 17 35 53

Z

RI

Elemento Z E E (-) F 9 0,71 1,33 Cl 17 0,99 1,81 Br 35 1,14 1,96 I 53 1,33 2,2

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Composición química promedio de la corteza terrestre según clark-washington y fersman.

Los 10 elementos más abundantes en la naturaleza.

Por la importancia que tienen estos 10 elementos en la constitución de la Corteza Terrestre, se denominan elementos formadores de rocas o principales respectivamente.

3.5 CLASIFICACIÓN GEOQUÍMICA DE GOLDSCHMITH

V.M. Goldschmidt dedicó su carrera en geoquímica al estudio de la distribución de los elementos en la Tierra, así como al intento de formular una serie de leyes mediante las cuales la distribución de los elementos en la Tierra pudiera ser explicada. El planteamiento que hizo Goldschmidt sobre el problema de la distribución de elementos, se basó en la idea de que la distribución primaria o inicial de los elementos en nuestro planeta, probablemente tuvo lugar durante o poco tiempo después del tiempo de formación de la Tierra Primitiva. En su historia más temprana, la Tierra estuvo fundida y basándose en la composición de meteoritos, que pueden ser divididos en tres grupos mayores, de hierro--níquel, de troilita (FeS) y de silicatos, Goldschmidt dedujo que el enfriamiento del planeta tuvo lugar en tres fases separadas:

• una fase de metales • una fase de sulfuros • y una fase de silicatos.

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Los resultados de sus estudios mostraron que la distribución de elementos en los meteoritos, en productos de fundición, en rocas naturales, en depósitos de sulfuros y en el tan raro hierro nativo terrestre, concordaban todos razonablemente bien, y concluyó que los elementos pueden ser clasificados en función de su afinidad geoquímica:

1) Siderófilos: con afinidad por el hierro; concentrados en el núcleo de la tierra.

2) Calcófilos: con afinidad al azufre; concentrados en sulfuros. 3) Litófilos: con afinidad por los silicatos; concentrados en la Corteza Terrestre.

4) Atmófilos: como gases en la atmósfera. La tabla ilustra esquemáticamente el agrupamiento de los elementos de Goldschmidt. Cabe hacer notar que algunos elementos tienen características comunes de dos grupos. Por ejemplo, el oro es principalmente siderófilo, pero a menudo ocurre con sulfuros (calcófilo). El cromo es fuertemente litófilo en la corteza terrestre, pero si se tiene deficiencia de oxigeno, como en algunos meteoritos, es calcófilo y puede formar un sulfuro de Fe - Cr (daubreelita, FeCrS4). El agrupamiento de la tabla es un indicador cualitativo aproximado de las asociaciones naturales, y ofrece explicaciones parciales para ciertos fenómenos, tales como la escasez de metales del grupo del platino y el oro en la corteza terrestre, ya

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que su afinidad geoquímica indica que esos elementos son siderófilos, y por lo tanto, están concentrados en el núcleo de la Tierra. El carácter geoquímico de un elemento y su posición en la tabla periódica, puede ser correlacionado con el tipo de enlace químico que este elemento prefiere. Los enlaces iónico, metálico y covalente están relacionados en forma general a los grupos litófilo, siderófilo y calcófilo respectivamente. Los elementos litófilos ionizan fácilmente y tienden a formar o a estar asociados con silicatos, en los que se encuentra el enlace iónico (transferencia de electrones como en cloruro de sodio), los elementos calcófilos forman enlaces covalentes (participación de electrones como en el caso de la esfalerita) con sulfuros, o con selenio o con telurio, si están presentes; los elementos siderófilos normalmente prefieren el enlace metálico característico de los metales y no tienden a formar compuestos con el azufre o el oxigeno, lo que explica porque el oro y el platino comúnmente ocurren como minerales nativos. Un quinto tipo de afinidad geoquímica reconocido por Goldschmidt es el de los elementos biófilos, en el que se incluyen aquellos elementos comúnmente concentrados en organismos, principalmente C, H, O, N, P, S, y Cl, así como ciertos elementos traza como el vanadio, manganeso, cobre, hierro y boro.

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4 LEYES DE MIGRACIÓN DE LOS ELEMENTOS

Cuando un material transita por el ciclo geoquímico, sufre cambios, por lo general es distribuido, fraccionado y mezclado con otros materiales. Todo este proceso suele denominarse “dispersión geoquímica”. La dispersión puede ser causada por agentes mecánicos como inyección de magma, erupción volcánica, arrastre por una corriente de agua, etc. O por procesos químicos o bioquímicos.

La dispersión geoquímica se produce siempre, gracias a la existencia de un agente movilizante o de transporte, como soluciones acuosas, agentes “volátiles” y otros, que encuentran la posibilidad de tomar la “carga” de un “ambiente de movilización”, transportarla espacialmente hasta un “ambiente de dispersión” donde por alguna causa de carácter físico y/o físico química, deposita total o parcialmente parte de la “carga” movilizada; este proceso se muestra en el esquema siguiente:

El proceso de dispersión de un elemento está controlado por su “movilidad”, esto es, la facilidad de movilizarse de la fase que lo contiene “inicialmente” y reubicarse en una nueva matriz.

En unos ambientes, la movilidad depende de las características mecánicas de la fase móvil, como la viscosidad del magma y de las soluciones o el tamaño, densidad y forma de las partículas arrastradas por una corriente.

“En la dispersión química, el factor más importante es la estabilidad química de los elementos (minerales) en las fases sólidas inmóviles con respecto a las fases fluidas móviles coexistentes.”

La modificación de las condiciones ambientales provoca la aparición de nuevas especies mineralógicas más estables en las condiciones nuevas. Debe aclararse que la mayoría de los minerales son estables solamente en un sistema donde la concentración de sus elementos componentes es relativamente elevada.

Barrera geoquímica. Este término implica un cambio abrupto en las condiciones físico-químicas, en el medio por el cual se desplazan los elementos durante su migración. Estos cambios abruptos causan la precipitación de ciertos elementos en solución, lo que en condiciones ideales puede resultar en la formación de un nuevo

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depósito mineral, o en el enriquecimiento de un deposito mineral ya formado (ambiente secundario). Las barreras geoquímicas importantes y de interés en exploración geoquímica son: temperatura, presión (descompresión), pH (acidez-alcalinidad), Eh (oxidación-reducción), presencia de sulfatos y/o carbonatos, adsorción, evaporación y elementos mecánicos (cambios en la velocidad de flujos de agua).

4.1 FACTORES INTERNOS

• Potencial de Ionización,

A partir del RI se define el potencial iónico (PI) como:

PI = Carga iónica / radio iónico

Este parámetro empírico, es importante para describir la movilidad general de los iones en un ambiente superficial. Se ha podido verificar que los elementos con un PI bajo(<3.0) se disuelven como cationes simples móviles(Na, K, CA, etc.); los elementos con PI altos(>12.0) tienden a producir aniones complejos solubles(oxianiones) como PO4-3, SO4-2, MoO4-2, etc.; y los elementos con valores intermedios de PI(3.0<PI<12.0) en general son inmóviles (solubilidad baja) como el As,Ti, Sn, etc.

Sin embargo, el comportamiento de la movilidad de los elementos en ambiente superficial puede variar en dependencia de las condiciones físico químicas (pH y Eh) del medio. Perelman determinó que la migración en el agua K como medida de la capacidad migratoria de un elemento dado puede expresarse como:

K = 100M / aN

donde:

• M- es la concentración del elemento en el agua en mg/l (ppm) • N- es la concentración del elemento en la roca por donde circula el agua en % • a- es el total de sólidos disueltos en el agua.

A continuación se muestra una tabla confeccionada por A. Perelman, donde se presentan las movilidades relativas en ambiente superficial, de algunos elementos en función de las condiciones físicas-químicas ambientales.

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Movilidad

Relativa

Ambiente cuasineutro

(5 > pH < 8)

Ambiente ácido

(pH < 4)

Ambiente Reductor

(Eh < 0)

Movilidad alta

K>10

Cl,Br,I,S,Rn

He,C,N, Mo, B

Cl,Br,I,S,Rn

He,C,N,B

Cl,Br,I,Rn,He

Movilidad moderada,

1<K<=10

Ca,Na,Mg,Li

Zn,Ag,U,V,As

Ca,Na,Mg,Sr,Li,F,

Zn,Cd, Hg,Cu,Co,Ni,U,V

Ca,Na,Mg,Li,Sr,Ba, Ra, F, Mn

Movilidad baja

0.1<K<=1

K,Rb,Ba,Mn,Si,Ge,P,Pb,Cu, Ni,Co

K,Rb,Ba,Si,Ge K,Rb,Si,P

Movilidad cuasinula

K<0.1

Fe,Al,Ga,Sc,Ti,Zr,Hf, Th,Pa,Sn,TR, grupo-Pt,Au

Fe,Al,Ga,Sc,Ti,Zr, Hf,Th,Pa,Sn,TR,

grupo-Pt,Au

Fe,Al,Ga,Ti,Zr,Hf,Th,Pa,TR,grupo-Pt,Au, Cu,Ag,Pb,Zn,Cd,Hg,Ni,Co,As,Sb,Bi,U,V,Se,Te,Mo, In,Cr

Puede observarse que en un ambiente oxidante los metales tienden a movilizarse en soluciones acuosas cuando el medio es ácido (pH<7) a medida que las condiciones de acidez disminuyen, los metales disueltos comienzan a “precipitar” y se produce la deposición que caracteriza la dispersión geoquímica por vía “química”. Si el ambiente es reductor (Eh<0, ausencia de oxígeno) la movilidad de los iones móviles en ambiente oxidante se reduce drásticamente, eso es lo que el profesor Perelman define como una “barrera geoquímica reductora”.

Las investigaciones han mostrado que todos los elementos de la tabla periódica están presentes en la Corteza Terrestre, el Sistema Solar y el resto del Universo conocido. Sin embargo, las concentraciones medias de estos elementos varían considerablemente, así de los elementos estables conocidos, solo 10 constituyen mas del 98.6% de la Corteza Terrestre, como se muestra a continuación.

• Afinidad electrónica

La afinidad electrónica es la cantidad de energía absorbida por un átomo aislado en fase gaseosa para formar un ión con una carga eléctrica de -1. Si la energía no es absorbida, si no liberada en el proceso, la afinidad electrónica tendrá, en consecuencia, valor negativo tal y como sucede para la mayoría de los elementos químicos; en la medida en que la tendencia a adquirir electrones adicionales sea mayor, tanta más negativa será la afinidad electrónica. De este modo, el flúor es el

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elemento que con mayor facilidad adquiere un electrón adicional, mientras que el mercurio es el que menos.

Aunque la afinidad electrónica parece variar de forma caótica y desordenada a lo largo de la tabla periódica, se pueden apreciar patrones. Los no metales tienen afinidades electrónicas más bajas que los metales, exceptuando los gases nobles que presentan valores positivos por su estabilidad química, ya que la afinidad electrónica está influenciada por la regla del octeto.

Los elementos del grupo 1, tienden a ganar un electrón y formar aniones -1, completando el subnivel s, mientras que los elementos del grupo 2, que ya lo tienen completo, no presentan esa tendencia. Análogamente sucede en el bloque p, donde las afinidades electrónicas se van haciendo más negativas a medida que nos acercamos a los gases nobles.

• Isomorfismo

iso = igual / misma; morphos = forma La característica de minerales de composición diferente es que la estructura presente forma la misma unidad cristalográfica o varia continuamente debido a la substitución de elementos con radios iónicos similares. Los minerales isomorfos pueden formar una serie isomórfica continua o casi continua. Un mineral intermedio de esa serie corresponde a una solución sólida en las condiciones extremas. Los ejemplos de series isomórficas pueden ser:

• grupo del olivinas: el forsterita (MgSiO4) <=> el fayalita (FeSiO4);

• grupo del plagioclásios: el albita (NaAlSi3O8) <=> el anortita (CaAl2Si2O8).

4.2 FACTORES EXTERNOS

• Eh y pH

El pH es un valor que se usa para indicar la acidez o alcalinidad de una sustancia. La escala de pH es una escala logarítmica de crecimiento exponencial. Oscila entre los valores de 0 (más acido) y 14 (más básico), 7 es Neutro. El "factor pH" se define como el potencial de Hidrógeno calculado como el logaritmo de la actividad o concentración molar de los iones Hidrógeno (H+ ó hidronio H3O+). pH = -log[H+]. Si la concentración de iones hidrógeno en una muestra en disolución es de 2.0*10E-3 M y aplicamos la fórmula citada llegaremos a la conclusión de que es una disolución muy ácida, puesto que su pH es 2.7. La acidez y la alcalinidad son en función del pH donde, los cambios en este régimen de una solución durante los procesos endógenos es algunas veces un factor decisivo en la separación de muchos componentes en la fase sólida y en la concentración de sustancias de mena. Esto es de menos significado en los procesos exógenos; sin

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embargo, las barreras alcalinas son las responsables para la precipitación de hierro, níquel y otros metales en solución cuando la solución entra en contacto con las calizas en el límite con el horizonte de suelos ácidos y en niveles profundos ricos en materiales calcáreos. El Eh o potencial redox es una medida relativa de la intensidad de oxidación o reducción en solución, esto es, la concentración de electrones en una solución. Aunque los procesos de oxido-reducción son comúnmente biológicos, otros son más bien químicos. En los ambientes sedimentarios, el Eh y el Ph son interdependientes, por lo que conociendo los límites de estabilidad del agua, se puede trazar en un diagrama el Eh como ordenada y el Ph como abscisa y mostrar los campos para cada uno de éstos. La oxidación y reducción so en función de Eh, donde anto en los procesos endógenos como exógenos, un repentino cambio en los ambientes de oxidación – reducción en las rutas de migración tiene un efecto decisivo en la precipitación de algunos metales: a) Oxidación. Tiene lugar como aguas juveniles o continentales, con bajo contenido de oxígeno, viene en contacto con aguas superficiales ricas en oxígeno. Es muy importante en la precipitación de los óxidos de hierro y manganeso en las aguas superficiales. b) Reducción por ácido sulfhídrico. Causa la precipitación de la gran mayoría de metales en forma de sulfuros. c) Reducción gley. Causa la precipitación de algunos aniones de metales, tales como uranio, vanadio y molibdeno. El término gley se aplica a un suelo moteado a causa de la parcial oxidación y reducción de sus constituyentes en compuestos de hierro férrico, debido a las condiciones intermitentes de saturación de agua.

51

Diagrama Eh-pH de especies acuosas de arsénico en el sistema As–O2–H2O a 25ºC y 1 bar de

presión total.

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La estabilidad de los óxidos de Fe-Mn está en función de la acidez (pH) y del potencial Redox (Eh) como se muestra a continuación.

Los óxidos tanto de Fe como de Mn se disuelven en ambientes ácidos y/o reductores. Los óxidos de Mn se disuelven más fácilmente que los de Fe. Eligiendo adecuadamente los agentes acidulantes o reductores, o ambos, estos óxidos pueden ser lixiviados de las muestras de suelos o sedimentos activos, quedando los minerales más resistentes.

Por el contrario, si las condiciones químicas se mantienen, en el interior de los campos de estabilidad, los ET absorbidos por ellos, no serán afectados. De forma similar, los materiales orgánicos y los sulfuros son estables sólo en condiciones reductoras y pueden ser disueltos por tratamientos intensamente oxidantes. Las arcillas, micas, feldespatos, y los silicatos máficos solo se descomponen muy lentamente en ácidos o bases débiles ya que la sílice y la alúmina son relativamente insolubles en esas condiciones. Muchos de esos silicatos, se descomponen sólo lentamente en ácidos concentrados y calientes y por consiguiente no son prácticamente afectados por las condiciones que disuelven a los óxidos de Fe-Mn.

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• Solubilidad

La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto/disolvente. También es posible extender el concepto a solubilidad en sólidos.

En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a estos la sustancia será más o menos soluble, por ejemplo: Los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico. Entonces para que sea soluble en éter etílico ha de tener poca polaridad, es decir no ha de tener mas de un grupo polar el compuesto. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados.

El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación.

4.3 PRECISIÓN Y EXACTITUD

En la solución de diversos problemas geológicos usando la prospección geoquímica, siempre será necesario estimar los contenidos de algunos elementos, mediante algún procedimiento que asegure los requerimientos de sensibilidad, precisión, exactitud, tiempo y costo vinculados al problema tratado.

El procedimiento debe ser lo suficientemente sensible, para detectar las concentraciones pequeñas en que se encuentran los elementos de interés; preciso, para asegurar la repetibilidad de mediciones reiteradas en muestras de control y exacto, para asegurar que los valores obtenidos sean muy cercanos a los valores reales de las muestras estudiadas.

Preciso, poco exacto. Exacto, poco preciso. Preciso y exacto.

Este último aspecto se asegura trabajando con gráficos de calibración o curvas de trabajo para cada elemento estudiado, conseguidas a partir del estudio de muestras

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patrones de concentraciones conocidas, según una metodología específica, que permiten transformar los resultados de las mediciones obtenidas en valores de concentración del elemento en particular, que son compatibles con las mediciones efectuadas con las muestras patrones.

Toda muestra debe pasar por los pasos siguientes para su estudio:

1) Preparada para su transportación, almacenamiento, pre procesamiento y selección de una submuestra que será analizada en el laboratorio.

2) Descomposición parcial o total, para liberar al elemento a estudiar de acuerdo a la técnica analítica a emplear.

3) Reducir cuanto sea posible, las interferencias producidas por otros elementos, en los casos que proceda.

4) Estimación de la concentración del elemento de interés, usando una técnica analítica dada.

La operación primaria de muestreo implica el establecimiento y cumplimiento estricto, de la definición del concepto a usar de muestra, lo que estará asociado, al método geoquímico usado, al estadío de la investigación y a las particularidades de la técnica analítica a usar. Una vez definido el que, debe definirse el cuanto, esto es, el tamaño de la muestra, hecho que estará condicionado, al tipo de estudio a realizar, al tipo de muestra recogida, a la forma de ocurrencia de los elementos trazas en los sólidos, a la heterogeneidad de la facie mineralógica a estudiar, asociada al elemento de interés, a la técnica analítica a emplear y otros.

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El último conjunto de reglas está vinculada al donde recoger la “muestra”, esto es, donde en el plano, donde en profundidad, de acuerdo a la definición ya adoptada de “muestra” y “volumen” de esta.

4.4 FORMA DE OCURRENCIA DE LOS ELEMENTOS EN LOS SÓLIDOS

Los elementos cuyos contenidos son menores que 0.1% se denominan elementos trazas. En la Prospección Geoquímica el estudio de los elementos trazas juega un papel de gran importancia.

Para el estudio de los elementos trazas las concentraciones o contenidos se expresan en:

1) Partes por millón (ppm)

• 1 parte por millón = 1 ppm = 1 miligramo/kg = 1 gramo/tonelada. • 1 ppm 1 miligramo/litro (cuando se trata de soluciones acuosas).

2) Partes por billón (ppb)

• 1 parte por billón = 1 ppb = 10-3 ppm = 1 miligramo/tonelada. • 1 ppb 1 microgramo/litro (cuando se trata de soluciones acuosas).

La forma en que aparecen los elementos trazas en los materiales del suelo, sedimentos, rocas, etc., condicionará su comportamiento químico, tanto en su ambiente natural como en los procedimientos de laboratorio.

Caso 1: Como elemento principal en un mineral traza, bien cristalizado, tal como el Zn en la esfalerita [SZn], el Cu en la calcopirita [ CuFeS2] o el Au en el oro nativo.

La movilidad de los elementos trazas, en estos casos, depende fundamentalmente de la solubilidad simple y de la composición de las soluciones o de los procesos físicos de transportación de las partículas.

Caso 2: Como un elemento traza (ET) a modo de impureza, en la estructura cristalina de un mineral bien cristalizado, tal como el Zn en magnetita [Fe3O4], el Pb en feldespatos potásicos o el Cu en la biotita [ K(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)Si3O10(OH)2] .

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Estos minerales bien cristalizados, normalmente se originan en procesos ígneos, metamórficos o hidrotermales. El comportamiento de los ET en estos casos, dependerá fundamentalmente, de las propiedades del mineral portador. Cuando este último se destruye o descompone, la movilidad del ET estará gobernada por su solubilidad y las particularidades de las soluciones en su entorno.

Caso 3: Como un ET en materiales poco cristalizados, ocluido como ET en esas fases, o adsorbido en estas fases y atrapado por una precipitación posterior. Estos materiales se originan normalmente, en condiciones de ambiente superficial. Como ejemplos pueden citarse, Co o Cu en óxidos de Fe-Mn, Zn en montmorrillonita y el Hg en compuestos orgánicos. En general el comportamiento de los ET, es similar al caso 2, ya presentado, pero, como el material portador está poco cristalizado, los ET tienden a estar más asequibles a las soluciones en su entorno que aquellos que se encuentran en minerales bien cristalizados. A pesar de esto, se requiere de la disolución parcial del material portador, o del ataque con ácidos fuertes para liberar a los ET en estos casos.

Caso 4: Como un ET adsorbido (en la superficie) por una partícula coloidal de, un óxido de Fe-Mn, un mineral arcilloso, un material orgánico, o en la capa de intercambio de un mineral arcilloso. La movilidad de los ET en estos casos, está controlada fundamentalmente, por el equilibrio de intercambio iónico, por esta razón pequeñas variaciones en las propiedades de las soluciones del entorno, pueden liberar a los ET.

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Estabilidad de minerales importantes

Los minerales originados, en condiciones superficiales (de intemperismo) generalmente son de grano fino, mal cristalizados, y poseen una superficie específica (superficie de las partículas por unidad de volumen) elevada, lo que hace que puedan ser disueltos o modificados, por medio de tratamientos químicos relativamente moderados. Los silicatos de las rocas ígneas o metamórficas (y sus granos detríticos en rocas sedimentarias, suelos o sedimentos de corrientes o activos) generalmente requieren de tratamientos químicos más severos para su descomposición.

Los ET poseen un intervalo amplio de propiedades, que van desde las fases solubles en el agua como el circón hasta los minerales pesados resistentes.

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5 PREPARACION DE LAS MUESTRAS

Las muestras recolectadas, normalmente deben recibir un tratamiento preliminar, antes de ser sometidas a algún tipo de técnica analítica, con el fin de estimar los contenidos d los elementos de interés. El objetivo de este tratamiento puede ser:

I. Asegurar que la muestra pueda transportase y almacenarse adecuadamente II. Homogeneizar la muestra de forma tal que la variabilidad en el submuestreo

sea minimizada III. Realizar la separación preliminar de los constituyentes elementales de

acuerdo a sus formas de ocurrencia en los diferentes materiales portadores.

Todos estos tratamientos deben asegurar una confiabilidad máxima en la identificación de todas las muestras y evitar la contaminación de estas.

Mientras sea menor l numero de pasos relacionados con la preparación y determinación de las muestras, Serra menor la oportunidad de contaminación y de equivocación, en la aplicación de una técnica analítica especifica.

Las muestras de materiales sólidos, deben guardarse en saquitos o fundas de lona o papel kraft, donde debe escribirse en su exterior la identificación de la misma; además es aconsejable poner una tarjeta protegida en un sobre de nylon con la identificación (doble identificación) en el interior del saquito. Simultáneamente hay que documentar, en la libreta de campo los datos de identificación, ubicación, profundidad, particularidades geológicas, geomorfológicas, topográficas y de otros tipos del punto muestreado y su entorno. Las funditas deben ser secadas para luego ser guardadas en cajas para su transportación al laboratorio.

Toda muestra debe estar seca antes de iniciar, todo proceso analítico. Las muestras de suelos o de plantas se secan por lo general al sol o en hornos pequeños en el campamento.

Las muestras que serán analizadas, a partir de sus metales extraíbles no deben ser secadas totalmente para evitar que se produzca un cambio en su forma de ocurrencia. Los componentes inorgánicos en las muestras de agua pueden necesitar una concentración antes de su análisis ya sea por evaporación en el laboratorio o por intercambio iónico en el campo.

La pulverización de las muestras de roca, suelos, sedimentos o plantas, mediante la trituración, molida, o cortada sirve en parte par aumentar su superficie especifica, que permite un ataque mas efectivo de los reactivos químicos que puedan usarse para homogeneizar la muestra y para realizar el submuestreo de la porción representativa que será sometida al análisis.

Las muestras de roca se trituran hasta unos 6 a 10 mm en una trituradora plana de mandíbula de acero con solamente contaminaciones menores del Fe, Mn y Cr y de los elementos similares de la aleación ferrosa. Si fuese necesario evitar la containacion de esos elementos, la trituración puede efectuarse usando bloques grandes de la muestra misma. La molida a partir de partículas menores de 1 cm pude realizarse con pulverizadores de placa de acero o molinos de disco, usualmente

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contaminan con acero (Fe, Mn, Mo, Cr, Bi) y otros elementos asociados. Pulverizadores de placas de cerámica, molinos de bolas de carburo-tungsteno o molinos de disco pueden usarse para evitar la contaminación por ferro aleaciones. Las muestras de rocas por lo general son pulverizadas para que pasen los tamices 60-20 (250-74 µm).

Los suelos y sedimentos activos se tamizan antes de ser analizados, esta operación tiene dos objetivos.

I. eliminación de los fragmentos gruesos de cuarzo, basura orgánica y otros materiales relativamente pobres en elementos traza

II. el conseguir un material fino y homogéneo del cual las submuestras puedan tomarse.

El tamaño de los tamices se especifica por la dimensión de la apertura del tamiz, por que tamices de una misma malla nominal puede diferir en la apertura por un factor de hasta dos. Deben usarse tamices de nylon o de aluminio para evitar la contaminación del latón o del acero inoxidable.

Una separación minera de otro pipo, puede relazarse en muestras plásticas antes del análisis químico. Estas separaciones toman en consideración las propiedades físicas principales de los minerales, en especial la densidad, la susceptibilidad magnética y las propiedades eléctricas.

Cuando se toma una pequeña porción (submuestra) de una roca, suelo o sedimento previamente pulverizado y/o tamizado de un volumen mayor, debe asegurarse que sea representativa del total. Relaciones entre los tamaños de los granos, el contenido del elemento y el volumen del material necesario se han desarrollado en l literatura.

Divisores de muestra o métodos de cuarteo, deben usarse en la división de muestras grandes, y la segregación de los minerales debe evitase por medio de un mezclado total en varias etapas de la trituración-tamizado de la muestra.

5.1 DESCOMPOSICIÓN DE LAS MUESTRAS

En la prospección geoquímica, se usan muchos métodos y procedimientos de extracción de los metales trazas de rocas, suelos, sedimentos y otros materiales. El investigador debe seleccionar el método que obtenga el contraste óptimo entre las anomalías y fondo dentro de las restricciones de costo, tiempo, equipamiento y los pasos analíticos posteriores. En muchos estudios geoquímicos, el contraste puede mejorarse por la extracción selectiva de solo ciertas formas de elementos en lugar del contenido total de los elementos. Los métodos de extracción selectiva se basan en los modos diferentes de ocurrencia de los elementos en los materiales portadores.

Al hablar del contenido total de un elemento traza (ET), nos referimos a los resultados obtenidos por espectrometría de emisión (EE), de absorción atómica (AA), de fluorescencia de rayos X (FRX), de activación neutrónica u otro método de la geofísica nuclear o por descomposición con HF mezclado con ácidos fuertes.

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Los tratamientos con ácidos concentrados y calientes, o por fusión usualmente extraen el 80-100% de los metales pesaos de la mayoría de las muestras aunque puede conseguir en algunos tipos de minerales menos del 50%; por esta razón el resultado conseguido con estos tratamientos deberían denominarse contenido cuasi total del elemento estudiado.

5.2 MÉTODOS APLICABLES A LAS MUESTRAS

• Volatilización Una muestra se descompone por volatilización al someterse a las temperaturas elevadas producidas por una descarga eléctrica, de arco, una antorcha de plasma, el efecto de un rayo láser, un incinerador eléctrico de grafito, u otro medio respectivamente. En realidad este tipo de técnica produce una descomposición, volatilización y atomización del material de la muestra, el cual puede estudiarse directamente por medios ópticos o de otro tipo o puede sen atrapado por condensación o absorción en agua para una determinación posterior. El uso de un incinerador permite la extracción selectiva y la medición de solo ciertas formas de ocurrencia de un elemento traza hecho que ofrece ventajas en su aplicación práctica. • Fusión Se aplica fundiendo la muestra con una sal inorgánica que posea un punto de fusión razonablemente bajo (igual o mayor que 300° C), pero que sea capaz de atacar vigorosamente a la muestra cuando se produce esta fusión. Estas fusiones pueden ser de tipo ácida o alcalina respectivamente. Con frecuencia se usa el bisulfato de potasio [KHSO4] con este fin, porque a diferencia de otras sales, su fusión puede realizarse en tubos de ensayo de Pirex, esta sal al fundirse produce un ataque de tipo ácido; otras como el carbonate de sodio [Na2 CO3], a veces mezclado con nitrato de potasio [KNO3] producen un ataque alcalino u oxidante como en el caso del peroxide de sodio (Na202). • Ataque con ácidos concentrados y calientes (extracción caliente) En estos casos la muestra se descompone tratándola con ácidos concentrados y calientes (a 100° C o mas) como el nítrico [HNO3], el perclórico [HCIO4], el clorhídrico [HCI], el sulfúrico [H2SO4] o el fluorhídrico [HF]. El ataque con ácido nítrico, clorhídrico o perclórico relativamente concentrados, o una mezcla de una pareja de estos, descompone los óxidos de Fe - Mn, minerales arcillosos, carbonates y algunos otros silicatos, especialmente al olivino, aunque los ET en los piroxenos y anfíboles solo son liberados parcialmente por estos. El ataque con mezclas conteniendo ácido perclórico como uno de sus componentes libera la mayor parte de los ET por la temperatura alta (180° C) que se puede conseguir y por el fuerte efecto oxidante de este ácido. Antes de aplicar el HCIO4 a una muestra, es necesaria la destrucción de los posibles materiales orgánicos rápidamente oxidables ya sea por medio de una

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tostada preliminar o la oxidación por medio de ácido nítrico u otro agente oxidante para evitar una explosión al tratarla con la mezcla que contiene al ácido perclórico. La destrucción complete de los silicatos y de la mayoría de los minerales comunes se consigue con una mezcla de ácido fluorhídrico y otro ácido, pero hay que utilizar beakers de Teflón (fluorocarbono), aunque en algunos casos pueden usarse tubos de ensayo. En general, los sulfuros y materias orgánicas son descompuestos bien por ácidos oxidantes; para disolver óxidos de Fe - Mn es mejor usar ácidos no oxidantes, como puede verse de los campos de estabilidad en el diagrama Eh -pH de estos óxidos. • Extracción Fría Se denomina así a las técnicas que usan: (i) un disolvente ácido diluido para la extracción de elementos adsorbidos o

débilmente ligados (ii) una solución buffer (cuya función es mantener el pH dentro de intervalo

especifico) para una extracción selectiva, por ejemplo del cobre, zinc o el total de los metales pesados. En ambos casos la temperatura del tratamiento no excederá los 100° C.

Los metales trazas adsorbidos por arcillas o partículas coloidales pueden liberarse con un tratamiento con alguna solución acuosa acidulada. La reacción de sustitución que ocurre tiene la forma general siguiente: [ Tr + X] + nH+ - > [H + X] + Trn+ donde Tr - metal traza.

X - substrata (partícula de arcilla o coloidal) que adsorbió al catión Trn+ de Valencia +n. El catión H+ en soluciones ácidas débiles de HCI, HNO3 o ácido acético desplaza al metal traza adsorbido por el substrato. Este tipo de extracción usualmente liberan mas a los metales adsorbidos que las soluciones buffers. Mientras mayor sea el t iempo del tratamiento de la muestra (manteniendo constante el resto de las condiciones de la extracción) mayor será la cantidad del metal extraído hasta que se alcance la extracción de todo el metal absorbido disponible, a partir de esta situación un incremento del tiempo de tratamiento (digestión) producirá la misma cantidad de metal extraído de la muestra tratada. Algo similar ocurre con la temperatura del tratamiento, así manteniendo un tiempo de tratamiento constante, por ejemplo una hora, para un tamaño dado de la muestra y una concentración dada del diluyente, tendremos que la cantidad de metal extraído aumentará con el incremento de la temperatura, hasta que se consiga la extracción de todo el metal adsorbido en la muestra. A partir de esta situación el incremento de la temperatura producirá la misma cantidad de metal extraído. En la práctica, siempre será necesario, controlar y mantener la uniformidad de las variables que condicionan al tratamiento en frío, como son el tiempo de digestión,

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el tipo y la concentración del ácido o las condiciones del buffer, el tamaño de la muestra, etc., para todo el estudio realizado en una zona. En las zonas tropicales, donde los metales traza de los depósitos oxidados son adsorbidos por los sedimentos y suelos, los métodos de campo de extracción fría usando tanto buffers como ácidos débiles han mostrado ser exitosos.

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6. PRINCIPALES MÉTODOS DE ANÁLISIS GEOQUÍMICOS

6.1 ELEMENTOS MAYORES Y ELEMENTOS TRAZA

Las rocas ígneas al formarse por el enfriamiento y solidificación de material fundido (magma) bajo condiciones muy especiales de temperatura, presión y composición química en un ambiente geológico dado, llegan a formar rocas de diferente composición por los procesos de diferenciación y cristalización fraccionada, así como contaminación o mezcla con otro magma de composición diferente. De los procesos mencionados, es el de cristalización fraccionada, que involucra la separación de fases sólidas en el magma (series de reacción de Bowen). Este proceso comienza con un magma original de composición basáltica, en el cual, a medida que se enfría, los minerales que cristalizan temprano se depositan y forman cúmulos de rocas. Por lo tanto, la mezcla magmática remanente cambia su composición, ya que ha perdido aquellos elementos que han sido incorporados a los minerales de formación temprana. Por este proceso eventualmente el magma puede pasar a través de una cristalización en series, tales como gabro-diorita-granodiorita-granito-pegmatita, y en cada punto de las series cristalizan rocas con una mineralogía y composición química distintiva. Acompañando a la separación y cristalización de minerales, suceden importantes cambios en la abundancia de elementos mayores (> 1%) y menores (0.1 - 1%) en el magma. En la secuencia de cristalización, existe un gradual decremento global en el contenido de elementos como Fe, Mg, Ca y Ti, con un correspondiente enriquecimiento en Si, Al, Na y K en el líquido residual. Los minerales que cristalizan temprano generalmente son pobres en sílice, conteniendo poco o nada de óxido de potasio, y presentan una alta relación Mg/FeO. De tal manera, el liquido residual estará enriquecido en sílice, agua y otros volátiles, así como ciertos elementos traza (< 0.1%), tales como rubidio y cesio, los que no son incorporados en los minerales formados tempranamente en cantidades significativas. En el ambiente geoquímico primario existen ocho elementos mayores: Oxígeno Silicio Aluminio Hierro Calcio Sodio Potasio Magnesio Estos elementos se encuentran presentes en la corteza terrestre en cantidades superiores al 1%, y comprenden casi el 99% de la Corteza Terrestre. Por otro lado, el titanio, hidrogeno, fósforo y manganeso se consideran elementos menores, los cuales se presentan en cantidades entre 0.1 y 1%. Todos los elementos restantes, que juntos constituyen menos del 0.5% de la Corteza Terrestre, se presentan en cantidades

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menores a 0.1%, a los cuales en geoquímica son llamados elementos traza e incluyen a casi todos los elementos importantes que forman a los minerales de mena y a los elementos de interés en exploración geoquímica.

Z Elemento Clark-Wash

Fersman

1 H 0.88 1 8 O 49.52 49.13 11 Na 2.64 2.4 12 MG 1.94 2.25 13 Al 7.51 7.45 14 Si 25.75 26 19 K 2.4 2.35 20 Ca 3.29 3.25 22 Ti 0.58 0.61 26 Fe 4.7 4.2 Subtotal 99.21 98.64

6.2 MÉTODOS ANALÍTICOS.

Existen distintos métodos y procedimientos para determinar los contenidos de distintos elementos en las muestras. Estudiaremos solo algunas de las más usadas en la prospección geoquímica y se mencionarán las ventajas y limitaciones de los mismos.

6.2.1 COLORIMETRÍA

Se basa en el estudio del cambio de color que toma una solución dada, como resultado de la reacción química que se produce con un elemento específico. Al producirse este hecho se manifiestan dos aspectos sobre este elemento:

1) Cualitativo, ya que al producirse el cambio de coloración se detecta la presencia del elemento en la muestra (por encima del nivel de detección del método).

2) Cuantitativo, ya que la intensidad del color tomado por la solución nos informa sobre el contenido del elemento en la muestra analizada. Esto último puede hacerse de la forma más precisa estudiando la absorción de una luz en un intervalo estrecho de frecuencia (o de longitudes de onda) la cual, para soluciones de concentraciones no elevadas, resulta proporcional a la concentración del elemento en la muestra, lo que se justifica por la ley de Lambert – Beer que establece

Ln(I0/I) = a(λ)bc

Donde I0 es la intensidad de la luz incidente (antes de

cambio de coloración),

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I es la intensidad transmitida (después del cambio de

coloración),

a (λ) es el coeficiente (relativo) de absorción de la

solución coloreada, que es función de la longitud de

onda de la luz monocromática usada,

b es la longitud recorrida por la luz dentro de la

solución,

c es la concentración de la sustancia coloreada,

T = I/I0 es la transmitancia,

Ln(I0/I) = Ln(1/T) es la absorbancia.

Mediante una calibración podemos disponer de una curva de trabajo, que permiten transformar los valores de absorbancia en contenidos de ppm para el elemento estudiado. En realidad, en la colorimetría de campo se aplica siempre la comparación del color de la solución de la muestra estudiada con soluciones típicas (patrones) de concentraciones conocidas hasta conseguir el mejor ajuste. Esto puede hacerse a simple vista o emplear equipos llamados colorímetros.

Sólo unos pocos reactivos forman compuestos coloreados con un elemento específico, pero la mayoría reacciona con varios elementos de forma similar, así será necesario la eliminación previa de estos elementos que causan interferencia antes de realizar la estimación del contenido. Normalmente, el complejo coloreado se extrae de la solución acuosa en un solvente orgánico, así concentrándolo y separándolo de las interferencias.

Un reactivo indicador muy usado es la ditizona (difeniltiocarbazona), el cual puede usarse para separar y estimar muchos elementos variando sólo el pH de la extracción y añadiendo los reactivos adecuados para la eliminación de los elementos no deseados.

La ditizona es un sólido negro- violáceo que se disuelve un muchos solventes orgánicos como el cloroformo, tetracloruro de carbono, tolueno, benceno, hexano, gasolina blanca sin plomo, etc. La solución resultante es verde en todos estos solventes; su estabilidad depende de la estabilidad y pureza de los solventes. Usualmente los hidrocarburos como el benceno o el tolueno, producen soluciones más estables que los solventes clorinados como el cloroformo o el tetracloruro de carbono. De cualquier forma, la ditizona es muy sensible a la luz solar y la UV, así como a las temperaturas elevadas. Para prevenir su descomposición, ésta debe guardarse en lugares oscuros y frescos, y las soluciones almacenadas en botellas termos selladas, en un refrigerador. Estas soluciones se llevan al campo en botellas termos forradas de aluminio.

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La ditizona reacciona con los metales siguientes, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Te, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi y Po.

La reacción puede hacerse específica por medio de: 1) el control del pH de la solución que será estudiada, y/o 2) añadiendo reactivos formadores de complejos que capturen a los otros metales reaccionantes (que constituyen interferencias).

En una forma simple puede decirse que los pasos en una determinación usando ditizona pueden generalizarse como:

(i) extracción en frío del metal de la muestra en una solución usando un ácido diluido o un buffer,

(ii) formación del ditizonato del metal, cuando la muestra se agita después de agregar la ditizona,

(iii) estimación del contenido del metal de la muestra original, por medio de la comparación de la capa orgánica con un conjunto de patrones.

Las ventajas de la colorimetría en la prospección geoquímica son su simplicidad, costo bajo, y la portatibilidad del equipo, así como facilidad del adiestramiento del personal no calificado para su uso. Las limitaciones son su incapacidad para determinar más de un elemento a la vez, y la sensibilidad de muchos reactivos a las interferencias, lo que hace que las determinaciones obtenidas sean semicuantitativas en la práctica. Los métodos colorimétricos están disponibles para casi todos los elementos de interés en la prospección geoquímica.

6.2.2 GRAVIMETRÍA

La gravimetría se refiere a la medición del peso. Las partículas se atrapan o recogen en filtros y se pesan. El peso del filtro con el contaminante recolectado menos el peso de un filtro limpio da la cantidad del material particulado en un determinado volumen de aire.

Peso del filtro con el contaminante

recolectado + Peso del

filtro limpio =

Cantidad de material particulado en un

determinado volumen de aire

6.2.3 ESPECTROMETRÍA DE EMISIÓN Y ABSORCIÓN ATÓMICA

• Espectrometría. Conceptos básicos.

Comenzaremos ofreciendo una breve información sobre el espectro de las radiaciones electromagnéticas (EM).

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La denominación y las características físicas de las radiaciones EM están condicionadas por la frecuencia o la longitud de onda de estas radiaciones. A continuación se muestra un resumen de algunos de los datos más importantes del espectro EM.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Tipo de Radiación Intervalo de frecuencia (Hz)

Intervalo de longitud de onda (λ)

Tipo de transición

Rayos Gamma 1020- 1024 < 10-12 m nuclear Rayos X 1017 – 1020 1 nm – 1pm electrón interno Ultravioleta 1015 – 1017 400nm-1nm electrón externo Visible (4-7.5)*1014 750nm-400nm electrón externo Infrarrojo- cercano (1-4)*1014 2.5µm-750nm Electrón externo-

vibración molecular

Infrarrojo 1013- 1014 (25-2.5)µm vibración molecular Microondas-radar 3*1011-1013 1mm-25µm rotación molecular,

inversión de spin electrónico

Radio ondas < 3*1011 > 1mm inversión de spin nuclear

Nota: m = 1 metro 1pm (picometro) = 10-12m

1nm (nanómetro) = 10-9m

1µm (micrómetro) = 10-6m

El término espectroscopia se usa para designar aquellas técnicas en que se analiza la absorción, la emisión o la dispersión de la energía electromagnética producida por átomos o moléculas para el estudio cualitativo y/o cuantitativo de la composición de una “muestra” o de procesos físicos.

La interacción de la radiación EM con la materia puede causar un cambio de dirección de la radiación y/o una transición entre los niveles energéticos de los átomos o moléculas irradiados.

• La transición de un nivel energético menor a otro mayor, que implica una transferencia de energía del campo EM a los átomos o moléculas, se denomina absorción.

• La transición de un nivel energético más elevado a otro menor se denomina emisión (inducida) si la energía se transfiere a una radiación EM.

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• El cambio de la dirección de la radiación debido a su interacción con la materia se denomina dispersión, ésta puede ocurrir con o sin transferencia de energía, esto es, la radiación dispersada puede tener una frecuencia algo menor o exactamente igual a la de la radiación incidente.

Absorción: cuando los átomos o moléculas absorben energía radiante, ésta excita a la estructura cuantizada (electrón, átomo, molécula) a un nivel energético más elevado. El tipo de excitación depende de la frecuencia (o longitud de onda) de la radiación EM. Los electrones son ascendidos a orbitales más elevados por la luz ultravioleta y la visible; las radiaciones infrarrojas excitan vibraciones de electrones, átomos y moléculas; las microondas excitan rotación molecular e inversión de spines electrónicos.

El espectro de absorción de una sustancia, es la dependencia de la absorción de la luz por esta sustancia, en función de la longitud de onda (o frecuencia) de la radiación EM.

Emisión: Los átomos y moléculas que han sido excitados, a un nivel energético superior, pueden pasar a niveles más bajos (mayores o iguales que su nivel de equilibrio) emitiendo una radiación (emisión o luminiscencia). Aquellos átomos excitados por una fuente de energía de temperatura alta emiten una energía radiante que se denomina emisión óptica o atómica; si los átomos fueron excitados por luz (UV o visible) la radiación emitida de denomina fluorescencia atómica. En el caso de moléculas se llama fluorescencia si la transición entre los estados posee el mismo spin y fosforescencia si la transición ocurre entre estados de spin diferente.

La intensidad de la emisión de una sustancia emisora es linealmente proporcional a la concentración de la especie emisora, si esta es baja.

Los espectros de emisión pueden ser continuos, generados por el movimiento térmico de electrones, átomos y moléculas, éstos se caracterizan por un comportamiento continuo de la energía radiante en un intervalo dado de frecuencias; o discretos,, generados por la transición cuantizada de electrones, átomos o moléculas al absorber la energía (E=hν) de una radiación EM de frecuencia ν, en estos casos el espectro de la energía emitida es discreto, existiendo solamente, para valores discretos de frecuencias o longitudes de onda.

Existe otro tipo de emisión radiante que no está asociada a ningún tipo de excitación externa de electrones, átomos o moléculas, sino a transformaciones o transiciones nucleares que ocurren durante la desintegración radioactiva de los elementos y radioisótopos inestables. Esta emisión EM ocurre de forma espontánea y se denomina radiación Gamma (γ). Durante una desintegración radioactiva, el núcleo inestable puede emitir partículas Alfa (α), equivalente a núcleos de He; partículas Beta (β), equivalente a electrones; radiación γ y neutrinos. La energía de las radiaciones Gamma emitidas, depende del tipo de cambio sufrido por el núcleo particular del elemento en transición, así que estas energías son características para cada radioisótopo. Algunos de éstos, presentan picos espectrales bien distintivos que permiten su identificación a partir del estudio de la radiación Gamma correspondiente al valor de la energía característica.

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Figura donde se muestran los espectros de emisión de algunos elementos

Figura donde se muestra el espectro continuo de la luz solar.

Interacción de la radiación con la materia

Dispersión: Cuando una radiación EM pasa por una sustancia, la mayor parte de esta radiación sigue con la dirección original, pero una porción pequeña se dispersa en otras direcciones. La luz que se dispersa con la misma frecuencia que la luz entrante se denomina dispersión de Rayleigh.

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• Espectroscopia de Emisión

Este tipo de técnica muchas veces se indica por la abreviatura EEA (espectroscopía de emisión atómica) o EEO (espectroscopía de emisión óptica) usa la medición cuantitativa de la emisión óptica (luz visible o UV) de los átomos para determinar la concentración de los elementos en la muestra emisora.

La muestra de laboratorio debe estar en una solución (ver formas de descomponer las muestras) que es aspirada a la región de excitación, donde es descompuesta, volatilizada, y excitada por una fuente de temperatura muy alta, por ejemplo una llama, descarga eléctrica, antorcha de plasma u otro medio. Esta fuente de atomización de temperatura elevada suministra la energía suficiente para elevar la energía de los átomos a niveles superiores.

Cuando los electrones de los orbitales externos transitan a niveles energéticos inferiores, en su regreso a sus niveles de base o normales, emiten un cuanto luminoso (luz visible o UV) cuya energía está condicionada por el salto regresivo de orbital efectuado por el electrón, la frecuencia del cuanto emitido puede estimarse a partir de la ley de Planck,

Ee1 – Ee2 = hν

Donde, Ee1, Ee2 son las energías del electrón en el nivel energético excitado superior e inferior a donde transita regresivamente emitiendo el cuanto luminoso, de frecuencia ν y h es la constante de Planck igual a 6.6259*10-24 Joules/segundo.

El conjunto de radiaciones emitidas por el átomo excitado, correspondiente a frecuencias características (discretas), es lo que constituye el espectro de línea, o espectro de emisión del elemento, y es una característica única para cada elemento que lo identifica, como si fuera su “firma personal” o sus “huellas dactilares”.

El espectro de una muestra compuesta por muchos elementos puede ser bastante abigarrado pues, se comporta de forma aditiva, como la superposición de los espectros de emisión de todos los elementos presentes en la muestra; así será necesario emplear un dispositivo que permita la separación de las líneas espectrales

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fundamentales para cada elemento y poder realizar su identificación a partir del espectrograma de la muestra, el dispositivo óptico que permite aislar las líneas espectrales correspondiente a una sola frecuencia denomina monocromatizador, el dispositivo que puede separar un conjunto definido de líneas espectrales asociadas a unas frecuencias dadas se denomina policromatizador.

En los primeros equipos como fuente de excitación se usaba quemadores, donde se mezclan el oxidante, el combustible y solución con la muestra, las temperaturas conseguidas en estos casos oscilaban entre 2000 – 2800 K°, en dependencia del oxidante y el combustible empleado, el límite superior se corresponde con el acetileno [C2H2] como combustible y el dióxido de nitrógeno [N2O] como oxidante. Un esquema general de estos quemadores se muestra a continuación:

Sin embargo actualmente en las determinaciones para la prospección geoquímica se usan prácticamente solo fuente de láser y antorchas de plasma.

• Espectroscopía de absorción atómica..

Usa la absorción de la luz como una medida de la concentración de átomos en forma gaseosa. Como las muestra por lo general se encuentran en estado líquido o sólido respectivamente, éstas tienen que volatilizarse en una llama o en un incinerador de grafito. Estos átomos absorben luz ultravioleta o visible lo que hace que los electrones de sus orbitales externos transiten a niveles energéticos superiores. La concentración de un elemento en la muestra volatilizada, se determina por la magnitud de la luz absorbida por sus átomos, ya sea mediante la aplicación de la ley de Beer-Lambert o mediante el uso de curvas de calibración previamente confeccionadas para cada elemento.

La fuente de luz usada usualmente es una lámpara de cátodo hueco confeccionado del mismo tipo de elemento que se desea estudiar. Un esquema de este tipo de fuente se muestra a continuación.

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Los cationes, del gas enrarecido de la lámpara, al impactar en el cátodo, confeccionado del elemento específico para el cual está diseñado la lámpara, excitan a los electrones de sus orbitales externos; al transitar éstos a sus estados normales, emiten cuantos correspondientes a las frecuencias de todas las transiciones regresivas posibles para este elemento. Como resultado, el espectro de la luz emitida por esta lámpara poseerá picos bien intensos en las frecuencias de absorción del elemento de interés.

La espectroscopía de absorción atómica requiere que los átomos de la muestra estén en estado gaseoso, lo que implica que la muestra debe descomponerse y volatilizarse en una fuente de temperatura alta tal como una llama o un incinerador de grafito. La llama puede usarse si la muestra a analizar está en forma líquida (una solución), mientras que el incinerador de grafito acepta muestras en forma de soluciones, lechadas o sólidos. Al usar llamas, las soluciones se aspiran con un flujo gaseoso a una cámara donde se forma un aerosol que ingresa a la llama. En el caso de los incineradores, la muestra se calienta, descompone y volatiliza directamente en éstos y los vapores se interponen al paso de la luz de la lámpara usada.

El esquema general de un instrumento de EAA se muestra a continuación.

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Los espectrómetros de AA usan monocromadores y detectores para luz UV y/o visible. La función del monocromador es aislar las líneas de absorción de la luz de fondo debida a las interferencias.

Las ventajas del uso de la espectroscopía de absorción son, (i) los umbrales de detección son bien bajos para la mayoría de los elementos de interés. (ii) el uso de soluciones brinda la posibilidad de determinar varios elementos en una misma muestra, (ii) el uso de incineradores de grafito permite usar muestra sólidas de tamaños muy pequeñas, y su ambiente reductor permite trabajar con elementos fácilmente oxidables.

Las muestras colocadas en un incinerador de grafito pueden ser calentadas en escalones controlables de temperatura creciente, que permiten conseguir el secado y una volatilización selectiva de la muestra, lo que permite inferir sobre la forma de ocurrencia del elemento en la misma, lo que puede considerarse equivalente a los resultados de los métodos de extracción parcial, (iii) el costo de los equipos es relativamente bajo.

Las desventajas de la EAA son

(i) su limitación de realizar la determinación de un elemento a la vez, (ii) la necesidad de disponer la lámpara específica para cada uno de los

elementos que se desean estudiar, (iii) por lo general no es aplicable a los elementos no metálicos.

6.2.4 FLUORESCENCIA DE RAYOS X

Conocido también como espectrometría de fluorescencia, aquí los átomos o moléculas que son excitados a altos niveles de energía pueden caer a niveles más bajos emitiendo radiación (emisión o luminiscencia). Para los átomos excitados por una fuente de energía a alta temperatura esta emisión de luz es comúnmente llamada emisión atómica y óptica (espectroscopía de emisión atómica) y para los átomos excitados con luz, es llamada fluorescencia (espectroscopia atómica de fluorescencia).

La fluorescencia atómica es la emisión óptica de átomos en la fase de gas que han sido excitados a más altos niveles de energía por absorción de radiación electromagnética. La espectroscopía de fluorescencia atómica (AFS) es una técnica de elementos múltiples utilizada para el análisis de trazas de metales en agua de mar, sustancias biológicas y muestras agrícolas. Su mayor sensibilidad es al zinc, mercurio y selenio.

Instrumental

El análisis de soluciones o sólidos requiere que los átomos de la sustancia a analizar sean disueltos, vaporizados y atomizados a una temperatura relativamente baja en un tubo caliente, llama u horno de grafito. Una lámpara de cátodo hueco o láser provee la excitación resonante para llevar los átomos a niveles de energía más altos. La fluorescencia atómica es dispersa y detectada por tubos monocromadores y

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fotomultiplicadores, similares al instrumental de la espectroscopia de emisión atómica. Hay dos tipos de instrumentos de fluorescencia, dispersivos y no dispersivos. Un instrumento dispersivo está compuesto de una fuente de luz, un atomizador un analizador un detector y un procesador de señal y un dispositivo de lectura. La fuente ideal para la fluorescencia atómica es el láser pero la fuente más común es la lámpara de descarga sin electrodo. Un instrumento no dispersivo es compuesto por una fuente de luz, un atomizador y un detector. No se necesita un analizador. Cuando una lámpara de descarga sin electrodo sirve como fuente de excitación la radiación emitida es la de un elemento simple.

Un atomizador por llama consiste en un nebulizador el cual convierte a la llama en un aerosol que alimenta al quemador. El mejor sistema para AFS es la combinación de acetileno/ óxido nitroso e hidrógeno/ oxígeno y argón usando una llama rectangular. Para aislar la banda angosta de la longitud de onda, se utiliza un monocromador o un sistema de filtro de interferencia. Un fotomultiplicador convierte la energía de radiación a señales eléctricas.

6.2.5 ESPECTROMETRÍA DE RADIACIÓN GAMMA

El estudio de la intensidad de la radiación Gamma natural correspondiente a un intervalo energético dado ofrece la posibilidad de estimar los contenidos del potasio, uranio y torio. Este método se fundamenta en el comportamiento del espectro de las radiaciones Gamma naturales, que puede apreciarse de forma generalizada en el gráfico mostrado a continuación.

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Pueden verse en este gráfico la presencia de tres picos bien expresivos, (i) uno entre los 1.35-1.59 MeV asociado al isótopo 40K, (ii) un segundo, entre los 1.65-1.87 MeV, asociado al 241Bi que es un miembro de la serie del Uranio, (iii) y por último un tercero ubicado entre los 2.45-2.79 MeV, asociado al 206Tl que es un miembro de la serie del Torio. Aunque éstos no son los únicos picos espectrales presentes en el espectro de la radiación Gamma natural de las rocas, si son los más usados para el uso de la espectrometría γ natural.

La elevación de los valores de esta radiación correspondiente a alguno de los tres intervalos energéticos antes mencionados es un indicio directo de la presencia de los radioisótopos correspondientes, y al mismo tiempo de las familias o series a que éstos pertenecen; además la intensidad de la señal medida será proporcional a la concentración de los elementos estudiados (K, U, o Th) lo que permite convertir estas mediciones en valores directos de sus concentraciones con el uso de las curvas de calibración o trabajo que se confeccionan con la ayuda de patrones concentraciones conocidas para cada uno de estos tres elementos y las mediciones de las intensidades en cada uno de sus ventanas espectrales(energéticas).

Las mediciones pueden efectuarse tanto en el laboratorio como en el campo en afloramientos de rocas o de suelos usando equipos denominados espectrómetros γ diferenciales. Los equipos modernos permiten leer directamente los contenidos de K (en %), y de U, Th (en ppm) respectivamente. El uso de este tipo de técnicas es muy útil por el costo bajo del equipo, su ligereza que permite usarlo en el campo y la relativa facilidad en su manejo. La limitación fundamental de su uso esta asociada, a que solo será posible estudiar aquellos elementos que posean radioisótopos con radiación γ bien diferenciada con respecto a su energía (frecuencia).

Un ejemplo de espectrómetro γ diferencial se presenta a continuación; este equipo posee 512 canales que barren el espectro energético entre 0.1- 3.0 MeV, el mismo puede ser usado además para el estudio algunos otros elementos.

Existen muchos otros métodos que se emplean en algunas ocasiones como la fluorescencia de rayos X, técnicas de la geofísica nuclear o análisis de activación como la neutrón – gamma, o la gamma – gamma selectiva(espectral), etc. Los interesados pueden consultar obras especializadas como la de Willard, Merritt, Dean y Settle.

6.2.6 ESPECTROMETRÍA DE PLASMA

Las técnicas más comúnmente usadas para la determinación de concentraciones de trazas de elementos en muestras están basadas en la espectrometría atómica (AES). Para disociar moléculas en átomos libres, se utilizan fuentes térmicas como llamas, hornos y descargas eléctricas. Más recientemente, otros tipos de descargas eléctricas, llamadas plasmas, han sido usadas como fuentes de atomización / excitación para AES. Estas técnicas incluyen el plasma inductivamente acoplado y el plasma acoplado directamente.

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Las fuentes de plasma ofrecen varias ventajas comparadas con los métodos de llama y electrotérmicos. Una de ellas es que es una técnica para elementos múltiples y tiene un amplio rango de trabajo. Las fuentes de plasma actuales (DCP) brindan un método mucho más fácil para la manipulación de muestras gaseosas y líquidas. El espectro para docenas de elementos puede ser registrado al mismo tiempo, algo muy importante cuando la muestra es pequeña. Las fuentes de plasma también permiten la determinación de no metales como cloro, bromo, yodo y azufre. Plasma acoplado por inducción (ICP) Se puede generar un plasma acoplado por inducción al dirigir la energía de un generador de frecuencia de radio hacia un gas apropiado, comúnmente argón ICP. Otros gases de plasma utilizados son Helio y Nitrógeno. Es importante que el gas de plasma sea puro ya que los contaminantes en el gas pueden apagar la antorcha.

El acoplamiento se produce generando un campo magnético pasando una corriente eléctrica de alta frecuencia a través de una espiral de inducción enfriada. Este inductor genera rápidamente un campo magnético oscilante orientado al plano vertical de la espiral. La ionización del argón fluyente se inicia con una chispa de la espiral Tesla. Los iones resultantes y sus electrones asociados luego interactúan con el campo magnético fluctuante. Esto genera energía suficiente para ionizar átomos de argón

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por excitación de choque. Los electrones generados en el campo magnético son acelerados perpendicularmente hacia la antorcha. A altas velocidades, los cationes y electrones conocidos como corriente turbulenta (eddy), colisionarán con los átomos de argón para producir mayor ionización lo que produce un gran aumento de temperatura. En 2 ms, se crea un estado estable con alta densidad de electrones. Se produce plasma en la parte superior de la antorcha. La temperatura en el plasma varía entre 6000-10000 K. Una larga y bien definida cola emerge desde la parte superior de la antorcha. Esta antorcha es la fuente espectroscópica. La misma contiene todos los átomos del analito y los iones que fueron excitados por el calor del plasma. El éxito del Plasma acoplado por inducción yace en su capacidad de analizar una gran cantidad de muestras en un período corto con muy buenos límites de detección para la mayoría de los elementos. El plasma acoplado por inducción utilizado hoy en el Mercado está a menudo conectado con diferentes sistemas de detección, como espectrometría de masas y espectrometría de absorción atómica. Plasma acoplado directamente El plasma acoplado directamente se crea por una descarga eléctrica entre dos electrodos. Es necesario un gas de plasma de soporte, comúnmente el argón. Las muestras pueden depositarse en uno de los electrodos, o si es conductiva puede formar un electrodo. Las muestras sólidas se colocan cerca de la descarga para que los átomos de gas ionizados depongan la muestra dentro de la fase de gas donde los átomos del analito son excitados. Este proceso de deposición electrónica es a menudo conocido como excitación de descarga luminiscente. Instrumental Muestra Un nebulizador convierte la muestra en un aerosol que es introducido en el área de excitación del plasma.

Fuente La fuente del plasma consta de tres electrodos formados como un trípode. En cada brazo hay un ánodo de grafito y en la base invertida se encuentra un cátodo de tungsteno. Un gas inerte de gran velocidad, comúnmente argón, produce un plasma de alta temperatura y separa la región de excitación de la zona de observación analítica. El área de excitación está ubicada en la parte interior del trípode y tiene una temperatura de 6000 K. Para aumentar la densidad de corriente como también la

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temperatura del plasma es necesario presionar el plasma para que disminuya la sección de corriente. Esto se logra enfriando los bordes del plasma con gas inerte de gran velocidad. Analizador El analizador puede ser un mono o policromador. Detector Un fotomultiplicador transforma la energía radiada en señales medibles.

El principio esencial de la espectrometría de masa por tiempo de vuelo se basa en que todos los iones son acelerados con la misma energía. Sus velocidades son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus masas. Los iones más livianos de alta velocidad llegan al detector más temprano que los iones más pesados de baja velocidad. Sistema de recolección de iones El sistema de colección de iones mide la abundancia relativa de fragmentos de cada masa. Diferentes tipos de detectores son disponibles para espectrómetros de masas. El detector usado para la mayoría de los experimentos de rutina es el multiplicador de electrones. Otro tipo de detector es el de placas fotográficas revestidas con emulsión de bromuro de plata el cual sensible a los iones energéticos. Una placa fotográfica puede dar una resolución más alta que el detector eléctrico.

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6.2.7 CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS ANALÍTICOS

Representaciones graficas de los elementos que pueden ser determinados por diversos métodos analíticos.

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7. APROXIMACIÓN ESTADÍSTICA A LAS DEFINICIONES DE CLARK

7.1 FONDO NORMAL

Estos métodos se basan en la "Ley Universal de Dispersión de los Elementos " de Vemadski que establece:

"En cualquier objeto geológico o sistema geoquímico, están presentes Todos los elementos de la Tab/a Periódica; solo que alguno de ellos se presenta en concentraciones más elevadas y otros en concentraciones más bajas"

Como se ha visto, la migración de los elementos en cada ambiente geoquímico conduce a la dispersión de unos y concentración de otros, Dependiendo de esta migración de las propiedades químicas de los átomos de los elementos y de las propiedades físico y físico - químicas de los sistemas geoquímicos bajo estudio.

Cada sistema geoquímico en la corteza terrestre se caracteriza por un "nivel” del contenido medio de cada elementos denominado su Clark respectivo. Sin embargo en una situación geológica real, los valores "normales" de cada elemento no se caracterizan por un número único, sino por un intervalo, en el cual fluctúan los contenidos normales del elemento en el sistema geoquímico particular.

Por ejemplo: El nivel normal que se denomina background o fondo de las rocas que contienen mineralización se considera como un nivel normativo promedio del contenido de los elementos caracterizantes de su dispersión primaria, sin tomar en cuenta al proceso de mineralización local; esto es, el nivel normal o fondo de un sistema tiene "(?) que será estimado fuera de los limites de influencia directa del proceso de mineralización.

7.2 ANOMALÍA GEOQUÍMICA

Una anomalía es una desviación con respecto a la norma. Una anomalía geoquímica es una variación de la distribución geoquímica normal correspondiente a un área o a un ambiente geoquímico. Una anomalía se expresa por medio de números, que se puede separar de un grupo más amplio de números constituyendo el fondo geoquímico. Para ser detectada una anomalía tiene que desviar claramente de este fondo.

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En sentido estricto un depósito mineral como un fenómeno escaso y anómalo por su mismo es una anomalía geoquímica. La distribución geoquímica relacionada con la génesis o la erosión del depósito mineral también es una anomalía.

Las anomalías relacionadas con un depósito mineral, que se puede usar como guías para el depósito mineral se denominan anomalías significantes. Generalmente las anomalías tienen valores que exceden los valores del fondo. Anomalías negativas, cuyos valores son menores que aquellos del fondo, apenas sirven para la búsqueda de depósitos minerales. Desdichadamente las concentraciones altas de elementos indicadores pueden ser causadas por una mineralización no económica o por procesos geológicos o geoquímicos no relacionados con una mineralización. El término 'anomalía no significante' se refiere a estas anomalías no relacionadas con un depósito mineral.

Otros factores de una anomalía geoquímica de importancia son el marco topográfico y la asociación geológica.

En el caso de anomalías detectadas en suelos hay que tomar en cuenta, que estos podrían ser desplazados de su substrato mineralizado por deslizamiento del suelo (creeping en inglés). Solamente una anomalía detectada en un suelo residual en terreno plano o sobre un cuerpo verticalmente inclinado puede ubicarse directamente encima de un depósito mineral.

Anomalías hidromórficas se producen por la precipitación de material en lugares, donde el agua subterránea alcanza la superficie, por ejemplo en un pantano (en un orificio de desague = seep o shallow hole en inglés).

7.2.1 TIPOS DE ANOMALÍAS GEOQUÍMICAS

• Anomalías epigenéticas en las rocas de caja.

Las anomalías epigenéticas se describe como aureolas químicas, mineralógicas e isotópicas generadas por los procesos de mineralización, de escape y de lixiviación de los elementos a través de los fluidos, que causan la mineralización y que pasan por canales desde el cuerpo mineralizado hacia las rocas de caja. Estas anomalías están superimpuestas a las rocas preexistentes y se ubican en las rocas de caja de un cuerpo mineralizado. El desarrollo más extensivo de anomalías epigenéticas se observa cerca de depósitos hidrotermales y canales de transporte de fluidos. La viscosidad baja de los fluidos favorece su penetración a lo largo de fracturas y por intersticios de la roca hacia la roca de caja. Las anomalías epigenéticas están caracterizadas por cantidades anómalas de elementos distribuidas cerca de canales hidrotermales, por la alteración hidrotermal de minerales de las rocas de caja y la lixiviación de elementos en sectores del corrido de los fluidos formadores de la mineralización. Factores, que controlan la formación de las auroleas son entre otros los gradientes de temperatura, el estado de oxidación de los iones involucrados, la movilidad de los elementos participantes, los sistemas de fracturas, la permeabilidad y la reactividad de las rocas.

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• Anomalía causada por difusión de elementos.

Una aureola de difusión se genera por la difusión de metales disueltos por fluidos intersticiales estacionares hacia la roca de caja de un cuerpo mineralizado como una veta o un dique por ejemplo. Los metales disueltos subsecuentemente son precipitados en o absorbidos por la roca de caja.

Los constituyentes disueltos en un fluido realizan movimientos atómicos al azar y tienden a difundir hacia las regiones de concentración más baja. Debido a la velocidad extremadamente pequeña de la difusión el efecto de difusión normalmente es mucho menor en comparación con aquel de la infiltración. En comparación con el efecto de un fluido moviéndose con una velocidad de 0,001mm/s (= 32m/año) por ejemplo el efecto de difusión es despreciable (ROSE et al. 1979). En ausencia de un gradiente alto de presión o de una salida hacia una zona permeable el fluido solo podrá pasar lentamente por los poros finos y fracturas de la roca y el efecto de la difusión podría ser significante.

La naturaleza de una aureola formada por difusión y por absorción y precipitación depende de los factores siguientes:

• Concentración del elemento difundiéndose desde su fuente: una concentración inicial alta resulta en valores altos a lo largo de un perfil de concentración trazado a partir de la fuente del elemento o es decir a partir del cuerpo mineralizado hacia la roca de caja; una variación de la concentración del elemento en la fuente también influye la difusión.

• Intervalo de tiempo, en que puede actuar la difusión: tanto más tiempo disponible, tanto más extendida será la aureola de difusión.

• Naturaleza de reacciones con la roca de caja: en una roca de caja reactiva se desarrollará una aureola pequeña, caracterizada por altas concentraciones de elementos; en una roca de caja menos reactivo se desarrollará una aureola de difusión más extendida con concentraciones de elementos más bajas.

• Porosidad y permeabilidad de la roca de caja: una roca de caja con alta porosidad y con poros conectados entre sí tiende a hospedar aureolas más extendidas en comparación con una roca menos porosa.

• Valor de la constante de difusión característica para la especie química (elemento, molécula) y para las condiciones químicas respectivas: generalmente iones pequeños y temperaturas altas tienden a favorecer aureolas grandes.

• Anomalía de corrosión o de lixiviación. Un halo de corrosión (leakage en inglés) se causa por fluidos, que pasan por vetas, fracturas y intersticios de la roca y cuyos metales disueltos subsecuentemente son precipitados o absorbidos. Este tipo de transporte se denomina infiltración, las anomalías resultantes se llama anomalías de corrosión o de lixiviación. La ubicación, las dimensiones y la intensidad de una anomalía de corrosión dependen de los factores siguientes:

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• Corrido del fluido mineralizado: Zonas de fracturas o de alta porosidad en la roca figuran zonas permeables, que favorecen un recorrido rápido en comparación al corrido a lo largo de bordes de granos o en poros de rocas macizas. Normalmente el corrido de los fluidos hidrotermales está dirigido hacia arriba debido a las presiones elevadas presentes en altas profundidades, sin embargo no se excluye corridos horizontales o dirigidos hacia abajo.

• Concentración de los elementos indicadores en el fluido mineralizado: BARNES & CZAMANSKE (1967, en ROSE et al., 1979) estiman, que los fluidos formadores de los depósitos de los metales básicos comunes, contienen metales en rangos entre 1ppm y 1000ppm. En comparación las aguas superficiales y subterráneas normalmente están caracterizadas por concentraciones en Cu, Pb y Zn de aproximadamente 0,01ppm.

• Influencia de precipitación, absorción, intercambio iónico y de otros procesos: al transferir los elementos indicadores de su forma disuelta en el fluido hidrotermal hacia una fase sólida en la roca.

Prácticamente los dos efectos anteriormente descritos, la difusión y la infiltración pueden contribuir a la formación de una anomalía. Distribución de los elementos por zonas en depósitos minerales epigenéticos y en sus aureolas. Los depósitos minerales epigenéticos y sus aureolas pueden ser caracterizados por una distribución de elementos por zonas. Las proporciones de pares de elementos varían gradual- y progresivamente en función con la distancia o de la posición respecto al depósito mineral debido a variaciones en las condiciones de deposición y en el fluido, que genera la mineralización. Las proporciones de metales pueden proveer un medio indicador para la dirección, en que la mineralización se ubica o se vuelve mas rica, y un medio para distinguir las raíces de la mineralización de anomalías, que superponen la mineralización. • Anomalías en suelos residuales. El objetivo del estudio geoquímico de suelos consiste en el reconocimiento de la distribución primaria de elementos seleccionados en las rocas subyacentes. En los suelos residuales generalmente la distribución primaria se expresa todavía en forma relativamente clara, aún estará modificada por los efectos de varios procesos superficiales. Algunos de estos procesos tienden a homogeneizar el suelo y por consiguiente borrar la distribución primaria como entre otros la helada, la actividad de plantas, la gravedad, la disolución local y la redeposición. Otros procesos contribuyen a la formación de horizontes verticalmente diferenciados o es decir favorecen la formación de un suelo. Otros procesos, que tienden a borrar la distribución primaria, son la remoción de elementos mediante la meteorización y la formación del suelo (corrosión por agua meteórica, ascenso por plantas) y la adición de elementos (por deposición del agua subterránea, adición de elementos provenientes de la desintegración de vegetación, por polvos, elementos disueltos en agua meteórica).

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• Anomalías en 'gossan' y cubiertas afectadas por corrosión y lixiviación. 'Gossan' se refiere a un producto de meteorización, que contiene Fe y que se sitúa encima de un depósito de sulfuros. Se forma por oxidación de los sulfuros y por la lixiviación del azufre y la mayoría de los metales dejando como únicos remanentes hidróxidos de Fe (limonita por ejemplo) y raramente algunos sulfatos (definición según BATES & JACKSON, 1984). Capas de limonita residual y otros productos de meteorización de sulfuros de Fe usualmente pueden figurar guías valiosas hacia menas en áreas caracterizadas por meteorización profunda y cubiertas residuales. Desdichadamente se puede confundir fácilmente los productos de meteorización de menas con aquellos de rocas comunes. Los estudios de elementos trazas son útiles para distinguir entre menas meteorizadas y los productos de meteorización de otras formaciones geológicas como por ejemplo de pirita de formación hidrotermal o singenética o de carbonatos de Fe. Las cubiertas alóctonas se constituyen de depósitos glaciares, de depósitos aluviales y coluviales , de turba, de sedimentos eólicos y material piroclástico. Una cubierta alóctona impide la observación directa de un depósito mineral subyacente. Los estudios de trazas de metales en la cubierta transportada pueden contribuir al descubrimiento de un depósito mineral escondido. En cubiertas alóctonas se distingue anomalías geoquímicas singenéticas y epigenéticas. La anomalía singenética se forma simultáneamente con el depósito de material transportado. La anomalía epigenética se refiere a una distribución de uno o varios elementos introducida en el depósito de material transportado subsecuentemente a su formación. Ambos tipos de anomalías pueden ocurrir juntos en una cubierta alóctona y pueden superponerse mutuamente. • Anomalías en agua. Una distribución anómala de elementos en aguas subterráneas y meteóricas se denomina anomalía hidrogeoquímica. Como generalmente los elementos son transportados en forma disuelta en las aguas naturales, los elementos más aptos para la exploración geoquímica de aguas son los elementos relativamente móviles. Una aplicación muy existosa de la exploración geoquímica de aguas consiste en la determinación de U en aguas subterráneas y meteóricas. • Anomalías en sedimentos de drenaje. A los sedimentos de drenaje pertenecen los sedimentos de manantiales, de lagos, de llanuras de inundación, los sedimentos activos de corrientes de agua y los sedimentos, que funcionan como filtros para el agua (seepage sediments en inglés).

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Los sistemas de drenaje a menudo parten de manantiales. Los sedimentos situados en la cercanía de los manantiales y los sedimentos de filtración tienden a exhibir anomalías apreciables y por consiguiente estos sedimentos son útiles para una exploración geoquímica. Los sedimentos activos de corrientes de agua incluyen material clástico y hidromórfico de los sectores de filtración, el material clástico erosionado de los bancos de material detrítico situados en los lechos de los ríos y de material hidromórfico absorbido o precipitado por el agua de la corriente. Las anomalías desarrolladas en estos sedimentos activos pueden extenderse varios diez de kilómetros con respecto a su fuente. Los estudios de estas anomalías se utilizan frecuente- y preferentemente para lograr un reconocimiento general. En el caso de los lagos se estudia los componentes clásticos y el material absorbido o precipitado de los sedimentos. En áreas con una alta cantidad de lagos como en el área del escudo precámbrico de Canadá modelado por glaciares el estudio geoquímico de los sedimentos de lagos puede ser el método más económico y efectivo para un reconocimiento general.

• Anomalías Geoquímicas. Definiciones. Umbral

Para definir una anomalía se requiere definir anteriormente el nivel normal o fondo para el elemento en cuestión. La anomalía se considera a toda desviación significativa de los contenidos con respecto al nivel normal. Surge de inmediato la pregunta: ¿Qué magnitud debe tener la desviación para que pueda considerarse significativa?

Es necesario definir un valor normal que una vez sobrepasado podamos considerar a estos valores anómalos en algún sentido. Debe indicarse que este umbral no tendrá un valor único para toda la región, uno de los casos más simples puede verse a continuación:

7.3 ESTIMACIÓN DEL NIVEL NORMAL Y UMBRAL

La concentración de los elementos en un sistema geoquímico simple varia aleatoriamente (cada valor de muestra diferentes), su comportamiento se explica con una ley de distribución por lo general normal o gaussiana para los elementos formadores de rocas y una ley de distribución por lo general log-normal para los elementos traza. Por esta razón para la estimación del valor normal y los valores de umbrales necesitamos emplear técnicas de estimación estadística.

El procedimiento a seguir es el siguiente:

1. Tomar una muestra de la roca estéril cuyo tamaño (población) no debe ser menor de 100 - 500 puntos (muestra elemental).

2. Los valores de los contenidos (concentración de un elemento) deben

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agruparse en K intervalos de clase. Para muestras de tamaño N>100, el número de

intervalos de clase puede estimarse aproximadamente como Kint= SQRT(N).

Así, para N entre 100 y 250, el número de intervalos de clase debe variar entre 10 y 15.

3. Después debe asumirse el tipo de ley de distribución de la variable aleatoria a emplear para describir el comportamiento de la variable aleatoria a emplear para describir comportamiento de los datos a procesar: Los dos tipos de ley mas empleados son el normal y log-normal.

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8. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOQUÍMICA

8.1 INTRODUCCIÓN A LA PROSPECCIÓN CON BATEA

La prospección aluvionar es el método de prospección minera que se ocupa, de forma directa, de la localización y valoración de depósitos del tipo placer o residual y de manera indirecta de la localización de anomalías mineralométricas. Estas últimas serían el resultado de la denudación de concentraciones primarias. La herramienta principal de la prospección aluvionar desde la más remota antigüedad es la batea. Esta no ha dejado de ser en el siglo XXI el utensilio más eficaz en prospección minera y en explotación de placeres. Es además, el resultado, de experiencias empíricas y de la aplicación intuitiva de la mecánica de fluidos y por tanto de la dinámica fluvial. La batea es la herramienta que utilizan millones de personas en el mundo para su sustento diario, es también una herramienta utilizada por miles de persona en el Mundo occidental como elemento de ocio y deportivo. Accidentes mayores Distribución de los bancos de gravas a lo largo de un río Las zonas de gravas se reparten de forma simple en los ríos, y s u investigación se guía por una regla simple: “el agua fluye según la línea mas directa por lo cual erosiona las orillas cóncavas y aluvionar en las convexas”, como consecuencia, los bancos de gravas se depositan en las partes cóncavas del lecho, situándose los bloques mayores cerca de la corriente y l a grava fina y arena en el lado opuesto (ver figuras mayores). Independientemente de esta repartición lateral, existe otra en función de la pendiente, así en zonas accidentadas, el lecho del rió no presenta siempre la misma inclinación, con lo que los remolinos, las barras rocosas o simplemente obstáculos como represas, etc., modifican la velocidad de las aguas en ciertos puntos, acumulándose los elementos más densos, facilitando el trabajo del prospector . Las concentraciones se realizarán pues en las reducciones de pendientes, principalmente en la parte anterior de las barras (sluice) y d e los obstáculos, no obstante en las partes posteriores en zonas de depresión (marmitas) también se pueden concentrar , siendo de todas ellas las que se encuentres más cerca del bed-rock.

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8.1.1 TOMA DE MUESTRA Y PLANIFICACIÓN DE LA PROSPECCIÓN La concentración en una batea, según Sigov (1939), será para un experimentado bateador en función de la densidad o capacidad hidráulica de la muestra de:

DENSIDAD

CEOFICIENTE DE EXTRACCION %

5,2

90

4,4-5,1

83

3,9-4,2

76

3,6-3,8

60

2,8-3,3

15

2,8

1

90

La batea mas recomendable es el “Pan” de unos 8 litros con diámetros de 400 mm y ranuras que impiden la pérdida d e minerales pesados durante el proceso, si bien para su mejor concentración y e n etapas sucesivas se emplearán “pans” de diferentes diámetros o volúmenes tales como 350 y 250 mm. El material de que están formados, puede ser de acero inoxidable, hierro de fundición, plástico y madera. La concentración podrá comportar las fases siguientes: 1. Tamizado a 3 mm en una batea de 400 mm de diámetro, dentro del agua con el fin de deslamar la grava de las arenas y ambas de las arcillas. 2. Lavado del material mediante un tamiz inferior a 3 mm y dentro del agua, con el fin de desalojar lodos y arcillas y evitar a sí una pulpa demasiado densa que pueda acarrear fuera los minerales pesados, así como mejorar la observación, en la batea o pan de 400 mm o recipiente adecuado. Se recomienda que el tamizado se realice mediante giros, junto con la batea , bien levó giros o dextrógiros, en función de las características del bateador , así como fuertes sacudidas de arriba a bajo con el fin que no tan solo haya circulación lateral sino también vertical. Cuando el agua de la batea o pan se halle completamente limpia se empezará una etapa de bateado. Nunca se llenará por completo la batea y se mantendrá su nivel por debajo de la ranura inferior. El rechazo superior a 3 mm se verterá en una zona plana de tal forma que los pesados superiores a este diámetro se sitúen a la base del tamiz, lo que favorecerá la observación de estos. 3. operación de concentrado o bateado, en ella mediante giros levógiros o dextrógiros fuera o dentro del agua pero con la batea llena de éste, se realizarán de tres o más giros y en el ultimo de ellos se inclinará la batea hacia delante, en el sentido de la corriente, para que los ligeros desborden del pan, acto seguido se inclinará suavemente el pan contra la corriente con el fin de permitir la entrada de agua en el y s e repetirá la operación tantas veces necesarias hasta que queden en el fondo de batea o pan una capa de un centímetro aproximadamente. 4. El concentrado se tamizará a 1 mm sobre un pan o batea de 300 -250 mm de diámetro realizando exactamente la misma operación de la fase 2 y 3. 5. finalmente el concentrado se verterá en una bolsa de plástico de tamaño mediano, mediante un embudo de unos 100 -200 mm de diámetro, teniendo la precaución de que todo el concentrado pase a l a bolsa a través de éste. Esta última operación es la más delicada y es mejor realizarla sobre otro recipiente (pan de 400 mm) con el fin de recoger las pérdidas si las hay.

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8.2 OBTENCIÓN DEL CONCENTRADO EN EL LABORATORIO Y DIAGNÓSTICO Cribado del concentrado primario. Ejemplo del Río Segre en el tramo medio.

• Fracción superior a 2,5 mm, para un tamizado primario con malla inferior a 5 mm, el volumen será de 20-25% y los materiales más representativos corresponderán a:

- Hematites, Oro, Gemas - Elementos líticos Aconsejamos para tratar estas fracciones un concentrador de espiral

• Para una fracción entre 1 mm a 2 mm - Hematites, Virutas de Hierro, Oro, Casiterita, Perdigones de plomo, Sulfuros (galena, cinabrio, pirita, arsenopirita). - Elementos líticos, Silicatos alumínicos y gemas (zafiros) GEAH

• Fracción <1 mm - Minerales magnéticos y paramagnéticos (magnetita, ilmenita, hematites y silicatos alterados ferromagnesianos). - Minerales diamagnéticos (zircones, monacitas, apatitos, leucoxeno, rutilo, scheelita, casiterita, oro y silicatos alumínicos). Concentración mediante mesa de sacudidas

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T amizado y pesado

Sep aración secundária:

• Fracción < 1 m m

Separación Magnética + pesada Minerales magnéticos: Magnetita, Pirrotina, Cromita. Minerales paramagnéticos y diamagnéticos.

• Separación electromagnética + pesada

Minerales paramagnéticos. Minerales diamagnéticos.

Sep aración mineral mediante licores densos

• Bromoformo: CHBr 3 de densidad 2,9 que se diluye con éter sulfúrico o acetona. Vapores venenosos.

• Tetrabromuro de acetileno/Tetrabromuro etano: C 2 H 2 Br 4 de densidad

2,95 - 2,96. Se diluye con toluol o xylol.

• Ioduro de metileno: C H 2 I 2 de densidad 3,3. Se diluye con benzol.

• Licor de Thoulet: solución de una mezcla equimolecular del K y I2 Hg de densidad máxima de 3,19. Se diluye con agua destilada y para conservarla clara, se le añaden una o dos gotas de mercurio.

• Licor de Rohrbach: solución de una mezcla equimolecular de I 2 H g y I 2

Ba de densidad máxima de 3,5. Se diluye con agua destilada, no obstante se altera y s e enturbia muy rápidamente.

• Licor de Klein: solución de borotungstato de Cd, de densidad máxima de 3,28. Se diluye con agua destilada.

• Licor de Clérici: solución de una mezcla equimolecular de maleonato y d e formiato de talio de densidad máxima e n f río de 4,2 y de 5 en caliente. Se diluye en agua destilada.

De manera general, empleo de soluciones de sales minerales presenta la ventaja de poderse diluir con agua destilada y de esta manera poderse recuperar más fácilmente y además, mojan mejor que los compuestos orgánicos. Para éstos hay que utilizar d solventes orgánicos que por su volatilidad son muy inflamables y venenosos.

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9. EL YACIMIENTO Y LOS DOMINIOS DE DISPERSIÓN 9.1 EL YACIMIENTO Y LOS DOMINIOS DE DISPERSIÓN Fondo Geoquímico de una zona Es el valor medio de concentración de un elemento químico en las rocas de dicha zona no afectadas por mineralizaciones. Dominios de dispersión Presencia de elementos genéticamente asociados a una mineralización que, como consecuencia de la acción de procesos endógenos o exógenos, se dispersan en el dominio de la roca encajante, dando lugar a contenidos anómalos de dichos elementos (“anomalías geoquímicas”). En la formación de un dominio de dispersión interviene: Movilidad geoquímica de los elementos: mayor o menor facilidad con que un elemento se mueve y difunde en un determinado medio. La dispersión de un elemento depende directamente de su movilidad. Esta depende a su vez de factores como: • Características del medio: profundidad, permeabilidad, reactividad. • Estabilidad mineralógica: facilidad con que en determinadas condiciones un

elemento abandona los minerales más o menos estables de los que forman parte. Los minerales se generan en dominios diferentes, donde las condiciones físico-químicas los hacen estables. Al cambiar éstas, pueden perderse las condiciones de estabilidad y el mineral se destruye, liberando elementos que lo constituyen, o bien se transforma en otro mineral estable en las nuevas condiciones. Cuanto más estables sean los minerales, los elementos que los constituyen serán menos solubilizados por las aguas y, por tanto, resultarán menos móviles. • Solubilidad propia de los elementos una vez liberados de los minerales. La

movilidad aumenta a mayor solubilidad. Los elementos liberados pueden también llegar a formar minerales estables que ayudan a inmovilizarlos. Son elementos móviles, por su fácil movilidad: Na, K, Ca, etc. y resultan muy poco móviles, produciendo minerales muy estables elementos como Au (oro nativo), Ti (ilmenita, rutilo), Cr (cromita), Sn (casiterita), etc. • Quimismo de las soluciones • Cambios de P y Tª El concepto de movilidad se puede extender a cualquier dominio del ciclo del elemento: • Movilidad en dominios hipogénicos (altas P y Tª) → función principal de la

solubilidad iónica.

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• Movilidad en dominios supergénicos (bajas P y Tª) → influida por la estabilidad mineralógica, la solubilidad de los iones, la coprecipitación de ciertos elementos, la acción biológica, etc.

Ejemplos: • Dentro de los silicatos derivados de la cristalización del magma, los más

inestables son los minerales más ferromagnesianos, como olivinos y piroxenos. La meteorización superficial es causa de la destrucción de la mayoría de los minerales endógenos, que no resultan estables en la superficie de la corteza terrestre.

• -Los elementos metálicos que encontramos formando los minerales en los yacimientos hidrotermales son bastante móviles en los dominios endógenos, lo que facilita su transporte en solución por las aguas, antes de que se formen los minerales correspondientes (sulfuros principalmente).

• La mayoría de los sulfuros de metales básicos, en dominios supergénicos no resisten la meteorización que los destruye, liberando así los elementos que entran con facilidad en solución en el agua y resultando por tanto relativamente móviles (mayores dominios de dispersión).

• Los elementos que forman minerales muy estables en los dominios superficiales resultan muy poco móviles, ya que no son liberados y no entran en solución en las aguas. Son por tanto elementos que se dispersan de forma mecánica, al dispersarse los granos de sus minerales dentro de la fracción detrítica (oro, rutilo, circón, cromita, etc.).

Halos y Aureolas de dispersión Aureola: la dispersión se encuentra en al dominio inmediato de la mineralización, a la que envuelve. Es una guía de prospección segura. Halo:la dispersión no envuelve a mineralización alguna. Es causado por filtración o fuga de algún tipo de soluciones a través de fracturas o rocas permeables o reactivas hasta la zona afectada. No siempre se corresponde con proximidad de una mineralización, y su uso como guía puede resultar dudoso. 9.2 DISPERSIONES PRIMARIAS Resultantes de procesos genéticos endógenos. Tienen lugar en dominios profundos (ámbitos de alta P y Tª). Se producen a la vez que una mineralización, afectando a las rocas encajantes de ésta. Yacimiento y dispersión tienen pues una causa común. Se conservan mientras las rocas en las que se asientan están en equilibrio y no son expuestas a alteraciones (meteorización, metamorfismo, etc.). Pueden ser: • Dispersiones singenéticas Originadas a la vez que la roca que las incluye o soporta. P.e.: dispersión de un elemento en una roca ígnea formada por cristalización magmática con formación de minerales útiles (cromitas en peridotitas), etc. • Dispersiones epigenéticas Originadas sobre rocas preexistentes en las que se introducen determinados elementos, que además de una mineralización forman una “aureola”. P.e.: aureolas o anomalías en los hastiales de un filón, etc.

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9.2.1 DISPERSIONES MINERALÓGICAS Los fluidos penetran y modifican la roca encajante. Los cambios originados pueden ser: • Con neoformación de minerales: Los fluidos dan lugar a la aparición de nuevos

minerales, pudiendo conservarse a la vez los minerales originales (p.e.: sílice en calizas recristalizadas, formación de sericita en un granito, clorita en una pizarra, etc.) o bien pueden suponer un cambio total de mineralogía, textura, etc. por cambio de condiciones químico-físicas (P, Tª, pH,...), lo que puede desestabilizar y destruir los minerales originales, originándose otrosnuevos, estables.(p.e.: metamorfismo de contacto, formación de skarn y corneanas).

• Sin neoformación de minerales: Cuando se dan procesos de cambio de texturas, sin cambio mineralógico. Son típicos en rocas monominerales. Se dan fenómenos de recristalización (p.e.: caliza, mármol) y también de disolución-precipitación por efecto de presión, que provoca adelgazamiento de granos en sentido de la máxima presión, con aparición de superficies de contacto “suturadas” (arenisca,cuarcita).

9.2.2. DISPERSIONES QUÍMICAS En la roca encajante aparecen elementos no típicos de la misma, que ocupan espacios en la red de sus minerales, no detectables a simple vista (microscopio) y que aumentan el fondo geoquímico en dicho elemento, todo ello sin formación de nuevos minerales visibles. • Aporte de nuevos elementos: provenientes de las soluciones mineralizadoras, que

dan ugar a aureolas de dispersión sobre las rocas, en torno a los caminos de circulación ydeposición.

Dispersiones de difusión: Se forman a partir de elementos disueltos que se difunden a través del fluido estacionario contenido en los poros de la roca adyacente a una veta o zona de alta concentración, seguido de adsorción y precipitación en dicha roca. Se deben a que los iones disueltos tienden siempre a migrar en el medio fluido hacia zonas de menor concentración. El avance por difusión es muy lento, resultando generalmente despreciable frente al de infiltración. Las dispersiones de difusión sólo son apreciables tras mucho tiempo. Dan lugar a “aureolas de difusión”. Dependen de: la diferencia de concentración del elemento entre la fuente y el medio en el que se difunde; del tiempo para la difusión; del coeficiente de difusión para cada especie; de la Tª; así como de la reactividad, porosidad y permeabilidad de la roca encajante. Dispersiones de infiltración: Flujo de fluido -que lleva en solución los elementos- a través de fracturas y poros de la roca con una subsiguiente precipitación o adsorción. Dan lugar a aureolas de infiltración. Estas se diferencian de las de difusión en su extensión, pudiendo llegar a extenderse cientos de m desde la mena, mientras que las de difusión sólo alcanzan unas pocas decenas de m. Dependen de: el recorrido del flujo a través de los poros de la roca, que es función de la permeabilidad total; de la concentración inicial del elemento en el fluido; del gradiente de presión; de la, Tª; así como de los procesos químicos de adsorción, precipitación, etc. En la práctica se observan anomalías que combinan ambos efectos, y éstos dependen en último término de las propiedades químicas de los elementos en solución.

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• Eliminación de elementos originales: de las rocas encajantes. Por este mecanismo también se puede cambiar la composición de las rocas en los dominios afectados por los fluidos determinando “aureolas negativas”, que podrían justificar una teoría genética de “secreción lateral”, con pase de elementos desde la roca encajante a la mineralización.

Morfología de las dispersiones primarias Está condicionada por los cambios de P y Tª y las características de las rocas en las que se produce la dispersión: • Homogeneidad e isotropía/dispersiones simétricas. • Profundidad (limita porosidad / permeabilidad). • Reactividad (alteración más intensa cuanto más reactivas son las rocas). • Permeabilidad y porosidad (primaria y secundaria) mayor avance de alteración. • Zonas de contacto entre capas. • Sentido de circulación (los fluidos circulan hacia zonas de menor presión). Las dispersiones pueden ser continuas, si el medio es muy homogéneo, pero generalmente serán discontinuas e irregulares, en torno a un centro o foco de dispersión. 9.3 ZONALIDAD DE LAS DISPERSIONES Distribución espacial diferencial de los elementos de las dispersiones. Depende sobre todo de la movilidad de los mismos (que es función de sus propiedades químicas). Se produce a varias escalas y en diferentes direcciones: axial (en la dirección del flujo de soluciones mineralizadoras) o transversal (perpendicular a la anterior). Pueden producirse varias aureolas espacialmente independientes y correspondientes a elementos diferentes o bien puede haber un solapamiento de las mismas. También puede haber formación de “aureolas” debidas a impulsos hidrotermales sucesivos. Los fenómenos de alteración (hidrotermal, neumatolítica,...) que acompañan a la formación de yacimientos, dan lugar a dispersiones primarias, como respuesta del material encajante ante la aparición de nuevas condiciones físico-químicas que rompen su equilibrio, dando lugar a un intercambio de materia entre solución y roca; como consecuencia, se puede tener: formación/destrucción de minerales; cambios de texturas, de color, de tamaño de grano, de porosidad y permeabilidad, de quimismo, etc. Estos cambios pueden ser o no visibles a simple vista. Normalmente se aprecian en el entorno más próximo a la mineralización. La importancia de la alteración en una roca depende de la profundidad a la que se encuentre y de su porosidad, reactividad y estabilidad frente a lassoluciones mineralizadoras. Alteraciones hidrotermales: silicificación, piritización, dolomitización, ankeritización, caolinitización, cloritización, etc. Las alteraciones como guía de prospección Las alteraciones sirven como guía de prospección, dada su relación genética y espacial con la mena, a la que normalmente envuelven.

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Frecuentemente se da una relación característica entre ciertos tipos de alteración –incluyendo su sucesión espacial- y determinados tipos de mineralización sirven como guía para localizar yacimientos (p.e.: alteraciones asociadas a yacimientos tipo Porphyry Copper, en los que de dentro hacia fuera tenemos: alteración potásica, alteración filítica, alteración argilítica, alteración propilítica, etc.). • Permiten deducir las condiciones físico-químicas que en cada dominio se

impusieron a la rocay la desequilibraron (condiciones debidas a las soluciones mineralizadoras).

• También permiten diferenciar la existencia de varias etapas sucesivas bajo diferentes condiciones que se traducen en diferentes procesos de alteración.

9.4 ELEMENTOS PRESENTES EN LAS AUREOLAS PRIMARIAS Elementos indicadores Li, Rb, Cs, Hg, Au, U, Ta, Sn, W, Be, Ba, Cd, Ag, Pb, Zn, Cu, Mo. Co, Ni, As. Sb, Sr, Nb, V, Mn, Z, F, B, I, Br.

Elementos Fundamentales en la Aureola Primaria Modelo del Depósito

Elementos Fundamentales

Pegmatites con minerales raros Li, Rb, Cs, Nb, Sn, Ta, W, Be, As, F, B.

W- Mo y W en Skarn

Ba. (Ag - Pb), Zn, Sn, Cu, W, Mo, Co, Ni, Be, B.

Cupro-niquelíferos Cu, Ni, Co, B, Pb, Zn, Ag, Bi, Sr, Be,W,Br.

Calcopíritico Ba, Ag, Pb, Cd, Zn, Bi, Cu, Co, Mo.,As, Ha, I, Br.

Sn, Cu porfírico

Ba, As, Sb, Ag, Pb, Zn, Au, Bi, Cu, Mo, Sn, Co, W.

Au Ba, Au, Sb, As, Ag, Pb, Zn, Mo, Cu, B, Co, Ni, W.

Polimetálicos Cd, Ba, Sb, As, Ag, Pb, Zn, Cu, Bi, Mo, Co, Sr, W, Sn, Hg.

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9.5 DISPERSIONES Y ANOMALÍAS GEOQUÍMICAS SECUNDARIAS 9.5.1 METEORIZACIÓN DEL YACIMIENTO Las dispersiones secundarias son resultantes de procesos exógenos (meteorización). Tienen lugar en dominios superficiales (bajas P y Tª). Son debidas a la acción de los agentes de meteorización sobre materiales dispuestos en superficie (p.e.: anomalías formadas en los suelos entorno a yacimientos por meteorización de éstos). En su formación intervienen los factores: • Movilidad geoquímica de los elementos. • Estabilidad mineralógica. • Características del medio (tipo de rocas, relieve, clima...) En función de su modo de formación, las dispersiones se clasifican en: • Químicas: el agente dinámico de la dispersión es el agua, que lleva los elementos

en solución hasta que encuentra condiciones favorables para su precipitación, como p.e. que esos elementos sean atrapados por arcillas, óxidos de hierro, etc. Este tipo de dispersiones son extensas y de distribución continua bastan muestras pequeñas, pero pueden presentar poco contraste con respecto al fondo local (el contraste se puede aumentar concentrando la fracción arcillosa, o la de óxidos de Fe).

• Detríticas: el agente dispersante es la gravedad o el agua, pero en este caso, los elementos dispersados no viajan en solución, sino en suspensión o arrastre en estado sólido, dentro de las partículas minerales de las que forman parte. Este tipo de dispersiones tienen una distribución menos extensa, discontinua y más heterogénea necesidad de muestras grandes. Es relativamente sencillo localizar la fuente originaria.

En función de su momento de formación, las dispersiones se clasifican en: • Singenéticas: producidas al mismo tiempo que el medio que las alberga

(normalm. un suelo). • Epigenéticas: Producidas (introducidas o depositadas) con posterioridad al medio

que las incluye. 9.6 ANOMALÍAS NO RELACIONADAS CON DEPÓSITOS MINERALES Es decisivo diferenciar las anomalías interesantes de las que no lo son. Anomalías sin interés son: • Las relacionadas con ciertas rocas caracterizadas por un alto contenido de fondo

en un determinado elemento, sin que exista relación con una mineralización. • Las debidas a contaminación ocasionada por actividades humanas (labores

mineras, escombreras, operaciones metalúrgicas, aditivos químicos agrícolas, emisiones relacionadas con la industria, tráfico, etc.)

• Las aparentes resultantes de errores durante las fases de muestreo o análisis. Se eliminan repitiendo dichas operaciones.

• Las de tipo epigenético, ocasionadas a partir de aguas normales, por fijación de elementos en ámbitos reducidos donde existen condiciones especiales que favorecen la precipitación de alguno de los elementos que lleva el agua.

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10. INTEMPERISMO Y SUELO 10.1 EL SUELO Es un material superficial natural, que sostiene la vida vegetal. Cada suelo posee ciertas propiedades que son determinadas por el clima y los organismos vivientes que operan por períodos de tiempo sobre los materiales de la tierra y sobre el paisaje de relieve variable. En razón de que todos estos factores, se combinan de varias maneras sobre todas las áreas del globo, el número posible de tipos de suelo es casi ilimitado. Sin embargo, es posible realizar ciertas generalizaciones válidas acerca de los suelos. Sabemos, por ejemplo, que la composición de un suelo varía con la profundidad. El afloramiento natural o artificial de un suelo revela una serie de zonas diferentes entre sí. Cada una de estas zonas constituyen un HORIZONTE o PERFIL DEL SUELO.

Los tres horizontes o zonas principales de un suelo típico, se pueden describir, de abajo arriba, como sigue: * Horizonte C: esta es una zona de roca parcialmente desintegrada y descompuesta. Parte de los minerales de la roca basal original están presentes todavía, pero otros se han transformado en materiales nuevos. El horizonte C pasa gradualmente hacia abajo a la roca inalterada. * Horizonte B: esta zona descansa directamente sobre el horizonte C; en ella el intemperismo ha actuado con mayor intensidad que en la zona subyacente; sólo aquellos minerales de la roca original más resistentes a la descomposición (el cuarzo por ejemplo), se pueden reconocer todavía. En otros se han convertido en nuevos

minerales o en sales solubles. A causa de que el material se deposita en el horizonte B, se conoce a éste con el nombre de "zona de acumulación".

Horizonte A: es esta la zona superior - en la que podemos introducir una pala cuando escarbamos en un jardín. Esta es la zona de la cual los óxidos de hierro han pasado al horizonte B, y en los climas secos es la fuente de algunos materiales solubles que pueden ser depositados en el horizonte B. El proceso mediante el cual estos materiales son arrastrados hacia abajo por el agua del suelo, se llama LIXIVIACION y al horizonte A se le da alguna veces el nombre de "zona de lixiviación". La presencia de cantidades variables de materia orgánica tiende a dar al horizonte A un color que va del gris al negro.Los tres horizontes de suelo se han desarrollado a partir del material originado subyacente. Cuando este material queda expuesto por primera vez en la superficie, la parte superior queda sujeta a un intemperismo intenso y la descomposición actúa rápidamente. Conforme avanza la descomposición del material, el agua que percola hacia abajo comienza a lixiviar algunos de los minerales y los deposita en niveles inferiores. Así se forman gradualmente el horizonte A y el horizonte B. Pero el intemperismo continúa, aunque ahora a menor velocidad, sobre el material subyacente, dando lugar a la formación del horizonte C. Con el paso del tiempo el horizonte C alcanza niveles cada vez más

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profundos dentro del material inalterado subyacente, el horizonte B se desplaza hacia abajo y el horizonte A, a su vez, paso los límites de la parte superior del horizonte B. Finalmente, queda constituido un suelo "maduro". 10.1.1 FORMACIÓN Y NATURALEZA DE LOS SUELOS Formación del Suelo

Naturaleza del suelo Los componentes primarios del suelo son:

1) compuestos inorgánicos, no disueltos, producidos por la meteorización y la descomposición de las rocas superficiales;

2) los nutrientes solubles utilizados por las plantas;

3) distintos tipos de materia orgánica, viva o muerta y

4) gases y agua requeridos por las plantas y por los organismos subterráneos.

La naturaleza física del suelo está determinada por la proporción de partículas de varios tamaños. Las partículas inorgánicas tienen tamaños que varían entre el de los trozos distinguibles de piedra y grava hasta los de menos de 1/40.000 centímetros. Las grandes partículas del suelo, como la arena y la grava, son en su mayor parte químicamente inactivas; pero las pequeñas partículas inorgánicas, componentes principales de las arcillas finas, sirven también como depósitos de los que las raíces de las plantas extraen nutrientes. El tamaño y la naturaleza de estas partículas inorgánicas diminutas determinan en gran medida la capacidad de un suelo para almacenar agua, vital para todos los procesos de crecimiento de las plantas.

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La parte orgánica del suelo está formada por restos vegetales y restos animales, junto a cantidades variables de materia orgánica amorfa llamada humus. La fracción orgánica representa entre el 2 y el 5% del suelo superficial en las regiones húmedas, pero puede ser menos del 0.5% en suelos áridos o más del 95% en suelos de turba.

El componente líquido de los suelos, denominado por los científicos solución del suelo, es sobre todo agua con varias sustancias minerales en disolución, cantidades grandes de oxígeno y dióxido de carbono disueltos. La solución del suelo es muy compleja y tiene importancia primordial al ser el medio por el que los nutrientes son absorbidos por las raíces de las plantas. Cuando la solución del suelo carece de los elementos requeridos para el crecimiento de las plantas, el suelo es estéril.

Los principales gases contenidos en el suelo son el oxígeno, el nitrógeno y el dióxido de carbono. El primero de estos gases es importante para el metabolismo de las plantas porque su presencia es necesaria para el crecimiento de varias bacterias y de otros organismos responsables de la descomposición de la materia orgánica. La presencia de oxígeno también es vital para el crecimiento de las plantas ya que su absorción por las raíces es necesaria para sus procesos metabólicos.

10.1.2 TEXTURA Y CLASES DE SUELO

La textura de un suelo esta expresada por la distribución del tamaño de las partículas sólidas que comprenden el suelo. En otras palabras por la composición granulométricas del suelo, previa dispersión de sus agregados.

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Los suelos muestran gran variedad de aspectos, fertilidad y características químicas en función de los materiales minerales y orgánicos que lo forman. El color es uno de los criterios más simples para calificar las variedades de suelo. La regla general, aunque con excepciones, es que los suelos oscuros son más fértiles que los claros. La oscuridad suele ser resultado de la presencia de grandes cantidades de humus. A veces, sin embargo, los suelos oscuros o negros deben su tono a la materia mineral o a humedad excesiva; en estos casos, el color oscuro no es un indicador de fertilidad.

Los suelos rojos o castaño-rojizos suelen contener una gran proporción de óxidos de hierro (derivado de las rocas primigenias) que no han sido sometidos a humedad excesiva. Por tanto, el color rojo es, en general, un indicio de que el suelo está bien drenado, no es húmedo en exceso y es fértil. En muchos lugares del mundo, un color rojizo puede ser debido a minerales formados en épocas recientes, no disponibles químicamente para las plantas. Casi todos los suelos amarillos o amarillentos tienen escasa fertilidad. Deben su color a óxidos de hierro que han reaccionado con agua y son de este modo señal de un terreno mal drenado. Los suelos grisáceos pueden tener deficiencias de hierro u oxígeno, o un exceso de sales alcalinas, como carbonato de calcio.

La textura general de un suelo depende de las proporciones de partículas de distintos tamaños que lo constituyen. Las partículas del suelo se clasifican como arena, limo y arcilla. Las partículas de arena tienen diámetros entre 2 y 0,05 mm, las de limo entre 0,05 y 0,002 mm, y las de arcilla son menores de 0,002 mm. En general, las partículas de arena pueden verse con facilidad y son rugosas al tacto. Las partículas de limo apenas se ven sin la ayuda de un microscopio y parecen harina cuando se tocan. Las partículas de arcilla son invisibles si no se utilizan instrumentos y forman una masa viscosa cuando se mojan.

En función de las proporciones de arena, limo y arcilla, la textura de los suelos se clasifica en varios grupos definidos de manera arbitraria. Algunos son: la arcilla arenosa, la arcilla limosa, el limo arcilloso, el limo arcilloso arenoso, el fango arcilloso, el fango, el limo arenoso y la arena limosa. La textura de un suelo afecta en gran medida a su productividad. Los suelos con un porcentaje elevado de arena suelen ser incapaces de almacenar agua suficiente como para permitir el buen crecimiento de las plantas y pierden grandes cantidades de minerales nutrientes por lixiviación hacia el subsuelo. Los suelos que contienen una proporción mayor de partículas pequeñas, por ejemplo las arcillas y los limos, son depósitos excelentes de agua y encierran minerales que pueden ser utilizados con facilidad. Sin embargo, los suelos muy arcillosos tienden a contener un exceso de agua y tienen una textura viscosa que los hace resistentes al cultivo y que impide, con frecuencia, una aireación suficiente para el crecimiento normal de las plantas.

10.1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS Los suelos se dividen en clases según sus características generales. La clasificación se suele basar en la morfología y la composición del suelo, con énfasis en las propiedades que se pueden ver, sentir o medir por ejemplo, la profundidad, el color, la textura, la estructura y la composición química. La mayoría de los suelos tienen capas características, llamadas horizontes; la naturaleza, el número, el grosor

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y la disposición de éstas también es importante en la identificación y clasificación de los suelos.

Las propiedades de un suelo reflejan la interacción de varios procesos de formación que suceden de forma simultánea tras la acumulación del material primigenio. Algunas sustancias se añaden al terreno y otras desaparecen. La transferencia de materia entre horizontes es muy corriente. Algunos materiales se transforman. Todos estos procesos se producen a velocidades diversas y en direcciones diferentes, por lo que aparecen suelos con distintos tipos de horizontes o con varios aspectos dentro de un mismo tipo de horizonte.

Los suelos que comparten muchas características comunes se agrupan en series y éstas en familias. Del mismo modo, las familias se combinan en grupos, y éstos en subórdenes que se agrupan a su vez en órdenes.

Los nombres dados a los órdenes, subórdenes, grupos principales y subgrupos se basan, sobre todo, en raíces griegas y latinas. Cada nombre se elige tratando de indicar las relaciones entre una clase y las otras categorías y de hacer visibles algunas de las características de los suelos de cada grupo. Los suelos de muchos lugares del mundo se están clasificando según sus características lo cual permite elaborar mapas con su distribución.

Ejemplos de suelos

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Clasificación Nº1

• Suelos zonales : Suelos que reflejan la influencia del clima y la vegetación como los controles más importantes.

• Suelos azonales : Son aquellos que no tienen limites claramente definidos y no están mayormente influenciados por el clima.

• Suelos intrazonales : Son aquellos que reflejan la influencia dominante de un factor local sobre el efecto normal del clima y la vegetación. Ej.: los suelos hidromorficos (pantanos) o calcimorficos formados por calcificación.

Clasificación Nº2

• Suelos exodinamorficos : Son aquellos suelos que reflejan la influencia del clima y la vegetación.

• Suelos exodinamorficos : Son aquellos suelos influenciados por el material parental.

Clasificación Nº3

• Pedocales : Suelos con acumulación de carbonatos de calcio, generalmente están en ambientes áridos y semiáridos.

• Pedalfers : Suelos con alta lixiviación y segregación de Al y Fe , generalmente están en ambientes húmedos.

10.1.4 ESTRUCTURA DEL SUELO

Define el estado de agregación de las partículas componentes minerales u orgánicas. Depende de la disposición de sus partículas y de la adhesión de las partículas menores para formar otras mayores o agregados.

La permeabilidad del suelo al agua, aire y a la penetración de las raíces también depende de la estructura.

A diferencia de la textura la estructura puede ser cambiada ejemplo : la rotación del cultivo.

Estabilidad estructural : Es la resistencia de los granos a disgregarse en condiciones de humedad.

Tipos de estructuras de suelos

Estructuras simples o no desarrolladas:

• Estructura particular : Suelos compuestos por partículas individuales sin estructura y frecuentemente son suelos arenosos, fácilmente penetrables.

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• Estructura masiva : Son aquellos con agregados consolidados en una masa uniforme, con cierto porcentaje de arcillas y materia orgánica, más difícil de penetrar en seco.

• Estructura cementada : Son aquellos en que los agregados han sido deformados, comprimidos o uniformados (pisoteo, laboreo, senderos).

Estructuras compuestas :

• Estructura grumosa : Suelos con agregados o grumos redondeados, migagozos o granulares, esto producto de la acción de las raíces y la descomposición de la materia orgánica fresca.

• Estructura laminal : Estructura con agregados en cuyas dimensiones predominan los ejes horizontales. Este tipo de estructura pone gran impedimento a la penetración de las raíces, al drenaje interno y a la germinación de las raíces.

• Estructura en bloques : Son equidimencionales, es frecuente en los horizontes inferiores ( B y C ), en suelos pesados de textura fija ( arcillas ).

• Prismática o columnal : Con bordes mas o menos aristados, son de una buena productividad cuando son pequeños los prismas. Cuando pierden esta característica es sinónimo de degradación.

10.1.5 CARACTERÍSTICAS HÍDRICAS DE LOS SUELOS

Agua estructural : Esta contenida en los minerales del suelo (hidromica, óxidos hidratados, etc.) solamente son liberados en procesos edáficos.

Agua hidroscópica : Es Agua inmóvil, es removida solamente por calentamiento o sequía prolongada.

Agua capilar : Es agua retenida en los microporos por fuerza de capilaridad, el agua de los capilares mayores puede percolar pero no puede drenar fuera del perfil.

Agua gravitacional : Es agua retenida en los macro poros y puede drenar fuera del perfil.

Capacidad de retención de agua (CC)

La capacidad de campo marca el limite entre el agua capilar y gravitacional, indica la máxima cantidad de agua que puede retener el suelo después de tres días de aporte de agua.

En la capacidad de campo de un suelo franco o arcilloso, este retiene agua a 0,3 atm

Mientras que los suelos arenosos lo hacen a 0,1 atm.

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Tamaño del poro con relación al tipo de agua

10.1.6 FACTORES DE FORMACIÓN

El suelo puede ser considerado como una determinada combinación de sus factores formadores. Esta concepción del suelo fue expresada por primera vez por Jenny en 1940 según la siguiente ecuación:

S = f (cl, o, r, p, t).

representando "S" al suelo, "f" es una función , "cl" al clima, "o" a los organismos, "r" al relieve, "p" a la roca madre y "t" al tiempo.

Esta ecuación es muy importante pues representa que para una determinada combinación de los factores formadores sólo puede existir un tipo de suelo (la misma combinación de factores originará siempre el mismo tipo de suelo independientemente del lugar geográfico en que se encuentre).

El clima como factor formador

La decisiva acción del clima en la formación del suelo se desprende al considerar que el clima va a regular el aporte de agua al suelo, así como su temperatura. Como se muestra en la figura, ambos factores (humedad y temperatura) ejercen una influencia decisiva en los tres procesos básicos de formación de los suelos.

Por otra parte el clima también influye directamente en otros factores formadores, como es el factor biótico y el relieve.

La disponibilidad y el flujo de agua regulan la velocidad de desarrollo de la mayoría de los procesos edáficos. Es por ello que la intensidad de percolación (infiltración) se considera un factor decisivo en la formación del suelo (condicionada por factores climáticos, cantidad y distribución anual de las precipitaciones, y algunos parámetros edáficos, como la permeabilidad). La intensidad de percolación nos va a indicar si en

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un suelo se produce suficiente exceso de agua como para producir el lavado y la translocación de materiales o si por el contrario el agua queda retenida sin que apenas se desplace hacia los horizontes profundos. La intensidad de la alteración, la clase de procesos que se presentan, el tipo de horizontes que se formen y el espesor del suelo van a ser muy diferentes según que los suelos sean percolantes (abundante infiltración de agua) o subpercolantes.

Influencia del clima en las propiedades del suelo

Las acciones del clima también quedan reflejadas en muchas de las propiedades del suelo. La capacidad de cambio (cantidad de iones adsorbidos en las superficies de los materiales del suelo) aumenta proporcionalmente a las precipitaciones, e incluso los iones fijados en las posiciones de cambio también muestran una dependencia.

Por otra parte al aumentar las precipitaciones se producirá una progresiva acidificación, la cual irá acompañada de la correspondiente desaturación del complejo de cambio (los hidrogeniones van sustituyendo al Ca, Mg, Na y K).

Transporte

Por la acción de la gravedad, en el relieve se produce el transporte de todo tipo de materiales que se trasladan pendiente abajo. Dependiendo de su posición en el paisaje, el suelo se ve sometido a la acción de erosión o por el contrario puede predominar la acumulación.

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En las zonas altas, sobre todo en las áreas en que se presentan fuertes inclinaciones, el suelo está sometido a una intensa erosión, por lo que la posición se considera residual y estará conformada por suelos esqueléticos.

A media ladera los suelos están sometidos a un continuo transporte de materiales sólidos y soluciones, por lo que suelen presentar pequeños o moderados espesores y en ellos son muy abundantes los cantos angulosos, tan representativos de los suelos coluviales.

En la ruptura de las pendientes se produce la deposición de los materiales arrastrados (compuestos solubles y partículas sólidas) por lo que en las posiciones de pie de ladera se forman suelos acumulativos que continuamente se están sobreengrosando, formándose suelos muy espesos y de texturas (granulometrías) muy finas.

Los organismos como factor formador

Acciones de los organismos

Básicamente los organismos ejercen tres acciones fundamentales:

Constituyen las fuente de material original para la fracción orgánica del suelo. Restos vegetales y animales que al morir se incorporan al suelo y sufren profundas transformaciones.

Ejercen importantes acciones de alteración de los materiales edáficos. Los organismos transforman los constituyentes del suelo al extraer los nutrientes imprescindibles para su ciclo vital. El papel de los microorganismos en la transformación de la materia orgánica es tan importante como para que la humificación apenas se desarrolle en su ausencia.

Producen una intensa mezcla de los materiales del suelo como resultado de su actividad biológica.

Efectos sobre los constituyentes y propiedades

El tipo y abundancia de la materia orgánica del suelo está directamente relacionada con los organismos del mismo.

Favorecen el desarrollo y estabilidad de la estructura (como consecuencia directa de su circulación a través del suelo y también al excretar residuos de intenso poder agregante).

Aumentan la porosidad del suelo.

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Favorecen el drenaje.

Influyen en el microclima (la vegetación produce sombra y disminuye la evaporación, aunque también consumen gran parte del agua del suelo).

Protegen al suelo de la erosión. Por efecto mecánico (la cobertura vegetal, así como los restos acumulados sobre la superficie, protege a éste de los impactos de las gotas de lluvia) o por el poder de agregación que unen a las distintas partículas del suelo y así quedan fuertemente retenidas.

El tiempo como factor formador

Como hemos visto el suelo, se origina por una serie de procesos y cada uno de ellos se desarrolla con muy diferente velocidad. Como consecuencia las propiedades del suelo, que son el resultado de la actuación de los procesos, se manifestaran también de un modo desigual.

Velocidad de formación del suelo

La velocidad de formación de un suelo es extraordinariamente lenta y depende del tipo de factores formadores de cada suelo. Así los suelos se desarrollaran mas fácilmente sobre materiales originales sueltos e inestables que a partir de rocas duras y constituidas por minerales estables. También es lógico esperar una mas rápida formación en los climas húmedos y cálidos que en climas secos y fríos. Por ello la velocidad de formación del suelo es muy variable, en la bibliografía se pueden encontrar valores desde 1mm/año hasta 0,001mm/año. Es de resaltar como la velocidad de formación del suelo decrece drásticamente con la edad, ya que en un principio el material edáfico evoluciona hacia la formación de un horizonte A (de alteración de materia orgánica), que es de rápida formación, y una vez formado este horizonte el suelo se desarrolla originando horizontes B (de alteración mineral), de mucha más lenta formación.

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11. PROSPECCIÓN POR SEDIMENTOS DE ARROYOS

La geoquímica estratégica o de arroyos tiene por lo tanto una aplicación directa en geoquímica ambiental, en dos campos fundamentales: 1) la delimitación del alcance de un problema conocido a lo largo de una red fluvial; y 2) en la búsqueda del área fuente de una contaminación.

11.1 PLANIFICACIÓN DE TOMA DE MUESTRAS

En sus términos más generales, la geoquímica de arroyos consiste en la toma de muestras a lo largo de la red de drenaje de la región estudiada. Estas muestras pueden ser de aguas o sedimentos. En la identificación de procesos de contaminación es importante establecer la procedencia concreta del sedimento a muestrear. Si el proceso de contaminación es reciente, posiblemente será detectable solamente en los sedimentos más recientes, de lecho de cauce, mientras que si es un proceso que se ha producido a lo largo de un periodo de tiempo prolongado, es posible que afecte también a los sedimentos de la llanura de inundación del cauce. Por ejemplo, no es lo mismo considerar el problema de una actividad minera iniciada hace 20 o 50 años atrás, que el relacionado con una actividad “milenaria”, como puede ser el caso de Río Tinto o Almadén. En este sentido es importante tomar en consideración el régimen de lluvias y procesos de inundación (¿todos los años? ¿cada cuantos años?), ya que no es lo mismo tratar con zonas sujetas a inundaciones periódicas (p.ej., Bangladesh) que con otras donde estos fenómenos son casi impensables (p.ej., vastas áreas del Desierto de Atacama).

Otra cuestión importante es el número de muestras a tomar, definida por la densidad del muestreo y la extensión del área a reconocer. Como el condicionante básico suele ser económico, el número total de muestras a tomar vendrá definido en parte por esta cuestión. En este sentido, hay que buscar un equilibrio entre los costes de muestro y análisis y la representatividad del mismo. Por ejemplo, una densidad de muestreo de 1 muestra/km2 puede ser adecuada bajo determinadas circunstancias o catastrófica bajo otras. No existen reglas precisas, ya que las variables a considerar son numerosas. Por ejemplo:

• Tipo de actividad minera (¿metálicos?, ¿sulfuros?)

• Duración de la misma (¿pocos años?, ¿décadas?, ¿siglos?, ¿milenios?)

• Tipo de contaminante asociado (¿catión?, ¿anión?)

• Características del medio afectado (¿suelo?, ¿de qué tipo?, ¿ríos?, ¿acuíferos?)

Una vez establecidos estos criterios se pasa a llevar a cabo la planificación del trabajo sobre mapas topográficos, y a ser posible, con el apoyo de fotografías aéreas e imágenes de satélite si es preciso. Se delimita la red de drenaje de la zona, identificando las principales cuencas hidrográficas/fluviales, y se señalan como puntos de muestreo las principales intersecciones y desembocaduras de ríos, y de arroyos de mayor entidad. Si con estos puntos se obtiene la densidad deseada, se considera como la red definitiva de muestreo. En caso de que la densidad resultante sea menor de la prevista se señalan también puntos intermedios de los cauces, a intervalos aproximadamente constantes, hasta llegar a la densidad requerida.

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A continuación se pasa al trabajo de campo. Se identifican los puntos señalados sobre el mapa o fotografía aérea, y se señalan sobre el terreno. Esto último se realiza habitualmente con un distintivo que puede ser una estaca de madera y/o una cinta de plástico de color visible a distancia, amarrada a un árbol o similar, con objeto de poder volver a identificar este punto en fases sucesivas del estudio. A continuación se procede a la toma de la muestra, identificando en primer lugar un punto adecuado de la zona del cauce en que tengamos materiales que resulten ser sedimentos propios del río o arroyo. En caso necesario se retira la primera capa de suelo vegetal (Horizonte edáfico A) y se toma una cantidad mínima de entre 0.5 y 1 kg., procurando que se trate de materiales finos, evitando los de mayor granulometría (cantos).

Normalmente, en el caso de los problemas ambientales mineros se combina la toma de muestras de sedimento de arroyo con la toma de muestras de agua, e incluso con la determinación in situ de algunos parámetros físico-químicos de las aguas, como pH, conductividad, temperatura, o cualquier otro que se considere de interés, y cuya determinación directa sea posible en el campo. Estas determinaciones, que pueden ser algo menos precisas (dependiendo, por otra parte, de la instrumentación de que se disponga), tienen la gran ventaja de la inmediatez, que implica que la medida se hace sobre agua “fresca”, no modificada por una estancia más o menos larga en el contenedor correspondiente.

Cuando se trata de identificar el alcance de un problema bien identificado (fundamentalmente, el alcance a lo largo de un sistema fluvial de la contaminación producida por una mina, o una escombrera, o una planta de tratamiento), se suele fijar un criterio definido de espaciado entre muestras sucesivas, y se identifican aquellos puntos que puedan resultar significativos para la concentración, dilución, o variación en general de la concentración del elemento, elementos o compuestos de interés: por ejemplo, las uniones con otros ríos de distinta procedencia, que puedan producir cambios en la físico-química de las aguas resultado de la unión, o los embalses, en los que se pueden favorecer determinados procesos que también pueden afectar a la presencia de los contaminantes en el agua: decantación de partículas sólidas, floculación de arcillas, precipitación por sobresaturación, etc.

11.2 TRATAMIENTO Y PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS

Una vez tomadas las muestras, se pasa a su preparación para el análisis. Naturalmente, cada tipo de muestra necesitará tratamientos diferentes:

• Las muestras de agua requieren un almacenaje adecuado, en botes de capacidad adecuada, estancos, y bien identificados mediante rotulación. En algunos casos es conveniente añadir al agua algún reactivo para facilitar la estabilidad de los compuestos de interés. Por ejemplo, con los metales pesados es conveniente añadir unas gotas de ácido para disminuir el pH, lo que aumenta la solubilidad de los iones metálicos. La foto 3 muestra algunos tipos de botes utilizados para tomar muestras de agua, aunque de escasa capacidad (150-250 ml). A menudo es necesario utilizarlos con capacidades mayores, para garantizar una cantidad adecuada para el tipo de análisis que se requiera.

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12. BIOGEOQUÍMICA

El uso de la vegetación como método de prospección de prospección involucra la respuesta de las plantas a su medio, en particular al substrato químico que las soporta. Esta metodología se basa en el análisis químico de las plantas (Tabla 1) como medio para obtener evidencias acerca de las posibles anomalías geoquímicas que se oculten en profundidad. La biogeoquímica se adapta muy bien a aquellas regiones que presentan una vegetación muy densa y donde la cartografía geológica es difícil de ser llevada a cabo (ausencia de afloramientos). Aunque esta técnica ha probado ser de indudable ayuda, también presenta sus limitaciones, ejemplificadas en el denominado efecto barrera: con algunas pocas excepciones, las plantas pueden acumular un determinado elemento hasta cierto nivel solamente. De hecho, en el caso del mercurio, las raíces pueden actuar a modo de barrera impidiendo que el elemento ascienda hacia los órganos superiores de la planta. En este sentido la plantas pueden ser clasificadas en cuatro categorías: 1) sin efecto de barrera, las que concentran linealmente elemento químico investigado; 2) semi-barrera, que concentran entre 30 y 300 veces el valor de fondo del elemento en la planta; 3) con barrera, contenidos de hasta 3-30 veces el valor de fondo; y 4) con barreara de fondo, que no superan las concentraciones normales del elemento en una determinada planta. En otra esquema de clasificación, se habla de plantas hiperacumuladoras cuando determinadas especies toleran 10-100 veces más los valores normales de un determinado elemento. (Tabla 12.1). Elemento Especie Contenido

normal (ppm) Contenido máximo (ppm)

Localidad

Cu Becium homblei 183 2.500 Zambia Mn Fucus vesiculosus 4.815 90.000 Rusia Ni Alyssum Bertolonii 65 100.000 Italia Zn Thlaspi calaminare 1.400 10.000 Alemania Zn Thlaspi caerulescens 43.710 Europa central Cd Thlaspi caerulescens 2.130 Europa central Pb Thlaspi caerulescens 2.740 Europa central

Tabla 12.1: Algunas plantas hiperacumuladoras y sus contenidos en metales pesados.

Existen informes de 1885 que ya mostraban que Thlaspi calaminare acumulaba Zn en grandes concentraciones, en cuanto a Ni el informe más antiguo que hace mención a esta capacidad de las plantas data de 1948, y trató sobre el caso de Alyssum bertolonii, que podía contener hasta más de 1 % (> 10.000 ppm) de Ni en su peso en seco.

Los factores determinantes de anomalías de origen químico en las plantas son: 1) la disponibilidad de elementos en el suelo; 2) las características nutricionales de la planta; y 3) los factores químicos y biológicos de la incorporación de elementos químicos en la planta. La disponibilidad de elementos químicos en el suelo depende tanto de la concentración del elemento como de su movilidad respecto de la actividad de la planta. Esto es a su vez función del pH, Eh, la capacidad de cambio de bases, y la presencia de agentes acomplejantes. Las raíces, además de captar las sales disueltas pueden absorber material unido a la superficie de partículas clásticas, en

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parte debido al efecto de microambientes ácidos generados por la raíces y en parte por fenómenos de cambio de bases.

El movimiento de constituyentes inorgánicos a la planta es controlado selectivamente, de manera que algunos elementos son admitidos libremente mientras que otros son rechazados en mayor o menor grado. Como hemos comentado anteriormente, aunque las raíces rechacen (en mayor o menor grado) selectivamente a algunos elementos tales como el plomo, el vanadio o el mercurio, una parte significativa llega a los órganos superiores de la planta y puede ser fácilmente detectada mediante análisis químicos. Los principales elementos químicos requeridos por las plantas son N, K, P, S, Ca, y Mg. Además de éstos los vegetales requieren muchos elementos traza, principalmente Cu, Zn, Mo, Mn, o B. Si los suelos no los poseen de manera biodisponible y en la cantidad adecuada, las plantas sufren trastornos fisiológicos o mueren. Por otra parte, un exceso de estos elementos sobre un nivel crítico es también perjudicial para la vida de la planta (biotoxicidad). En muchas especies de plantas el rango entre el mínimo requerido y el máximo tolerado es estrecho, por ejemplo, unas pocas ppm en el caso del boro, mientras que elementos como el cobre y el zinc pueden ser tolerados en mayores cantidades. Un factor de mucho interés en los estudios de prospección biogeoquímica es la profundidad de penetración de las raíces. Aquellas plantas de raíces profundas que obtienen el agua del nivel freático se denominan freatófitas, mientras que aquellas de raíces extendidas en las capas superficiales del suelo son denominadas xerófitas. Las primeras son de especial interés ya que permiten detectar contenidos metálicos a profundidades notables, de 10 a 15 m e incluso más. La toma de muestras puede realizarse sistemáticamente (red de muestreo) o bien tomando muestras de plantas donde sea posible (si la especie investigada es poco abundante). Una muestra de 20 g de materia vegetal es suficiente para dar 1 g de cenizas requerido para el análisis químico. Aunque potencialmente cualquier parte de la planta es susceptible de ser analizada, las hojas constituyen un blanco común dado su fácil acceso durante un muestreo sistemático. De todas maneras es muy conveniente probar en un estudio preliminar que parte de la planta concentra mejor el elemento investigado. Esta capacidad de algunas plantas de acumular elementos químicos las hace doblemente interesantes, ya que por un lado, como hemos visto, nos permiten detectar anomalías en un determinado elemento químico, y por otra, dada su capacidad de acumulación, pueden ser utilizadas para “limpiar” un terreno contaminado.

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13. ECOLOGÍA GEOQUÍMICA 13.1 DEFINICIONES

Ecología

Es el estudio de la relación entre los organismos y su medio ambiente físico y biológico. El medio ambiente físico incluye la luz y el calor o radiación solar, la humedad, el viento, el oxígeno, el dióxido de carbono y los nutrientes del suelo, el agua y la atmósfera. El medio ambiente biológico está formado por los organismos vivos, principalmente plantas y animales.

Medio Ambiente

Se entiende por medio Ambiente a todas las condiciones y factores externos vivientes y no vivientes que influyen en un organismo u otro sistema específico durante su periodo de vida.

Ecología Química

La ecología química o la química ambiental es el estudio de las fuentes, de las reacciones, del transporte, de los efectos y del destino de las especies químicas en la atmósfera, en los medios acuáticos, en los suelos y los efectos que la tecnología puede producir sobre ellos . Por lo tanto, la química ambiental enseña a comprender como se comportan los sistemas ambientales y tiene relación con otras ciencias.

Geoquímica La geoquímica es la ciencia que estudia la composición de los elementos y su distribución en la corteza terrestre así como las leyes que rigen su movilidad dentro de esta.

Geoquímica Ambiental

Geoquímica ambiental es el estudio de la distribución de los elementos presentes en la corteza terrestre y principalmente los cambios o concentraciones que generan un impacto (positivo o negativo) en el ambiente.

Biogeoquímica

La biogeoquímica es una ciencia interdisciplinaria que incluye las reacciones químicas en la atmósfera, en los océanos, en los suelos minerales y en organismos vivos.

Al estudiar los cambios que el hombre hace en el medio ambiente en general, se comprende que los organismos vivos (incluyendo el hombre) pueden afectar las condiciones del planeta tierra como un todo, por ejemplo, la problemática del ozono estratosférico.

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La Tierra entonces se puede considerar como un sistema cerrado. Cambios lentos en los 4 últimos billones de años han conducido a la aparición de oxígeno y de la vida. Muchas de las condiciones de la Tierra que en la actualidad se consideran como normales, son el producto de a lo menos 3,5 billones de años de vida sobre la Tierra. De este modo, los seres vivos ejercen un importante control sobre la composición de los océanos, de la atmósfera y en la velocidad de envejecimiento de rocas, entre otros. Esto trae como consecuencia que el estudio de la geoquímica en la superficie de la tierra se haya transformado en Biogeoquímica.

Uno de los temas más importantes en geoquímica ambiental es el relacionado con la determinación del grado y extensión de la contaminación. Durante décadas los métodos de prospección geoquímica se utilizaron para detectar yacimientos minerales.

Hoy, paradójicamente, estos mismos métodos se empiezan a emplear para determinar el alcance de la contaminación inducida por la actividad relacionada con esos mismos yacimientos minerales.

Como ejemplo tomemos a la actividad minera la cual genera residuos que se derivan de cuatro fuentes principales:

1) los gases expulsados por las chimeneas de las fundiciones, cuyos compuestos tarde o temprano precipitan en los suelos, a mayor o menor distancia de la fuente de emisión

2) las escombreras (mineral dumps), con materiales supuestamente estériles pero ricos en minerales altamente reactivos en condiciones atmosféricas, entre estos, sulfuros de hierro, cobre, zinc, plomo, cobalto, mercurio, etc.

3) de las balsas de estériles (tailings dumps), que similarmente a las escombreras, contienen sulfuros, los cuales a su vez fueron rechazados por el proceso concentrador.

4) los estanques de solución (pregnant-barren solution ponds) que contienen especies tan nocivas como el cianuro, el ácido sulfúrico, y especies metálica tales como cobre o hierro.

Ciclo Biogeoquímico

Ciclo Biogeoquímico se define como: procesos naturales que reciclan nutrientes de diversas formas químicas desde el ambiente no vivo hasta los seres vivos, y después de regreso hacia el ambiente no vivo.

El término Ciclos Biogeoquímicos se emplea al referirse al estudio del transporte y a las transformaciones de sustancias en el medio ambiente natural visto en un contexto global

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13.2 MODELO GENERAL DE COMPARTIMENTACIÓN EN UN ECOSISTEMA.

Compartimentos y subcompartimentos Animales Detritos

Compuestos Orgánicos disponibles

en forma indirecta

(turba, carbón, petróleo)

Bacterias, Microbios Plantas y algas autotrofas Asimilación Respiración Erosión, combustión Fotosíntesis y lixiviación de combustibles fósiles Suelo Meteorización Compuestos inorgánicos Atmósfera Agua Erosión indirectamente Disponibles: Formación de roca Piedra caliza Sedimentos sedimentaria distintos materiales

13.3 DIVERSIDAD GEOQUÍMICA EN LA ZONA ANTROPOGENIA Y SU INFLUENCIA EN LOS SISTEMAS ECOLÓGICOS. El tema ambiental está ganado importancia de manera progresiva en las Ciencias de la Tierra, tanto en la enseñanza como en la investigación teórica y aplicada. Aunque los aspectos más paisajísticos de los problemas ambientales suelen a veces llamar más la atención de la opinión pública (impactos visuales), existen otros, de fondo, que imprescindiblemente “deben” ser tratados. Entre ellos la migración de metales y compuestos químicos en el ciclo exógeno. Estos procesos son interactivos, y toman lugar en la atmósfera, la hidrosfera, y en esa delgada y vulnerable “piel” que cubre gran parte de los continentes: los suelos.

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Los principales peligros ambientales a que se enfrenta la sociedad vienen dados por la extrema toxicidad, a determinadas concentraciones, de los llamados metales pesados y compuestos químicos, ya sean de origen natural o antropogénico.

Regionalización geoquímica La regionalización geoquímica utiliza las cartas geoquímicas las cuales tienen como objetivo proporcionar información geoquímica de base y temática de un modo sistemático y con carácter multipropósito, para la exploración regional de los recursos mineros y el mapeo de los recursos geológicos naturales y del medio ambiente. Las cartas geoquímicas proporcionan información relevante para el medio ambiente relacionada con la abundancia natural, o fondo regional, de los elementos químicos analizados en el sedimento de corriente. En este marco, el análisis espacial de la distribución de los elementos permite evaluar su disponibilidad potencial en las distintas cuencas hídricas y también destacar sus posibles excesos o deficiencias.

Contaminación

Al aumentar la población y la cantidad de energía usada por cada persona, el total de demanda de energía ha aumentado a un ritmo muy rápido. Esto se refleja en la contaminación del aire causada por las chimeneas de las fábricas y plantas generadoras que queman combustibles y por el escapa de los automóviles.

La contaminación es un cambio indeseable en las características físicas, químicas o biológicas de nuestro aire, nuestra tierra y nuestra agua que puede afectar o afecta a la vida humana o de especies deseables; o que puede agotar o deteriorar nuestros recursos de materias primas.

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Contaminantes son residuos de las cosas que hacemos, usamos o desechamos. La contaminación aumenta no solo porque al aumentar la población se hace menor el espacio a disposición de cada persona, sino también porque las demandas por persona están aumentando continuamente, de modo que cada una arroja a la basura cada vez más año tras año. Al estar más poblada la Tierra, no hay ya un espacio libre. "El cubo de la basura de una persona es el espacio vital de la otra".

13.4 TIPOS DE CONTAMINACIÓN Contaminación Marina ocasionada por los Buques Contaminación del Litoral, en General Contaminación del Litoral por Vertidos Contaminación de Suelos, en General Contaminación de Suelos por Lluvias Ácidas Contaminación Salina de Suelos Contaminación de Suelos por Fertilizantes Contaminación de Suelos por Plaguicidas y Herbicidas Contaminación de Suelos por Actividades Mineras Contaminación de Suelos por Metales Pesados Descontaminación de Suelos Publicidad Registral de Suelos Contaminados Contaminación Lumínica, en General Contaminación Lumínica y Biodiversidad

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Contaminación Acústica, en General Contaminación Acústica en Aeropuertos Contaminación Alimentaria, en General Contaminación Alimentaria por 3-monocloropropano-1,2-diol Contaminación Alimentaria por Aflatoxinas Contaminación Alimentaria por Cadmio Contaminación Alimentaria por Dioxinas y Policlorobifenilos (PCB) Contaminación Alimentaria por Mercurio Contaminación Alimentaria por Plomo

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14. GEOQUÍMICA DE AEROSOLES Y SUS PROPIEDADES COMO INDICADORES DE LA CONTAMINACIÓN.

14.1 LOS AEROSOLES

El aire está lleno de diminutas partículas de polvo y gotitas flotantes conocidas como “aerosoles”. La naturaleza produce muchos aerosoles. Entre ellos destacan la arena de las tormentas de polvo del desierto, las partículas de sal del océano, los cristales de hielo y las cenizas de incendios y erupciones volcánicas.

Tales aerosoles pueden estar formados por polvo, que ha subido desde el suelo. Como en las grandes tormentas de arena en el Sahara. El polvo se forma también en nuestras ciudades, por ejemplo, el hollín procedente de la industria y los coches. Las partículas en el aire limpio sobre los océanos como la sal marina. La espuma causada por el movimiento de las olas, se evapora y las partículas de sal quedan suspendidas en el aire, en forma de aerosoles. Cerca del mar, se puede sentir el sabor salado del agua en los labios, antes de llegar a la orilla.

Los incendios forestales también son fuentes de aerosoles

Las esporas de los hongos, bacterias, polen, productos de degradación biológica; todos ellos pueden llamarse aerosoles. Los aerosoles también pueden ser algunas moléculas llamadas agrupaciones moleculares, los más comunes son aerosoles de ácido sulfúrico o aerosoles orgánicos pequeños, formados a partir de reacciones químicas del propio aire.

Las propiedades de los aerosoles que más afectan a los procesos de contaminación atmosférica son el tamaño de sus partículas, la forma y la composición química. El tamaño de las partículas oscila entre 1 y 1000 micras, aunque existen algunas muy especiales fuera de estos límites. En la atmósfera, las partículas de tamaño inferior a 1 micra realizan movimientos al azar, produciendo choques entre ellas que dan lugar a agregados de mayor tamaño en un proceso denominado coagulación.

Las partículas de tamaños comprendidos entre 1 y 10 micras tienden a formar suspensiones mecánicamente estables en el aire, por lo que reciben el nombre de «materia en suspensión», pudiendo ser trasladados a grandes distancias por la acción

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de los vientos. Las partículas mayores de 10 micras permanecen en suspensión en el aire durante períodos de tiempo relativamente cortos por lo que se las conoce como «materia sedimentable»; sus efectos son más acusados en las proximidades de las fuentes que las emiten. El tamaño de las partículas es un factor muy importante en la determinación tanto de los efectos que producen como de las áreas afectadas, ya que establece su tiempo de permanencia en la atmósfera y la facilidad con que se introducen en las vías respiratorias profundas.

La composición química varía mucho de unas partículas a otras, dependiendo fundamentalmente de su origen. Así las partículas de polvo procedentes del suelo contienen, principalmente, compuestos de calcio, aluminio y silicio. El humo procedente de la combustión del carbón, petróleo, madera y residuos domésticos contiene muchos compuestos orgánicos, al igual que los insecticidas y algunos productos procedentes de la fabricación de alimentos y de la industria química. En la combustión del carbón y gasolinas se liberan metales pesados que pasan a formar parte de las partículas liberadas a la atmósfera, generalmente en forma de óxidos metálicos.

Las partículas pueden clasificarse, atendiendo a su tamaño y composición, en:

Denominación Composición

Núcleos de Aitken Partículas con menos de 1 micra de diámetro.

Partículas medias (en suspensión)

Partículas con un diámetro comprendido entre 1 y 10 micras.

Partículas sedimentables

Partículas con diámetro superior a 10 micras.

Polvos Partículas sólidas de origen mineral o materia sólida dispersada por el aire.

Humos industriales Partículas sólidas o líquidas debidas a la volatización de metales, seguida o no de su oxidación por el aire o condensación de vapores.

Humos de combustión Humos debidos a proceso de combustión, constituidos por partículas de carbono y de hidrocarburos no quemados y cenizas volantes.

Otra posibilidad es la deposición seca, es decir, simplemente el proceso de descenso debido a la gravedad y que se vayan pegando a superficies. Otra forma es que cuando llueve se arrastran las partículas rodeadas de agua y vuelven a caer al suelo. Los aerosoles que están cerca del suelo (< 1.5 km) permanecen de medio a dos días en el aire. A medida que aumenta la altitud el tiempo de residencia aumenta también. Los aerosoles, lanzados a la estratosfera durante erupciones volcánicas, pueden permanecer de 1 a 2 años en la atmósfera. Al igual que las nubes, las partículas también influyen a la luz que atraviesa la atmósfera para llegar a la Tierra o que vuelve en forma de calor desde la Tierra. Las partículas pueden reducir la transparencia de la atmósfera.

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Transporte de los aerosoles: la contaminación se arremolina sobre el océano Atlántico hasta la costa oeste de Francia (abajo a a izquierda).

Deposición ácida

La deposición ácida es un término general que incluye más que simplemente lluvia ácida. La lluvia ácida es cualquier tipo de precipitación que contenga cantidades significativas de ácido como para tener un pH inferior a cinco. Presenta un problema regional, de área, no es un problema global. La lluvia no ácida tampoco es neutra, tiene un p H alrededor de 5,6 debido a que el CO2 de la atmósfera es algo soluble en agua dando lugar a un equilibrio con el H2CO3.

La lluvia ácida puede presentarse en forma de niebla.

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Los ácidos predominantes en la lluvia ácida son el H2SO4 y el HNO3 que son generados respectivamente por los contaminantes primarios SO2 y NOx mediante oxidantes de la atmósfera como HO·, O3, H2O2, etc. Este proceso de acidificación tiene lugar mediante:

• deposición seca: Masas de aire contaminado que se ponen en contacto directo con la superficie, se produce en las proximidades del foco emisor.

• deposición húmeda: Es un problema de contaminación de lagos, suelos, patrimonio artístico, etc, a largo plazo. Por lo que la lluvia se produce a centenares de kilómetros del foco emisor, incluso puede llegar a ser un problema transfronterizo. Hay países exportadores e importadores de lluvia ácida, Suecia y el sur de Noruega tienen mucha degradación de bosques debido a las emisiones de Inglaterra.

Sin embargo, las partículas ácidas secas también pueden separarse de la atmósfera, y los vapores ácidos pueden interactuar directamente con plantas y estructuras en la superficie de la tierra. Para ampliar este concepto allá de la lluvia ácida, utilizamos el término deposición ácida, incluyendo, de esta forma, la precipitación húmeda o seca de partículas y la captura de vapores ácidos en la superficie del planeta.

Las sustancias de origen antropogénico que contaminan el aire pueden haber sido creadas como gases o vapores, sólidos, o líquidos y pueden pasar a otros estados una vez se encuentran en la atmósfera. Por ejemplo, el dióxido de azufre (SO2) emitido como un subproducto de la quema de carbón, da lugar a la aparición de sulfato (SO4) en la atmósfera, que al combinarse con agua (H2O) produce ácido sulfúrico (H2SO4). Los óxidos de nitrógeno (por ejemplo: NO, NO2) son producidos por procesos de combustión a alta temperatura, como son los de automóviles y centrales eléctricas, y siguen un camino similar para convertirse en ácido nítrico en la atmósfera. Estas sustancias pueden separarse de la atmósfera como partículas secas o húmedas o como vapor, o pueden permanecer en la atmósfera y adherirse a partículas naturales de precipitación, cayendo luego como lluvia o nieve.

Cuando estos materiales ácidos alcanzan la superficie de la tierra pueden alojarse en las plantas o en el suelo. Muchos entran en los cuerpos de agua y pueden, eventualmente, conducir a un aumento en la acidez de arroyos, ríos, pantanos y/o lagos. En algunos casos, por ejemplo en el estado de Iowa, los suelos tienen ligeras deficiencias de algunos nutrientes, como el azufre (para una óptima producción agrícola), así que un poco de sulfuro adicional que se deposite en los suelos de Iowa, no resulta en detrimento de la producción agrícola, de hecho podría incluso tener un impacto positivo. Sin embargo, puede tener un efecto negativo si se deposita en forma de lluvia sobre las plantas o las edificaciones. El punto a resaltar aquí es que pueden identificarse efectos positivos y negativos de la precipitación ácida, dependiendo del subsistema de la atmósfera/biosfera/litosfera que se este considerando.

Los lagos y lagunas tienden a convertirse en depósitos para algunos de estos ácidos que caen con la lluvia y/o son transportados por la escorrentía superficial a estos cuerpos de agua. A veces los afluentes ácidos entran a los lagos o lagunas en periodos muy vulnerables, como por ejemplo en las temporadas de desove durante la

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primavera, cuando al derretirse la nieve se libera el material ácido que se había acumulado en ella durante el invierno.

Fuentes naturales de materiales ácidos, tales como los volcanes y el aerosol del mar, provocan que la precipitación tenga una cierta acidez normal.

El transporte atmosférico de agentes contaminantes puede ocurrir a través de distancias largas o cortas, dependiendo de la estructura y de la dinámica atmosférica. En este sentido puede ocurrir que el ambiente cercano a una planta generadora de electricidad (1 a 2 km) se vea negativamente afectado por las emisiones ácidas de esta, por ejemplo puede presentarse decoloración en las aciculas de los pinos o una disminución en las cosechas. Pero también es posible que los mecanismos de transporte de largo alcance lleven el material ácido hasta 10, 100 o más kilómetros de su origen antes de que se precipite fuera de la atmósfera

Los cursos de agua también pueden ser muy susceptibles a las consecuencias de la precipitación ácida. La entrada de los compuestos ácidos puede darse directamente desde la atmósfera, a través de la escorrentía o a través de la generación de iones de hidrógeno en la cuenca aportante. Los lagos tienen una capacidad natural de amortiguar (buffer) los cambios en el pH, especialmente si se encuentran en zonas donde la piedra caliza se combina con los iones de H para producir H2O y CO2. Aun ligeros cambios en el pH ocasionados por la entrada de lluvia o escorrentía ácida pueden provocar una disminución en la alcalinidad del lago. Sin embargo, si los iones de bicarbonato se agotan, el pH cae y prevalecen las condiciones ácidas. Durante la primavera, pueden producirse incrementos abruptos en la entrada de material ácido, ya sea al derretirse la nieve o con las fuertes lluvias del verano. Estos episodios pueden ser particularmente perjudiciales para los organismos acuáticos si coinciden con los periodos de desove.

14.2 CONTAMINACIÓN DE LOS SUELOS El suelo es un recurso natural que corresponde a la capa superior de la corteza terrestre. Allí nacen y se desarrollan las plantas que extraen de él una gran parte de su alimento. Luego, los animales y aves se alimentan de ellas y a la vez sirven de alimento a otros animales. Este proceso es conocido como cadena trófica.

Compuesto por minerales y partículas orgánicas producidas por la acción del agua y procesos de desintegración orgánica, el suelo terrestre es también el lugar donde se realiza la mayoría de las actividades del hombre. En esta capa terrestre el ser humano ha sido capaz de generar alimentos, criar animales, explotar los bosques y los minerales. Además aprendiendo las características y composición del mismo, el hombre ha desarrollado la construcción de viviendas y caminos.

Cuando en el suelo depositamos de forma voluntaria o accidental diversos productos como papel, vidrio, plástico, materia orgánica, materia fecal, solventes, plaguicidas, residuos peligrosos o sustancias radioactivas, etc., afectamos de manera directa las características físicas, químicas y de este, desencadenando con ello innumerables efectos sobre seres vivos.

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• Los plaguicidas

La población mundial ha crecido en forma abismante en estos últimos 40 a 50 años. Este aumento demográfico exige al hombre un gran desafío en relación con los recursos alimenticios, lo cual implica una utilización más intensiva de los suelos, con el fin de obtener un mayor rendimiento agrícola.

En agricultura, la gran amenaza son las plagas, y en el intento por controlarlas se han utilizado distintos productos químicos. Son los llamados plaguicidas y que representan también el principal contaminante en este ámbito, ya que no sólo afecta a los suelos sino también, además de afectar a la plaga, incide sobre otras especies. Esto se traduce en un desequilibrio, y en contaminación de los alimentos y de los animales.

Distintos tipos

Existen distintos tipos de plaguicidas y se clasifican de acuerdo a su acción.

Insecticidas: se usan para exterminar plagas de insectos. Actúan sobre larvas, huevos o insectos adultos. Uno de los insecticidas más usado es el DDT. Este insecticida puede mantenerse por 10 años o más en los suelos y no se descompone. Se ha demostrado que los insecticidas organoclorados, como es el caso del DDT, se introducen en las cadenas alimenticias y se concentran en el tejido graso de los animales. Cuanto más alto se encuentre en la cadena -es decir, más lejos de los vegetales- más concentrado estará el insecticida.

Herbicidas: son un tipo de compuesto químico que destruye la vegetación, ya que impiden el crecimiento de los vegetales en su etapa juvenil o bien ejercen una acción sobre el metabolismo de los vegetales adultos. Fungicidas: son plaguicidas que se usan para combatir el desarrollo de los hongos (fitoparásitos). Contienen azufre y cobre.

• ¿Cómo afecta la basura al suelo?

La destrucción y el deterioro del suelo son muy frecuentes en las ciudades y sus alrededores, pero se presentan en cualquier parte donde se arroje basura o sustancias contaminantes al suelo mismo, al agua o al aire.

Cuando amontonamos la basura al aire libre, ésta permanece en un mismo lugar durante mucho tiempo, parte de la basura orgánica (residuos de alimentos como cascaras de fruta, pedazos de tortilla, etc.) se fermenta, además de dar origen a mal olor y gases tóxicos, al filtrarse a través del suelo en especial cuando éste es permeable, (deja pasar los líquidos) contamina con hongos, bacteria, y otros microorganismos patógenos (productores de enfermedades), no sólo ese suelo, sino también las aguas superficiales y las subterráneas que están en contacto con él, interrumpiendo los ciclos biogeoquímicos y contaminado las cadenas alimenticias.

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Causas de la contaminación del suelo

La mayoría de los procesos de pérdida y degradación del suelo son originados por la falta de planificación y el descuido de los seres humanos. Las causas más comunes de dichos procesos son:

• Erosión

La erosión corresponde al arrastre de las partículas y las formas de vida que conforman el suelo por medio del agua (erosión hídrica) y el aire (erosión eólica). Generalmente esto se produce por la intervención humana debido a las malas técnicas de riego (inundación, riego en pendiente) y la extracción descuidada y a destajo de la cubierta vegetal (sobrepastoreo, tala indiscriminada y quema de la vegetación).

• Contaminación

La contaminación de los suelos se produce por la depositación de sustancias químicas y basuras. Las primeras pueden ser de tipo industrial o domésticas, ya sea a través de residuos líquidos, como las aguas servidas de las viviendas, o por contaminación atmosférica, debido al material particulado que luego cae sobre el suelo.

• Compactación

La compactación es generada por el paso de animales, personas o vehículos, lo que hace desaparecer las pequeñas cavernas o poros donde existe abundante microfauna y microflora.

• Expansión urbana

El crecimiento horizontal de las ciudades es uno de los factores más importantes en la pérdida de suelos. La construcción en altura es una de las alternativas para reducir el daño.

• Elementos Descargados por las Actividades Mineras

Las substancias descargadas por la minería entran en un proceso de reciclaje ambiental, dominado por la dinámica del ambiente receptor, y en algún momento tendrán que llegar obligatoriamente a los suelos, donde tenderán a ser acumulados. Si

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la descarga persiste el tiempo suficiente, se podrían exceder los umbrales de seguridad ambiental. Los elementos metálicos emitidos son llamados metales pesados, que son todos aquellos con densidad igual o mayor a 5g/cc. El concepto abarca 60 elementos, de casi todos los grupos del sistema periódico, muy diversos y algunos de síntesis artificial; sin embargo, excluye elementos no metálicos y/o de densidad menor, como el selenio, molibdeno y arsénico, que son contaminantes, térmicos tales como elementos traza o microelementos, a pesar de no tener especificidad química, por lo menos restringen el grupo a elementos de síntesis natural en la litosfera en baja concentración.

Independiente del término empleado, lo importante es que las descargas mineras aportan al ambiente una carga adicional de elementos persistentes y con alto potencial tóxico, muchos de ellos biomagnificables y con largos tiempos de residencia en los suelos. Para un ambiente dado, el impacto de esta contaminación, medido por la magnitud e irreversibilidad de los daños, extensión de superficie afectada e instantaneidad de emergencia, es función del elemento y del estilo de descarga. La respuesta de una especie vegetal en un suelo, a la disponibilidad creciente de un elemento esencial, puede describirse por las siguientes cinco zonas indicadas .

• A : ausencia de la especie, por disponibilidad del metal bajo el límite crítico de subsistencia (Lcsb);

• B : desarrollo poblacional deficiente (individuos mal desarrollados, densidad poblacional baja o distribución irregular), entre los límites críticos de subsistencia (Lcsb) y se suficiencia (Lcsf);

• C : tolerancia y desarrollo óptimo de la población, entre el límite de suficiencia (Lcsf) y el máximo de tolerancia (LMT);

• D : desarrollo poblacional deficiente (similar a B), entre el límite máximo de tolerancia (LMT) y el límite de letalidad (LLE), y

• E : ausencia de la especie (similar a A) sobre el límite de letalidad (LLE).

El grupo de límites críticos será específico para cada trío elemento-especie-suelo, reflejando la cuantía en que el elemento es requerido, su potencial tóxico, la sensibilidad de la especie afectada y la capacidad tampón a ese elemento, que posee el suelo donde se produce el contacto elemento-planta. La evaluación de un proceso de aportes de metales es muy compleja, ya que las respuestas vegetales no siempre son coherentes. Algunas especies son tolerantes selectivas, es decir, tolerantes a unos elementos y sensibles a otros. Otras presentan exclusividad en sus respuestas, siendo siempre tolerantes, semitolerantes o sensibles. La respuesta de una especie no debe verse a nivel de individuo sino poblacional, ya que puede existir una amplia variación en la sensibilidad individual al contaminante. Como ejemplo del potencial tóxico expresado por un elemento frente a una especie, una experiencia nacional de cultivo de alfalfa en diferentes suelos del país dio un LMT de cobre variable desde 1.600 mg/kg a 100 mg/kg. En general, la toxicidad del cobre fue reducida por la concurrencia de al menos una de las siguientes condiciones: una abundante fracción arcilla dominada por minerales, una abundante fracción orgánica y una abundante dotación de calcio. Estos resultados concuerdan con los obtenidos en otros países. En términos generales, la biomagnificación tiene una relación inversa con la

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esencialidad del elemento. Los elementos no esenciales tienden a ser absorbidos por vía pasiva en función a su disponibilidad en el suelo, mientras los no esenciales son absorbidos activamente.

14.3 CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS

El agua es un elemento vital para todos los seres vivos. Sin embargo -al igual que en el caso de la contaminación atmosférica-, el progreso y los avances logrados por el hombre han llevado a producir desechos, muchos de los cuales llegan hasta el agua.

La contaminación del agua se produce cuando este vital elemento ha perdido las condiciones naturales, por lo tanto, ya no reúne las características de su estado natural.

Como resultado de la contaminación, el agua ha sufrido cambios en su color y composición, producto de la cantidad de suciedad que llega a ella (desechos de los hogares, detergentes, petróleo, pesticidas y desechos nucleares). Estos desechos alteran su sabor, densidad, pureza, etcétera.

Existen diferentes contaminantes del agua. Algunas de ellas son las aguas residuales y los residuos provenientes de las industrias.

Aguas residuales

Son aquellas aguas que trasladan desechos domésticos de la ciudad. La existencia de un mayor número de casas habitaciones, implica un mayor número de personas, lo cual genera un volumen más alto de aguas residuales que transportan materia orgánica de desechos, abundante en fosfato.

En las aguas existen bacterias cuya función es degradar los desechos; cuando estos son moderados, las bacterias son capaces de desintegrarlos sin dificultad. En cambio, cuando los volúmenes de desechos aumentan, las bacterias no son capaces de realizar su trabajo y las aguas se enturbian lentamente. Esto conlleva que disminuya la luz, las algas no puedan realizar la fotosíntesis, lo que -a su vez- trae como consecuencia la muerte de muchos peces y algas. Por falta de oxígeno, estos organismos comienzan a descomponerse, se van al fondo y se va formando una espesa capa de material orgánico en fermentación, incompatible con la vida de los seres vivos acuáticos.

Otro factor contaminante de las aguas residuales es la presencia de parásitos, bacterias y virus. Lo peligroso es que, si esta agua que forma parte de un río o canal, es usada para regadío. De este modo, dichos microorganismos se depositan en los alimentos que consumimos.

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Residuos provenientes de industrias

Las aguas que arrastran residuos de industrias son portadoras de un gran número y diversidad de agentes contaminantes. Algunos de estos son:

• Residuos de detergentes (espuma): estos son eliminados y se integran a las aguas de los ríos, donde pueden destruir muchos tipos de vida acuática.

• Residuos minerales y sales metálicas: estos desechos pueden llegar a ser

agentes contaminantes en los ríos y provocar grandes daños en la distribución y cantidad de flora y fauna. Su presencia en las aguas de los mares, hace que los contaminantes se concentran en algunas especies que viven en el lugar, sin provocarles la muerte. Pero los residuos tóxicos pueden llegar al hombre, si este consume dichos organismos.

• Derivados del petróleo: estos residuos tienen distintas fuentes y llegan a las

aguas de maneras diferentes. Por ejemplo: el agua de las lluvias lava las calles y arrastra restos de alquitrán, aceites y combustibles, los cuales finalmente van a parar a los ríos. Los residuos van formando una delgada o gruesa película y de ésta se van desprendiendo ciertas sustancias tóxicas las cuales van intoxicando el plancton, peces y los diversos organismos acuáticos. En los casos en que el petróleo es eliminado en grandes cantidades en forma accidental o no, por los barcos, se forma una densa capa sobre las aguas, llamada marea negra. Dicha capa impide la oxigenación de las aguas y nuevamente se produce la destrucción.

• Productos agrícolas: constituidos por los residuos de los animales y ciertos

compuestos químicos, que son usados como plaguicidas y fertilizantes. Cuando este tipo de sustancias se usan descontroladamente, se puede llegar a destruir cierto tipo de animales y vegetales, rompiendo el equilibrio natural y perjudicando mucho a los animales superiores. Este tipo de contaminante se va depositando en el organismo humano, y en algunos casos no provoca la muerte, pero sí mal formaciones, poco desarrollo, etcétera.

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15. LA MEDICIÓN DE CONTAMINANTES

Los componentes de un sistema de monitoreo de la contaminación del aire incluyen la recolección o muestreo de contaminantes del aire ambiental y de fuentes específicas; el análisis o medición de la concentración de los contaminantes; y la notificación y uso de la información recopilada.

La elección del método específico de análisis depende de un número de factores, siendo los más importantes las características químicas del contaminante y su estado físico -sólido, líquido o gaseoso. Los métodos de referencia se diseñan para determinar la concentración de un contaminante en una muestra. La concentración se expresa en términos de masa por unidad de volumen, usualmente en microgramos por metro cúbico.

La recolección de la muestra puede realizarse mediante técnicas manuales o automáticas. Uno de los métodos para la medición del material particulado es emplear principios gravimétricos.

La absorción atómica se usa para medir el plomo. Después que se recolectan las partículas de plomo mediante métodos gravimétricos, el plomo se extrae de la muestra mediante ácidos. En el proceso de absorción atómica, el plomo absorbe pequeñas cantidades de radiación. La radiación emitida por la muestra permite conocer la cantidad de átomos de plomo en la muestra.

Los contaminantes gaseosos se pueden medir con diversos métodos. Las técnicas más comunes son la espectrofotometría, quimiluminiscencia de fase gaseosa e ionización de llama.

La espectrofotometría se basa en principios colorimétricos y comúnmente se usa para medir la concentración de dióxido de azufre. En este proceso, los colorantes y productos químicos se combinan con una solución que contiene dióxido de azufre. El color de la solución da lugar a diferentes cantidades de luz absorbida. La cantidad de luz absorbida, medida con un espectrofotómetro, indica la cantidad presente de dióxido de azufre.

La quimiluminiscencia de fase gaseosa es un método para medir el ozono. En este método, por reacción química con etileno, el ozono emite luz y esa luz se mide con un tubo fotomultiplicador. La cantidad de luz indica la cantidad presente de ozono.

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En la ionización de llama se quema la muestra de aire gaseoso con una pequeña llama de hidrógeno. El número de iones o electrones que se forma es proporcional al número de átomos de carbono que se encuentra en la muestra y se cuenta electrónicamente. Esta técnica puede usarse para medir los compuestos orgánicos volátiles (hidrocarburos). Como este método también detecta los carbonos en el metano, un gas relativamente inofensivo que se encuentra naturalmente en la atmósfera, se deben realizar correcciones para justificar su presencia.

15.1 CONTAMINACIÓN DE FANGOS, FERTILIZANTES, PLANTAS

• Fangos

Es un lodo glutinoso que se forma generalmente con los sedimentos térreos en los sitios donde hay agua detenida. |

"Eutrofización" es el enriquecimiento de las aguas superficiales con nutrientes para las plantas. Si bien la eutrofización se produce en forma natural, normalmente está asociada a fuentes antropogénicas de nutrientes. El "estado trófico" de los lagos es un concepto fundamental en la ordenación de los mismos. Significa la relación entre el estado de nutrientes en un lago y el crecimiento de la materia orgánica en el mismo. Eutrofización es el proceso de cambio de un estado trófico a otro de nivel superior por adición de nutrientes. La agricultura es uno de los factores principales de eutrofización de las aguas superficiales.

La secuencia de estados tróficos se da desde oligotróficos (con bajo nivel de nutrientes) hasta hipertróficos (con gran abundancia de nutrientes).

Aunque tanto el nitrógeno como el fósforo contribuyen a la eutrofización, la clasificación del estado trófico normalmente se basa en el nutriente que representa una limitación. En la mayor parte de los casos, el factor de limitación es el fósforo.

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Relación entre niveles tróficos y características de los lagos (Adaptado de Janus y Vollenweider, 1981)

Estado trófico

Materia orgánica mg/m3

Promedio total de fósforo1 mg/m3

Máximo de clorofila1 mg/m3

Profundidad de Secchi1 m

Oligotrófico bajo 8,0 4,2 9,9 ¯ Mesotrófico medio 26,7 16,1 4,2 ¯ Eutrófico alto 84,4 42,6 2,45 ¯ Hipertrófico muy alto 750-1200 0,4-0,5

Fertilizantes minerales Debido al aumento de la población se ha aumentado la agricultura y se ha mejorado. Se ha desequilibrado el empleo de fertilizantes y fitosanitarios. El empleo de fertilizantes lleva a efectos negativos sobre el medio ambiente, sobre todo: • Cambios en el tipo y estructura de la vegetación natural. • Modifica, altera y cambia la composición química de las aguas: eutrofización. • Acidificación de suelos y aguas. • Producción de NOx. Los fertilizantes inorgánicos con mayor repercusión son: nitratos, sulfatos y fosfatos, y son productos de síntesis. Los fosfatos provienen de depósitos naturales a través de procesos de sedimentación. En el Sahara hay gran cantidad de depósitos fosfóricos, y otra fuente es el guano. Son muy insolubles, pero se tratan y se facilita su solubilización, pero tienen contaminantes como metales pesados como Cd y otros radiactivos como uranio, radio. Los nitratos contaminan el agua son muy solubles, se lavan y se arrastran muy fácilmente. No se van solos sino que se acompañan de un catión (Ca, Mg, K) con lo que esta pérdida de cationes lleva a una acidificación del suelo.

• Plantas

Las plantas muestran una especial sensibilidad a la mayor parte de los contaminantes del aire, y sufren daños significativos a concentraciones mucho más bajas que las necesarias para causar efectos perjudiciales sobre la salud humana y animal.

Las funciones metabólicas y los tejidos vegetales se pueden ver afectados como consecuencia de la acción de gases como el anhídrido sulfuroso, el monóxido de carbono y los compuestos de flúor. Los daños causados se manifiestan en forma de necrosis foliar en áreas localizadas que presentan un color marrón-rojizo-blanco, de

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clorosis, adquiriendo el tejido una coloración verde pálida o amarilla, o por la aparición de manchas puntuales necróticas. Si la acción del contaminante es muy fuerte puede llegar a paralizar el crecimiento de la planta.

Los daños producidos por el SO2 a las plantas obedecen a la exposición a altas concentraciones durante períodos cortos; o por la exposición a concentraciones relativamente bajas durante largos períodos

Las brumas de ácido sulfúrico, causadas por la presencia en el aire de los óxidos de azufre, producen daños en las hojas, caracterizados por la aparición de manchas producidas por las gotas de ácido depositadas sobre las hojas humedecidas por el rocío o la niebla.

El flúor y sus derivados son contaminantes del aire que se caracterizan por ser tóxicos en general para las plantas a muy pequeñas concentraciones. La sensibilidad de las plantas a la acción del flúor varía, como en el caso del SO2, según las especies y las condiciones del medio, siendo especialmente sensibles a este contaminante las viñas y las plantaciones frutales, especialmente las de frutos con hueso (como el melocotón o durazno).

15.2 LLUVIA ÁCIDA

Se denomina lluvia ácida al retorno a la superficie terrestre, mediante cualquier tipo de precipitación, de los ácidos disueltos en agua originados por contaminantes primarios, descargados a la atmósfera por determinadas actividades humanas, como el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NOx) al reaccionar en un proceso de transformación fotoquímica con determinados componentes atmosféricos (oxígeno, vapor de agua) durante su permanencia en la atmósfera.

La lluvia ácida se identifica mediante la concentración de iones hidrógeno (H+) presentes en el medio (expresada como pH; pH = Log (concentración H+). Cuanto mayor sea dicha concentración, menor será el valor del pH y mayor será su acidez.

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Las precipitaciones naturales tienen un valor de pH que oscila entre 5 y 6,4. Se considera que una precipitación (lluvia, niebla, rocío, nieve) es ácida cuando sus valores de pH son inferiores a 5,6 (valor del agua pura en equilibrio con el CO2 atmosférico).

Origen de la Contaminación Atmosférica con Azufre

Son compuestos transitorios del estado de oxidación del azufre: el sulfuro de hidrógeno H2S, el dióxido de azufre SO2, y el trióxido de azufre SO3. El SO2, se combina rápidamente con el agua para formar ácido sulfúrico SO4H2.

Natural: Su fuente principal son las superficies pantanosas, albuferas y marismas por la descomposición bacterial de la materia orgánica y por la combustión.

Antropogénica: El SO2 procedente de las industrias por la combustión de los combustibles con presencia de azufre, constituye uno de los principales problemas ambientales de las zonas industriales.

Procesos de Transformación del SO2 y Nox

• SO2: Se forman por la combustión del S presente en el carbón y el petróleo, en porcentajes que varían entre un 0,1 y un 5%, obteniéndose SO2 y SO3 en una proporción que va de 40:1 a 80:1, respectivamente. El SO2 es un gas incoloro que resulta irritante si su concentración es superior a 3 ppm. El SO2 puede formar SO3 en la atmósfera por la acción fotoquímica, así como por catálisis de las partículas en suspensión. Los SOx forman con la humedad ambiente entre el 5 y el 20% de los aerosoles urbanos, incrementando el poder corrosivo de la atmósfera, disminuyendo la visibilidad y provocando la lluvia ácida.

• NOx: De los más de ocho óxidos distintos que forman esta familia, tres son los que están en el aire en cantidades apreciables, N2O (óxido nitroso), NO (óxido nítrico) y NO2. El N2O es un gas inerte de carácter anestésico que contribuye al efecto invernadero (absorbe 200 veces más radiación infrarroja que el CO2) y afecta a la

Procesos industriales Industriales

Instalaciones fijas de combustión Focos fijos

Domésticos Instalaciones de calefacción

Vehículos automóviles

Aeronaves Focos móviles

Buques

Aglomeraciones industriales Focos compuestos

Áreas urbanas

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destrucción de la capa de ozono, incrementándose la presencia del mismo en la atmósfera como consecuencia de las emisiones procedentes de la descomposición de materia orgánica nitrogenada (nitrificación/desnitrifación), alcanzando unos niveles en el aire de 0,50 ppm. El NO es un gas incoloro e inodoro, tóxico a altas concentraciones y presente en el aire en menos de 0,50 ppm. Aunque a baja concentración su tolerancia por los seres vivos es aceptable, sin embargo es un precursor del NO2 y por tanto responsable en parte de la contaminación fotoquímica. Su tolerancia biológica es similar al NO aunque se desconocen sus efectos sobre la salud humana.

El retorno a la superficie terrestre de estas sustancias y sus derivados ocurre de dos formas:

1. Deposición seca: Normalmente ocurre a pocos kilómetros del foco emisor. Consiste en el retorno de los óxidos de azufre y de nitrógeno en forma gaseosa o de aerosoles (dispersiones de sustancias sólidas o líquidas en el aire con un tamaño que generalmente oscila entre 10-1 µm y 10 µm).

2. Deposición húmeda: Suele producirse tras el desplazamiento de los contaminantes primarios a zonas bastante alejadas del foco emisor, siguiendo la dirección de los vientos dominantes. Durante el transporte de estas sustancias, si entran en contacto con zonas de la atmósfera con alta humedad, se produce su oxidación, que sigue al parecer dos etapas:

Acidificación

Se refiere a la reducción del pH de algo, volviéndolo más ácido ya sea el agua o suelos.

La contaminación atmosférica afecta el medio ambiente directa e indirectamente. Es así que cuando en la atmósfera se presentan altas concentraciones de óxidos nitrógeno o dióxido de azufre, los mismos afectan directamente tanto a los seres vivos como también a otro tipo de materiales.

Puede suceder que los contaminantes antes mencionados reaccionen formando ácidos sulfúrico y nítrico (indirecto), los cuales son arrastrados por los vientos antes de descender en lluvias y nevadas. Así es entonces que las aguas y los suelos se vuelven ácidos a grandes distancias de las fuentes de emisión de los contaminantes.

La magnitud de la acidificación depende de dos factores: • de la magnitud que de dichos contaminantes desciende en las lluvias. • de la resistencia que tanto el agua como el suelo ofrezcan a dicha acidificación. La lluvia ácida afecta a todos los sistemas ambientales. Produce efectos en la Sociosfera y en la Tecnosfera: las construcciones humanas en general, los edificios singulares, las pinturas, los productos metálicos (corrosión), etc. y a los propios seres humanos (efectos sobre la salud). También afecta a la Atmósfera (en el proceso fotoquímico de transformación del SO2 y los NOx en ácidos se forma ozono) y a la Hidrosfera (acidificando lagos y humedales y alterando los sistemas acuáticos). La

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Biosfera y la Geosfera también sufren los efectos de la acidificación producida por las precipitaciones ácidas (debilitamiento y muerte de los bosques y acidificación del suelo). Prevenciones aplicadas al plomo

Entre los metales emitidos a la atmósfera con mayor incidencia tenemos: el plomo, el cadmio, el níquel, el hierro, el mercurio, el cromo, el cobre, el manganesio y el arsénico. El más importante y el que más abunda en la atmósfera es el plomo. Proviene principalmente de lo que se incluye en la gasolina de los automóviles como antidetonante. Este fenómeno de contaminación se está reduciendo notablemente con el uso de vehículos que utilizan gasolina sin plomo. Todos estos metales tienen características tóxicas y se acumulan en los tejidos de los organismos, donde pueden alcanzar concentraciones notables.

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16. MÉTODOS GEOQUÍMICOS Y HERRAMIENTAS EN LA EXPLORACIÓN PETROLERA En el pasado, se han hecho muchos esfuerzos al estudiar los reservorios y estructuras, es decir encontrar trampas, pero muy poco el entender por qué algunas trampas estaban secas mientras otros tenían producción del hidrocarburo. Fue al inicio del 70 que los estudios de geoquímica sistemática empezaron a ser usados rutinariamente. Treinta años después, la geoquímica orgánica es aceptada como uno de los ingredientes más críticos en la apreciación del potencial de petróleo de una cuenca. La contribución de la geoquímica orgánica en la exploración de petróleo incluye tres aspectos principales, estimación de la fuente en la roca, el análisis de ocurrencias del hidrocarburo y la comparación entre la materia orgánica de la roca fuente y composición del oil/gas. La apreciación de la roca fuente involucra la identificación de capas y su evaluación en términos de espesor y potencial de petróleo, y con la ayuda de datos sísmicos, la valoración de su madurez termal a lo largo del estado de una cuenca. Esta apreciación permite a la geología identificar áreas donde el aceite y gas de hidrocarburos se han generado, y para determinar el tiempo de generación del hidrocarburo. Además, usando la paleogeometría se pueden rastrear los caminos de migración, también se puede entender los procesos de entrampamiento con la información disponible del reservorio, la distribución de la roca sello sobre las trampas estratigráficas o estructurales existentes. Las características de la roca fuente son actualmente moderadas por análisis simples que se llaman a menudo "screening analyses". Se usan análisis más sofisticados cuando es necesario confirmar los resultados del "screening analyses" y obtener información más detallada. Básicamente, los "screening analyses" se hacen en muestras de rocas, o en soluble (betún) o la materia orgánica insoluble (kerogen). Los análisis de hidrocarburos, tanto de aceite y acumulaciones de gas, se obtienen de las muestras observadas al taladrar los pozos, de los biomarcadores que son específicos de cualquier especie animal o vegetal conocido (bacterias, algas, plantas, etc.), o ya sea de los derivados de un ambiente bien definido (agua salina, fresca, deltaico). Estos análisis también permiten agrupar a los hidrocarburos en familias de origen común. La comparación de los extractos de la roca fuente y la composición química del petróleo detallada, los biomarcadores y los isótopos estables son usados para establecer la relación genética entre la roca fuente y sus hidrocarburos derivados.

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16.1 ESTIMACIÓN DE LA ROCA FUENTE Uno de los primeros deberes de un geólogo de petróleo es acceder las capas de roca fuente lo cual significa que la columna sedimentaria debe ser bien estudiada y analizada en los afloramientos en la superficie y pozos. Sin embargo, esto no siempre es tan simple como puede parecer porque la sección sedimentaria de los afloramientos y los pozos no son necesariamente representativos de todos los sedimentos que existen en una cuenca. A menudo no se taladran las partes más profundas de una cuenca. Debe recordarse, por ejemplo, que en depresiones intracratónicas, la calidad de la roca fuente se depositan preferencialmente en el ambiente de energía más bajo y la mayoría de las áreas anóxicas que generalmente corresponden a la parte más profunda de la cuenca. En sistemas del semi-graben, se localizan a menudo pozos encima del horsts donde la sucesión del synrift no puede estar presente como lo mostrado en Fig. 16.1.

Fig. 16.1 - Ejemplo de Rift relacionado al ambiente Ejemplo tomado al SE Asia (offshore), el pozo(A) penetró el basamento casi por debajo de los sedimentos del Mioceno post-rift, (B) perforó el post-hrift y sólo la parte superior de la secuencia synrift. Ninguno de estos pozos penetró la única roca fuente de la cuenca, datado como Eoceno Temprano. Una simple, pero quizás una de las más importantes manifestaciones a ser tenidos en cuenta al evaluar una cuenca, es que ninguna estimación de la roca fuente puede hacerse sin una buena cobertura sísmico para toda la cuenca. La facies también puede cambiar rápidamente. Para ser representativas de la distribución de facies de la roca fuente, deben colocarse pozos en todas las partes de la cuenca. El ejemplo de la Fig. 16.2 ilustra el rápido cambio de facies que va desde una facie delgada dominantemente orgánica localizada a una altura hasta una roca fuente prolífica anoxica localizada en una depresión.

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Fig. 16.2 - el Ejemplo de rápido cambio de facies orgánica. Ejemplo de las Colinas de Zagros de Irán. El afloramiento de Kuh-e-Mish (1) localizado a 15 km ENE del campo de Gachsaran corresponde a una área que permanecía positivo durante el Cretácico y el Eoceno; aquí la Fm Albian Kaahdumi es oxidada con la excepción de sólo 30 m de lutitas orgánicas. En Gachsaran (2) y Mansuri (3), localizados en la depresión de Pre-Zagros, 300 m son de facies anoxicas con TOCs que varía de 1 a 10%. Similares observaciones pueden hacerse para la Fm Pabdeh de edad Eocénica. Una vez que la secuencia estratigráfica completa esta disponible desde los pozos y los afloramientos, la información geoquímica representativa debe obtenerse. Esto implica que el pozo adaptado a las herramientas analíticas están disponibles y que la muestra de roca es adecuada. Para la estimación de la roca fuente, las herramientas analíticas deben ser bastante simples para permitir analizar automáticamente grandes números de muestras a bajo costo. El tratamiento de los resultados por computadora les permite ser interpretado. Los "screening analyses" son realizados directamente sobre las muestras de roca. Los screening analyses" pueden contestar preguntas como: a) Es una roca una fuente potencial o una fuente eficaz? b) Qué tipo de materia orgánica contiene (alga lacustre tipo I, marino tipo II o

deltaico tipo III)? c) Que es potencial remanente? d) Que es un estado de evolución termal de la muestra? Estos métodos suelen dar resultados bastante rápidos para ayudar en la toma de decisiones tal como para detener una perforación de un pozo o incluso la exploración de una cuenca.

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Teóricamente, los "screening analyses" pueden llevarse a cabo sistemáticamente sobre todas las muestras. En la práctica, pueden complicarse porque a menudo son contaminados por lodos-aditivos y la perdida de la Circulación de Material (LCM). Cuando los cortes son contaminados, el hand-picking de cortes representativos y quizás con un solvente orgánico debe haberse llevado fuera del "screening analices”. 16.2 VALORACIÓN DE LA MADUREZ Una vez los intervalos de la roca fuente son conocidos, el próximo problema a evaluar es de medir la madurez de éstas rocas a lo largo de la cuenca. Los parámetros de madurez son medidos por screening tools como el Tmax del Rock-Eval, y es complementado por medidas ópticas (reflectancia dela Vitrinita, índice de alteración termal, la fluorescencia) y estereoisomeros. Cuando las secuencias estratigráficas de pozos/afloramientos son propiamente datados por micropaleontología/palinología, otros métodos, “Bureal profíles” (perfiles del entierro) se establecen. Modelos 1-D simples los que pueden ser considerados como "screening models" , basados en la ecuación de Arrhenius y usando un rango de activación de energías de para cada tipo de kerogeno le permite al geólogo calcular una historia de flujo de calor para cada pozo compatible con los valores medibles de índices termal y la información geológica en la cuenca. Una vez se asume que el heatflow es satisfactorio, entonces el mismo modelado puede aplicarse para la parte más profunda de la cuenca, usando la información sísmica (Fig. 1-3). Una vez más una buena cobertura sísmica bueno es necesario para encontrar las áreas donde las rocas fuente son maduras.

Fig. 16.3 - Comparación entre la madurez de una roca reservorio medida en un pozo y modelada para una parte no perforada de la cuenca usando datos sísmicos. En este ejemplo, la roca reservorio (Eocenica) no ha alcanzado la ventana de aceite en pozo (l) localizado sobre la plataforma, mientras en (2), un modelo 1-D calcula que la misma roca reservorio alcanzó la ventana de aceite, es decir en el Mioceno Temprano, hace 23 Ma y la ventana de gas hace 11 Ma durante el Mioceno tardío.

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Note la influencia del apaciguamiento rápido durante el Pliocene que provoca el ahondando del aceite y ventana de gas que se calculan para estar respectivamente a 5900 y 7900 m. 16.3 APRECIACIÓN GLOBAL DE LOS "SCREENING METHODS" Los siguientes "screening models" son descritos a continuación en el capitulo II-2: .

1. Medidas de TOC (Leco, Carmhograph, Rock-Eval). 2. Rock-Eval pirólisis que le permite a uno evaluar el potencia de petróleo en la

roca reservorio, el tipo de materia orgánica y su evolución termal (método de Tmax).

3. Extracción termal combinada el y cromatografía de pirolisis de gas que dan un análisis detallado de hidrocarburos presentes en una muestra de roca, y del hidrocarburos a ser generado (obtenido por la pirólisis de kerogeno).

4. Análisis del gorro de gas que caracteriza a la fuente dentro de la ventanas oil/gas; esto permite la comparación de gas que viene de la fuente con aquéllos presentes en el barro taladrado.

Estos "screening methods" y las herramientas del modelado simples evalúan la distribución de la roca reservorio y su madurez satisfactoriamente a lo largo de una cuenca, asumiendo datos sísmicos disponible. Ellos también proporcionan una buena indicación de la naturaleza de los hidrocarburos generada. La estimación Semi-cuantitativa de la cantidad de petróleo generada también puede obtenerse usando fuentes potenciales y proporciones de transformación. Otro problema importante es de escoger un práctico cut-offs, es decir los valores de parámetros orgánicos. 16.4 OTROS MÉTODOS GEOQUÍMICOS Una vez protegidos los análisis de la muestras de roca se ha realizado sistemáticamente e interpretado las preguntas específicas que normalmente aparecen en el curso de una exploración de una cuenca que requirió el uso de análisis más sofisticados, algunos llevados a cabo en las muestras de rocas, kerogeno o betún, o en el aceite y muestras de gas. Estos métodos sofisticados se necesitan para: 1. Para cruzar y chequear la información disponible como ambiente de deposición, tipo de roca reservorio o el índice de madurez. 2. Para obtener información más detallada sobre la composición química compleja de la materia orgánica y para determinar sus parámetros cinéticos a ser usados para el modelado. 3. Comparar la materia orgánica de la fuente y aceite/gas acumulados

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1. Se usan métodos ópticos casi sistemáticamente completo para determinar el tipo de materia orgánica y ambiente de deposición (palinofacies) y también para cuantificar su evolución termal. Ellos incluyen:

(a) Reflectancia de macerales, principalmente de vitrinita como una herramienta eficaz para medir la madurez de carbón y se aplicó pronto al kerogeno.

(b) El Índice de Alteración Termal (TAI) es basado en el color de esporas y

polen que varían de dorado amarillo para las rocas inmaduras, al negro para el rocas s del maduras.

(c) la Fluorescencia de la materia orgánica en la que depende su evolución termal y sobre todo revela el principio de la generación de aceite para un tipo particular de componente orgánico.

2. Las composiciones del isótopo estable (carbono, hidrógeno, el azufre) da información del tipo de materia orgánica y a veces es una herramienta excelente para poner en correlación extractos de la roca . 3. Los análisis elementales: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y volúmenes de azufre represente en la materia orgánica es útil para identificar su origen y su evolución termal. 4. el infrarrojo y espectros de NMR caracterizan estructuras químicas mostrando grupos funcionales y a alguna magnitud los resultados confirman de elemental análisis. La aplicación de la geoquímica orgánica en la apreciación del petróleo potencial de una cuenca: 1. Wireline logs son una guía excelente para la apreciación de capas orgánicas ricas por probar y tomar SWCs, es útil para la interpolación entre muestras analizadas. 2. Termómetros minerales que son esencial para saber índices de la maduración e información sobre eventos termales paroxismales relacionado a las fases del orogénica/volcánica. Los análisis fueron llevados a cabo en betún extraído de las rocas fuente y las muestras de aceite crudas se describe. El betún es sumamente rico en información química relacionada al ambiente del reservorio y en marcadores moleculares que dan testimonio a los progenitores biológicos específicos de la materia orgánica (biomarcadores). Se encontraron biomarcadores como herramienta poderosa para los reservorio correlacionando Gas y usando Cromatografia (GC) y Cromatografía de Gas acoplado con la Espectrometría de Masa (GC-MS), el inventario de moléculas orgánicas complejas en aumento está progresando rápidamente y su origen y el hábitat está estableciéndose sistemáticamente. Un procedimiento analítico para el estudio de piedra de fuente y correlación entre la fuente mece y aceite y se da gas en Fig. 16.4.

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SEISMIC MUDLOG ROCK SAMPLES OIL/GAS Field samples Cuttings SWCs

Lithology Fauna Energy Eh

Cores i > * * *

* *

*

WIRE LINE LOGS

TOC ROCK-EVAL

HEAD SPACE ^ GAS

GAS COMPOSITION

Tectonic Setting -Grabens -Intra Cratonic basin -Margins Seismic Stratigraphy -Eustatic cycles

1 roc LOGS

_______ * * TEXTRACTIBLE! r» 1ATROSCAN

FRACTIO-NATION

* *

THERMAL EXTRACT PYRO CHROMATO » GC

* * *

"»»»»»»

»» »•»» *

OPTICAL METHODS

EXTRACTION

> • * *i i • I :**

REMOVING OF ROCK MATRIX

STABLE ISOTOPES

»•>•»•»(

STABLE ISOTOPES

ELEMENTAL COMPOSITION

PALYNOFACIES MACEFtALS REFLECTANCE FLUORESCENCE L

SPECTROSCOP. METHODS

^SPECTRoT1 METHODS

ON ROCK SAMPLES ENV. OF DEPOSITION PALEOBATHYMETRY ENERGY * MINERAL PALEO THERMO METERS

GAS CHROMATOGRAPHY GC MS

GC GC-MS BIOMARKERS STEREOISOMERS

* * * Routing analyses on all samples * * Analyses on selected samples >*> Correlations * Additional methods

BIOMARKERS STEREO-ISOMERS

Fig. 16.4 - el procedimiento Analítico para el estudio de la roca madre. Algunos métodos, como Rock-Eval y pirocromatografia se usan a menudo en el sitio del pozo. Ellos también permiten la deteccion de la migración de hidrocarburos, y de polución debido a taladrar aditivos.

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Los modelos Monodimencionales simples (1-D) que se usan en las computadoras personales están disponibles en el mercado y son usados extensivamente por geólogos. Estos modelos calibrados de los pozos permiten el cálculo de los parámetros de la maduración, el tiempo del principio y de la cresta de la ventana de aceite, y el principio de la ventana de gas. Los modelos 2-D integrados más sofisticados también están disponibles. Sin embargo debido a su complejidad, ellos necesitan a las computadoras poderosas y deben ser usados por especialistas en institutos de la investigación y en compañías petroleras grandes. Estos modelos integrados deben tener en cuenta el agrietamiento primario y secundario. La parte relativa de estos dos procesos realmente no se conoce cuando depende de la proximidad relativa entre la roca madre y reservorio, fracturamiento, etc. Por consiguiente ellos son considerados como herramientas cualitativas o semi-cuantitativas. Es más, la geología y geofísica del área estudiada necesita ser bien conocida antes del modelamiento.

16.5 EXPLORACIÓN GEOQUÍMICA DE SUPERFICIE PARA PETRÓLEO Y GAS: NUEVA VIDA PARA UNA TECNOLOGÍA ANTIGUA

Beneficios:

• Determinación directa de hidrocarburos. • Resalta el potencial hidrocarburífero de una cuenca, previo a una

concesión.

Asunciones:

• Existencia de Microafloramientos de hidrocarburos. • La fuga de hidrocarburos produce cambios en el ambiente próximo a la

superficie. Estos cambios pueden ser detectados y mapeados. • La Anomalía en superficie, representa al yacimiento en profundidad. • Las bacterias utilizan gases como el propano, butano o metano como

fuente de energía.

Existan unas bacterias oxidantes de hidrocarburos, las cuales metabolizan y destruyen los hidrocarburos cuando llegan a la superficie, también forman minerales y convierten los hidrocarburos en alcoholes, ácidos o dióxido de carbono.

A mayor profundidad se producen bacterias anaeróbicas, las cuales son reductoras.

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Características de las Microfugas

• Relevamientos Geoquímicos. • Son de compleja distribución. • Son predominantemente verticales. • La fuga de gases a la superficie no requiere de mucho tiempo.

Método Convencional vs No Convencional

Sísmico y Geológicos Geoquímicos

Diseño del muestreo

• Objetivo del Relevamiento: Reconocimiento con datos sísmicos, Evaluación de prospectos, desarrollo del yacimiento y monitoreo de producción.

• Tamaño del Objetivo, Forma, Ambiente geológico, Topografía, Vegetación: Se realizan 3 intervalos de muestreo, a una profundidad entre 100 y 200 metros.

• Consideraciones Logísticas. • Capacidad para muestrear a lo largo de líneas sísmicas. • Análogos geológicos para calibración. • Permiso, Cuestiones ambientales. • Experiencia previa.

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Riesgos de Exploración

Ejemplo: En 1110 pozos estudiados de varias compañías, con la utilización de diferentes métodos y provenientes de varias cuencas.

Anomalías Negativas Anomalías Positivas

480 Pozos Perforados 620 Pozos Perforados

419 Pozos Secos (87%) 106 Pozos Secos (17%)

61 Descubrimientos (13%) 514 Descubrimientos (83%)

De todos los descubrimientos comerciales, el 89% tuvo una fuerte anomalía geoquímica de superficie.

Lo que buscamos es la evidencia de que el gas subió a la superficie.

Limitaciones e Incertidumbres

• Expresión geoquímica de la fuga de hidrocarburos es compleja y variada. • Existen muchos métodos a elegir. • Acumulación de hidrocarburos pesados, reservorios subpresurizados

(presión 70% más de lo normal). • Muestreo insuficiente. • La Anomalía de superficie generalmente no puede ser relacionada a un

específico reservorio fuente o profundidad..

Recomendaciones

• Investigar métodos. • Verificar las cantidades. • Usar más de un método geoquímico ya sea directo o indirecto. • Guiarse por la experiencia. • Conduzca relevamiento de calibraciones sobre un nuevo yacimiento.

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17. PROSPECCIÓN GEOQUÍMICA DEL ORO

17.1 DEPÓSITOS DE PLACERES

Los depósitos de placeres se han formado en todo el tiempo geológico, pero la mayoría son del Cenozoico a Reciente. La mayoría de los placeres son pequeños y a menudo efímeros ya que se producen sobre la superficie terrestre, generalmente en o sobre el nivel de base para la erosión, de manera que muchos de ellos son erosionados y solo excepcionalmente son enterrados como para preservarse como paleoplaceres.

Un Placer aurífero corresponde al tipo de depósito mineral; no confundir con lavadero de oro que corresponde a las labores de beneficio del placer.

La mayoría de los depósitos de placeres son de baja ley, pero su explotación es posible debido a que se encuentran en materiales sueltos, no requieren de molienda y pueden explotarse con plantas relativamente baratas. La explotación por dragado de gravas aluviales es una de las más baratas.

Los placeres corresponden a una concentración gravitacional de minerales pesados por fluidos en movimiento, generalmente por agua, aunque puede ocurrir también en sólidos y gases.

Las condiciones para que ocurra una concentración gravitacional de minerales pesados son:

1. Liberación de la fuente de roca original (meteorización).

2. Alta densidad de la fase mineral (Ej. Au 19,3 g/cm3).

3. Alta resistencia química a la meteorización (no reactivo).

4. Durabilidad mecánica (física).

Lomonosov fue uno de los primeros científicos que reconoció que los placeres resultan de la fracturación, meteorización y transporte de yacimientos primarios, y que se concentran a lo largo de los sistemas aluviales. En países en vía de desarrollo, con gastos de explotación bajos, y precios de 11$/gramo de oro, un placer aurífero con leyes de 1/gramo/Tm puede ser rentable. Tratando volúmenes del orden de 5.000-10.000m3/día, al mismo precio y costo de explotación, leyes de 0,2 g/m3 pueden ser rentables en yacimientos con un volumen de mineral explotable del orden de decenas de millones de metros cúbicos. El tamaño de los granos de oro decidirá el sistema de concentración (mecánico, amalgamación o cianuración). Una importante parte de la producción mineral de oro se obtiene de placeres actuales o fósiles.

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En el pasado, gran parte de la producción mundial de platino se obtenía a partir de placeres en Colombia y en los Urales, actualmente es un subproducto de la minería del níquel. La mitad del mercado mundial de casiterita procede de Malasia y se obtiene a partir d placeres costeros. Más del 96 por 100 de la producción mundial de titanio se obtiene a partir del rutilo de las playas australianas, la ilmenita, otro mineral típico de placeres, constituye un recurso submarginal de la obtención del titanio. Muchas gemas, como los diamantes, los crisoberilos (alejandrina y cimofana), el berilo (esmeraldas), el corindón (rubí y zafiro), el topacio, el circón, se recuperaran a partir de placeres. El niobio y el tántalo se obtienen a partir de placeres de columbita-tantalita, con contenidos del orden de 2 a 6 gramos/tonelada. Las ventajas económicas de los placeres, a igualdad de contenido en sustancias útiles y de volumen de mena, se basa en los puntos siguientes:

1. No exigen preparaciones costosas para su explotación, tratamiento y concentración.

2. Permiten explotaciones a cielo abierto con impactos ambientales bajos y

rehabilitación natural de la explotación en tiempos relativamente cortos.

3. Las labores de machaqueo, trituración y concentración de la minería metálica, son innecesarias en la concentración de minerales a partir de placeres, ya que el grado de “liberación” del mineral útil es total por la misma naturaleza del proceso genético, y métodos sencillos pueden ser aptos para la explotación.

4. El grado de mecanización de la explotación es de la flexibilidad absoluta, lo

que permite trabajar a diferentes ritmos, sin que el inmovilizado de capital haga sentir su peso sobre la rentabilidad de la explotación. El costo de arranque y transporte es bajo por la misma naturaleza de los depósitos.

El modelo genético de los placeres es un modelo sedimentario convencional, con la existencia de un área fuente, donde existen, más o menos diseminados, los minerales que tienen interés económico, la acción de mecanismos de transporte (agua, hielo, aire, gravedad) moviliza estos minerales útiles, que han sido previamente liberados en las rocas del área fuente por acciones climáticas y biológicas. La acción del transporte provoca: un efecto de desgaste que hace que sólo los minerales de mayor dureza superficial pueden resistir su acción, un efecto de acción química, responsable de la alteración o disolución de los minerales inestables y un efecto de selección en función de la densidad, forma y propiedades de superficie, responsable de la concentración de los minerales útiles.

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Procedencia Mineral económico Paragénesis mineral Rocas ultramáficas y máficas incluyendo piroxenitas y noritas.

Platinoides Olivino, enstatita, plagioclasas cálcicas, cromita, magnetitas titaníferas, ilmenita, espinela, augita,...

Granitoides, greissen y pegmatitas asociadas.

Casiterita, monacita, circón, rutilo y oro

Wolframita, feldespato potásico, cuarzo, topacio, berilo, espodumena, petalita, turmalina, tantalita, columbita, monacita, fluorita y esfena.

Basaltos Magnetita e ilmenita Piroboles, plagioclasas cálcicas y apatito.

Sienitas nefelíticas y rocas peralcalinas

Circón, tierras raras, minerales de uranio y torio

Ilmenita, magnetita, fluorita, piroboles, feldespatos y circón.

Aureolas de metamorfismo de contacto

Sheelita, rutilo, circón y gemas

Diópsido, grosularia, wollastonita, calcita, plagioclasa cálcica y epidota.

Kimberlitas Diamantes Ilmenita, magnetita, piropo, piroxenos, cianita, esfena y apatito.

Metamorfismo regional de alto grado

Oro, rutilo, circón y gemas Cianita, piroboles, cuarzo, sillimanita, almandino, feldespatos y apatito.

Ofiolitas Platinoides, cromita y magnetita

Granates cromíferos, piroxenos y olivino.

Carbonatitas Rutilo, ilmenita, magnetita, tierras raras, minerales de uranio, zirconio, torio y niobio

Feldespato potásico, calcita, piroboles, granates y apatito.

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17.2 TIPOS DE PLACERES AURíFEROS

Medios de sedimentación en ambiente continental y de transición a).- Medios continentales: ELUVIALES

Au, Pt, Sn, WO3, Ta, Nb y gemas

Alteración «in situ» de minerales lábiles y lixiviados de iones y coloides. Todos los minerales que se concentran deben ser químicamente estables.

COLUVIALES


Movimientos gravitacionales de material alterado y selección en función del tamaño y densidad en medio viscoso.

FLUVIALES

Au, Pt, Sn (Ta, Nb, diamantes y corindón)

Pueden aparecer en muchos subambientes relacionados con sistemas fluviales y a distancias de pocos Km. del área fuente. Con el aumento de la distancia desde el área fuente se produce un enrarecimiento por desgaste mecánico y/o disolución química.

DESIERTOS


Características relacionadas con depósitos eólicos, aunque puntualmente pueden aparecer concentraciones locales ligadas a torrentes efímeros.

GLACIARES

Au (raros)

Depósitos glaciares mal clasificados y sin estratificación. La acción del medio marino y/o el medio costero en la plataforma de ablación del glaciar pueden dar lugar a concentraciones locales.

b).-Medios de transición: PLAYAS

Ti, Zr, Fe, ReO, Au, Pt y Sn

Placeres en cordones paralelos a la costa asociados a la línea de rompiente. Pueden conservarse fósiles en situaciones transgresivas.

EÓLICOS

Ti, Zr, Fe y ReO

Dunas costeras procedentes de la erosión de depósitos de playa, su granulometría es sensiblemente inferior.

DELTAICOS

Ti, Zr, Fe y ReO

En la desembocadura de ríos y fundamentalmente debido a la interacción con el medio marino pueden aparecer pequeñas concentraciones.

Los placeres auríferos son quizás los más conocidos entre este tipo de depósitos, pero los minerales que cumplen esas propiedades en distintos grados son: casiterita, cromita, columbita, cobre, diamantes, granate, oro, ilmenita, magnetita, monazita, platino, rubí, rutilo, safiro, xenotima y circón.

En el caso de paleoplaceres (placeres antiguos preservados en secuencias sedimentarias) estos probablemente estarán litificados, inclinados y parcial o totalmente enterrados bajo otras rocas también litificadas. Esto implica que su eventual explotación será mucho más costosa y que deben ser extraordinariamente de alta ley o contener minerales valiosos como el oro para ser rentables. Sin embargo,

151

los paleoplaceres del Precámbrico del Witwatersrand de Sudáfrica constituyen una de las mayores concentraciones de oro del mundo, por lo que Sudáfrica por mucho tiempo ha sido el mayor productor de este metal precioso. También hay ejemplos de conglomerados diamantíferos Cretácicos cerca de Estrella Do Sul en Brasil y en el prospecto de Max Resources en Autralia occidental. Este último consiste en un conglomerado Terciario de 2-3 m de potencia y 2-3 m bajo la superficie, el que tiene una ley recuperable de 0,23 quilates2/m3 con aproximadamente 60% de piedras con calidad de gema.

Existen numerosas clasificaciones de placeres, pero una clasificación genética simple, a saber puede ser:

• Placeres residuales: acumulación in situ durante la meteorización. • Placeres eluviales: acumulación en un medio sólido en movimiento. • Placeres aluviales: concentración en un medio líquido (agua). • Placeres eólicos: concentración en medio gaseoso en movimiento (viento). • Placeres de playa: concentración por efectos del oleaje de playas.

Residuales:

Acumulados inmediatamente encima de las rocas madres o fuentes (Ej. vetas con oro o con casiterita; Fig. 1) por descomposición y remoción de materiales más livianos de la roca; estos pueden gradar hacia abajo a vetas meteorizadas.

Eluviales:

Típicamente formados en pendientes de montañas en "acarreos" e incluyen minerales liberados de la roca fuente cercana (Fig 1).

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Los minerales pesados se concentran sobre la superficie pendiente debajo de la fuente, mientras los minerales más livianos y noresistentes son disueltos o arrastrados pendiente abajo o volados por el viento. Esto produce una concentración parcial por reducción del volumen, un proceso que continúa con el deslizamiento pendiente abajo. Es obvio que para que haya un depósito de interés económico mediante este proceso incompleto de concentración se requiere de una fuente rica. En algunas áreas con placeres eluviales, los materiales económicos se han concentrado en bolsonadas en las superficie de la roca subyacente al material no consolidado (circa).

Placeres Aluviales:

Este ha sido uno de los tipos de placeres más importantes históricamente y la minería primitiva correspondió a este tipo de depósitos (Ej. Egipcios, Incas). La fácil extracción ha hecho que sean muy buscados y ellos han sido la causa de las "fiebres" de oro y de diamantes (Ej. fiebre del oro de California y del Yukón en el Siglo XIX).

Placeres de Playa:

En las playas el efecto del oleaje y de corrientes costeras también puede producir la concentración de minerales pesados. Las olas lanzan material a la playa y la resaca arrastra los materiales más livianos, los cuales son transportados por la deriva a lo largo de la costa, de modo que se producen concentraciones de minerales pesados en las playas, sobre todo durante la acción del oleaje durante tormentas (Fig.6). Las variaciones de nivel por las mareas también son relevantes, porque grandes mareas exponen una faja mayor de playa para la acción de las olas. Consecuentemente los placeres de playa se forman en la actualidad en sectores donde los vientos dominantes son oblicuos a la costa y existen corrientes marina paralelas a la costa, puesto que ambos factores promueven la deriva a lo largo de la costa. Esta situación

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ocurre en las costas de Australia y Africa, donde existen importantes concentraciones de minerales pesados.

Los minerales más importantes de placeres de playa son: casiterita, diamante, oro, ilmenita, magnetita, monazita, rutilo, xenotima y circón. Ej. placeres de oro de Nome, Alaska, placeres de playa en costa occidental de la isla de Chiloé, Chile, placeres diamantíferos de Namibia, arenas de ilmenita – monazita – rutilo de Travencore y Quilon, India, arenas de rutilo – circón –ilmenita de Australia del este y oeste y arenas de magnetita de la North Island, Nueva Zelanda. Obviamente para producir estas concentraciones debe existir una fuente, la cual pueden ser rocas costeras o vetas aflorantes a lo largo de la costa o fondo marino, o aporte de ríos u depósitos más antiguos retrabajados por el mar; en Chiloé el material original corresponde a morrenas glaciales retrabajadas por el mar. Los placeres marinos recientes se presentan a diferentes niveles topográficos debido a cambios del nivel del mar durante el Pleistoceno.

Existen placeres de playa importantes por su producción de rutilo y circón que se extienden por 900 km en la costa oriental de Australia. Están en sedimentos cuaternarios que forman una faja costera de hasta 13 km de ancho y generalmente 30 a 40 m de potencia.

Placeres Eólicos:

Los más importantes se producen por el retrabajo de placeres de playa por el viento; la generación de dunas es un fenómeno común en sectores costeros e implica movimiento de materiales clásticos y obviamente se mueven más fácilmente los materiales más livianos, de modo que se concentran o reconcentran las acumulaciones de minerales pesados. Ej. depósitos de arenas ferríferas de titanomagnetita de North Island, Nueva Zelanda, los que se estima que contienen más de 1000 Mt de titanomagnetita.

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17.3 DEPÓSITOS EPITERMALES

Los depósitos epitermales son aquellos en los que la mineralización ocurrió dentro de 1 a 2 Km de profundidad desde la superficie terrestre y se depositó a partir de fluidos hidrotermales calientes. Los fluidos se estiman en el rango desde <100ºC hasta unos 320ºC y durante la formación del depósito estos fluidos hidrotermales pueden alcanzar la superficie como fuentes termales, similar a las existentes en El Tatio y Puchuldiza en el Norte Grande de Chile o como fumarolas o solfataras. Los depósitos epitermales se encuentran de preferencia en áreas de volcanismo activo alrededor de los márgenes activos de continentes o arcos de islas y los más importantes son los de metales preciosos (Au, Ag), aunque pueden contener cantidades variables de Cu, Pb, Zn, Bi, et

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La mineralización epitermal de metales preciosos puede formarse a partir de dos tipos de fluidos químicamente distintos. Los de “baja sulfuración” son reducidos y tienen un pH cercano a neutro (la medida de concentración de iones de hidrógeno) y los fluidos de “alta sulfuración”, los cuales son más oxidados y ácidos. Los términos de alta y baja sulfuración fueron introducidos por Hedenquist (1987) y se refieren al estado de oxidación del azufre. En los de alta sulfuración el azufre se presenta como S4+ en forma de SO2 (oxidado) y en los de baja sulfuración como S-2 en forma de H2S (reducido).

Los fluidos de baja sulfuración (BS) son una mezcla de aguas-lluvias (aguas meteóricas) que han percolado a subsuperficie y aguas magmáticas (derivadas de una fuente de roca fundida a mayor profundidad en la tierra) que han ascendido hacia la superficie. Los metales preciosos han sido transportados en solución como iones complejos (en general bi-sulfurados a niveles epitermales; clorurados a niveles más profundos) y para fluidos de baja sulfuración la precipitación de metales ocurre cuando el fluido hierve al acercarse a la superficie (ebullición).

Los fluidos de alta sulfuración (AS) se derivan principalmente de una fuente magmática y depositan metales preciosos cerca de la superficie cuando el fluido se enfría o se diluye mezclándose con aguas meteóricas. Los metales preciosos en solución derivan directamente del magma o pueden ser lixiviados de las rocas volcánicas huéspedes a medida que los fluidos circulan a través de ellas.

En ambos tipos de depósitos (BS y AS) los fluidos circulan hacia la superficie a través de fracturas en las rocas y la mineralización a menudo se presenta en esos conductos (mineralización controlada estructuralmente), pero también pueden circular por niveles de rocas permeables y eventualmente mineralizar ciertos estratos. Los fluidos de BS generalmente forman vetas de relleno con metales preciosos o series de vetas/vetillas más finas, denominadas “stockwork” o “sheeted-veins”. Los fluidos de AS más calientes y ácidos penetran más en las rocas huéspedes originando

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cuerpos mineralizados vetiformes, pero también diseminación en las rocas. Los depósitos de oro de BS pueden contener cantidades económicas de Ag y cantidades menores de Pb, Zn y Cu, mientras los de sistemas auríferos de AS a menudos producen cantidades económicas de Cu y algo de Ag. Otros minerales asociados con los de BS son cuarzo (incluyendo calcedonia), carbonato, pirita, esfalerita y galena, mientras los de AS contienen cuarzo, alunita, pirita y enargita.

La exploración geoquímica de estos depósitos puede resultar en distintas anomalías geoquímicas, dependiendo de la mineralización involucrada. Los sistemas de BS tienden a ser más ricos en Zn y Pb, más bajos en Cu y con razones Ag/Au más altas. Los de AS pueden ser más ricos en As y Cu con razones Au/Ag más bajas. La fineza del oro (=Au/Au+Ag x 1000) en yacimientos epitermales es en general baja (promedio 685 en sistemas del Pacifico SW), es decir el oro contiene apreciables cantidades de plata (color amarillo pálido a blanco) y en muchos casos se presenta como electrum (aleación natural de oro y plata); en contraste los yacimientos de tipo pórfido o skarn presentan normalmente más alta fineza del oro (promedio 920).

Los depósitos epitermales se presentan en muchos países incluyendo Japón, Indonesia, Chile y el oeste de EEUU, los que se encuentran en el “anillo de fuego” del Pacífico, que corresponde al área de volcanismo que rodea al Océano Pacífico desde Asia del Sur hasta el oeste de Sudamérica. La mayoría de los depósitos son del Cenozoico Superior, porque la preservación de estos depósitos formados cerca de la superficie es más improbable en rocas más antiguas, aunque en el norte de Chile existen depósitos epitermales de edad paleocena (El Guanaco, El Peñón).

Los depósitos epitermales contribuyen significativamente a la producción mundial de oro y constituyen blancos de exploración que deben ser evaluados cuidadosamente sobre la base de la cantidad de metal que pueden proveer y a que costo.

La cantidad de oro en cualquier tipo de depósito se calcula basado en la ley y tonelaje disponible. Mientras mayor es la ley, menor es el tonelaje requerido para hacer una explotación económica. Un depósito de alta ley podría tener leyes de 10 a 150 g/t Au, mientras que los de baja ley en el rango de 1 a 5 g/t Au. Los depósitos de baja ley pueden tener hasta, y posiblemente más de 200 millones de toneladas (Ej.

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Mina La Coipa en el distrito de Maricunga con 52,1 Mt con 1,58 g/t Au y 60,3 g/t Ag; ley de corte 1 g/t Au equivalente; Oviedo et el., 1991), mientras que los de alta ley son frecuentemente más pequeños.

El comercio del oro y plata se realiza en onzas troy (31,1 gr), de modo que en la mayoría de los casos de evaluación el contenido de estos metales en los depósitos se expresa como la cantidad de fino (metal contenido) en onzas. La determinación de tonelaje y ley de un depósito se obtienen por análisis (ensayes) de muestras de sondajes. Altas leyes en tramos cortos (“interceptos”) pueden ser tan importantes como bajas leyes en tramos más largos y ambos tipos de depósitos (alta o baja ley) pueden ser explotados económicamente. Sin embargo, los resultados de sondajes ofrecen una visión limitada de un depósito y sus resultados pueden ser difíciles de reproducir. Por ejemplo, un sondaje puede interceptar una bolsonada de alta ley en un depósito que es principalmente de baja ley, dando la apariencia de una ley más alta que la que realmente existe. Los análisis de oro, en particular, pueden estar afectados frecuentemente por el “efecto pepita” en que los resultados de análisis son erráticos y caracterizados por escasos valores muy altos cuando la muestra ha incorporado alguna pepita de oro al azar y muchos valores bajo el límite instrumental o muy bajos en muestras que no contienen pepitas de oro.

La reproducibilidad de los análisis en estos casos también es afectada y el efecto pepita solo puede disminuirse con análisis de muestras de mayor tamaño. El efecto pepita es más marcado en depósitos que contienen oro grueso (mesotermales), mientras que es de menor importancia cuando el oro está finamente diseminado como en la mayoría de los epitermales. Otros factores, además del tonelaje y ley, pueden ser importantes para calcular la importancia económica de un depósito epitermal. Por ejemplo la presencia de otros metales en la mena pueden aumentar el valor del depósito y muchos depósitos epitermales contienen importantes cantidades de plata y/o cobre. En muchos de ellos se calcula la ley en contenido de oro equivalente (correspondiendo al equivalente en gramos de oro del valor de metales contenidos).

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El precio del oro (y de otros metales) es obviamente importante en la evaluación económica de un depósito, pues los precios bajos (como los actuales) pueden hacer que los depósitos pequeños o de baja ley no sean económicos y lo mismo vale para aquellos depósitos cuyos costos de producción sean muy altos.

Muchos depósitos epitermales se presentan en regiones remotas de países subdesarrollados y la construcción de infraestructura (caminos, líneas eléctricas, conductos de agua y plantas de tratamiento) puede ser necesaria previo a la explotación del depósito. Estos gastos aumentan el costo de una operación minera y deben considerarse al calcular la factibilidad económica de un depósito.

El método de minería y procesamiento del mineral son también factores importantes en la economía de un depósito. Dado que los depósitos epitermales se forman a profundidades de menos de 2 Km (menor profundidad si la erosión los ha exhumado), muchos son factibles de explotar a rajo abierto, lo que es menos costoso y permite la explotación de leyes menores.

Los depósitos más profundos o controlados estructuralmente (vetas) pueden explotarse solamente por métodos subterráneos más caros y requieren de leyes mayores para constituir yacimientos económicos. Los métodos de recuperación para el oro epitermal pueden involucrar flotación, cianuración por agitación o cianuración en pilas. El costo del procesamiento va a aumentar si el oro está contenido en minerales que son difíciles de procesar, tales como la arsenopirita. El oro que presenta dificultades para su extracción metalúrgica se denomina “oro refractario” y es característico de menas sulfuradas, las que deben ser previamente oxidadas (tostación o biolixiviación) para poder recuperar el oro.

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INDICE DE AUTORES

Aristóteles, 39 Bloom, 5 Boyle, 3, 5, 6, 35 Bradshaw, 33 Cannon, 5 Chancourtois, 38 Dalton, 39 Demócrito, 39 Döbereiner, 38 Fersman, 4, 65 Garret, 3 Ginzburg, 4 Goldschmidt, 4, 45, 46, 47 Govett, 33 Hawkes, 3, 5, 8 Huff, 5

John, 39 Lakin, 5 Lovering, 5 Malyuga, 4 Mendeleïev, 38, 39 Meyer, 38 Newlands, 38 Platón, 39 Rankama, 4 Smith, 5, 6 Vernadsky, 4 Vinogradov, 4 Vogt, 4 Ward, 5 Warren, 4 Webb, 5

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INDICE DE CONTENIDO

Absorción, 71 Aerosoles, 125, 126, 127, 140 AEROSOLES, 125 Aguas Residuales, 133 Ambiente, 7, 8, 50, 119, 150 Anomalías, 86, 88, 89, 90, 102, 151 Aristóteles, 39 Atmófilos, 47 Atmogeoquímicos, 14 BATEA, 92 Biogeoquímica, 4, 5, 14, 17, 117, 118,

119 Biogeoquímica, 119, 120 Biogeoquímicos, 14, 120 Bioquímicos, 3, 48 Bloom, 5 Boyle, 3, 5, 6, 35 Bradshaw, 33 Calcófilos, 47 Cannon, 5 Chancourtois, 38 Ciclo Biogeoquímico, 120 CICLO GEOQUÍMICO, 1, 8 Contaminación, 122 Cristalización, 7 Dalton, 39 Demócrito, 39 Desintegración Radioactiva, 7 Disolución, 7 Dispersión, 3, 4, 5, 6, 18, 19, 20, 32,

48, 49, 51, 70, 72, 85, 97, 98, 99, 100, 102, 105

Dispersiones, 98, 99 Döbereiner, 38 Ecología, 119 Eh, 15, 16, 49, 50, 51, 52, 53, 55, 63,

117, 148 Elementos Traza, 3, 33, 47, 61, 65, 66,

90, 118, 132 Eluviales, 156 Emisión, 71, 73 Erosión, 7, 8, 27, 86, 111, 112, 113,

131, 152, 155, 163 Escala, 31 Espectrometría, 69, 147 Evaporación, 7

Exploración Geoquímica, 7 Extracción Fría, 63 Fersman, 4, 66 FLUORESCENCIA, 1, 76 Fondo Geoquímico, 97 Fusión, 7, 62 Garret, 3 Geoquímica, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 14,

16, 17, 20, 31, 32, 34, 45, 46, 47, 48, 49, 51, 56, 61, 66, 68, 74, 85, 86, 89, 90, 97, 102, 114, 119, 120, 122, 142, 144, 147, 151, 161

Geoquímica Agrícola, 7 Geoquímica Marina, 7 Geoquímica Orgánica, 7 Ginzburg, 4 Goldschmidt, 4, 45, 46, 47 Govett, 33 Hawkes, 3, 5, 8 Herbicidas, 123, 130 Hidrogeoquímica, 7 Hidrogeoquímicos, 13 Huff, 5 Insecticidas, 130 Intemperismo, 7 John, 39 Lakin, 5 Litófilos, 47 Litogeoquímicos, 10 Lluvia Ácida, 127, 128, 138, 140, 141 Lovering, 5 Malyuga, 4 Mendeleïev, 38, 39 Metalométría, 10 Meyer, 38 Newlands, 38 Número Cuántico, 41, 42 Oxidación, 53 Paleoplaceres, 152, 155 Periodicidad, 38, 39, 40 Ph, 15, 16, 49, 50, 51, 52, 53, 55, 63,

67, 68, 99, 115, 116, 117, 127, 129, 138, 139, 141, 160

Placeres, 92, 152, 153, 155, 156, 157, 158

Plasma, 79, 80, 81

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Platón, 39 Potencial Redox, 52 Precipitación, 7 Provincia Metalogenética, 35 Provincias Geoquímicas, 33 Provincias Metalogenéticas, 35 Radio Atómico, 42 Radio Iónico, 43 Rankama, 4 Reducción, 53 Residuales, 156

Siderófilos, 47 Smith, 5, 6 Solubilidad, 55, 97 Tabla Periódica, 38, 39, 47, 51 Vernadsky, 4 Vinogradov, 4 Vogt, 4 Volatilización, 62 Ward, 5 Warren, 4 Webb, 5

libro geoquímica

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