“ORIGEN Y FORMACIÓN DE LAS ROCAS Y LOS SUELOS”
Preparó: RAÚL MALDONADO SANDOVAL Ingeniero Civil, Magíster en Geotecnia U. Nacional
1. FORMACIÓN DE LAS ROCAS
ESTRUCTURA DE LA TIERRA
CARACTERÍSTICAS COMPOSICIONALES DE LA CORTEZA
CORTEZA CONTINENTAL (29%)
Rocas
Suelos
Ígneas
4,2% Lutitas
Sedimentarias 5%
1,7% Areniscas
Metamórficas
2,0% Calizas
In situ Transportados
CORTEZA OCEÁNICA (71%)
Roca ígnea basalto
CARACTERÍSTICAS COMPOSICIONALES DE LA CORTEZA Color
Minerales: Estructura cristalina. Composición química definida.
Lustre
Forma
Rocas y suelos (fase sólida)
Mineraloides: Sin estructura. Químicamente inestable.
Metálico No Metálico
Acicular. Botroidal. Concrecional Tubular Dentrítica Reniforme
Clivaje o crucero Dureza Gravedad específica
Tenacidad
ESCALA DE DUREZA DE MOHS
-Minerales
-Composición mineralógica LITOLOGÍA DE LAS ROCAS -Textura
-Mineraloides o sustancias amorfas
-Minerales principales ROCAS -Minerales accesorios
Minerales secundarios • Meteorización • Invasión de fluidos • De origen hidrotermal • Condensación de gases
QUÉ ES UN MINERAL??? Es un sólido inorgánico de origen natural que posee una estructura química definida que le proporciona un conjunto único de propiedades físicas. La mayoría de las rocas son agregados compuestos por dos o más minerales.
Los componentes básicos de los minerales son los elementos químicos.
Un elemento químico es un enorme conjunto de átomos.
ENLACES QUÍMICOS PARA GENERAR LOS MINERALES Los átomos se pueden unir entre sí para formar sustancias más complejas denominadas COMPUESTOS, para ganar, perder o compartir electrones con otros átomos.
1. Enlace Iónico: se ceden electrones. Enlaces débiles. 2. Enlace Covalente: se comparten electrones. Enlaces fuertes y resistentes. No sufre variación desde su identidad química.
3. Enlace metálico: se intercambian electrones. Estabilidad moderada.
ESTRUCTURA DE LOS MINERALES
Un mineral está compuesto por una disposición ordenada de átomos químicamente unidos para formar una estructura cristalina concreta.
Este empaquetamiento ordenado de átomos se refleja en los objetos de formas regulares que denominamos CRISTALES.
EMPAQUETAMIENTO GEOMÉTRICO IDEAL PARA IONES POSITIVOS Y NEGATIVOS
TETRAEDRO SILICIO-OXÍGENO
ESTRUCTURAS SILICATADAS
PRINCIPALES MINERALES FORMADORES DE ROCA
Silicatos
PRINCIPALES MINERALES FORMADORES DE ROCA
Carbonatos
PRINCIPALES MINERALES FORMADORES DE ROCA
PRINCIPALES MINERALES FORMADORES DE ROCA
ABUNDANCIA DE TIPOS DE ROCAS Y MINERALES EN LA CORTEZA TERRESTRE
MINERALES DE CUARZO
MUESTRAS DE MINERALES
TEXTURA O ESQUELETO INTERNO DE LAS ROCAS • Grado de cristalinidad. • Tamaño de los cristales o fragmentos. • Forma de los cristales o fragmentos. Interminerales. • Espacios intersticiales: Intergranulares. De disolución. Criptoros.
Iónico. Covalente (de rigidez máxima). • Enlaces interminerales o interfragmentos: Metálico. Molecular (de rigidez mínima).
• Arreglo u ordenamiento (fabrica): Orientación o carencia de ésta. NOTA: Propiedades sensibles a la textura: mecánicas y acústicas.
FASE DE GASES Y LÍQUIDA DE LAS ROCAS Soluciones intersticiales químicamente activas, ejercen una determinada influencia sobre propiedades de las rocas. Soluciones intersticiales líquidas son causa de:
• Disminución de la resistencia mecánica (ablandamiento). • Deformaciones volumétricas (expansión-contracción). • Aparición de la conductividad eléctrica. Las propiedades mecánicas de las rocas revelan una estrecha dependencia de la mineralogía, textura y fase líquida.
Permeabilidad Primaria Secundaria: fract.,disolución
Propiedades mecánicas
Resistencia mecánica
Deformabilidad
Compresión Tracción
CICLO DE LAS ROCAS
ROCAS ÍGNEAS
• En zona de subducción y dorsales oceánicas se genera la salida del magma. • En Colombia se encuentran presentes en la Cordillera Central. • Las rocas ígneas se generan por: MAGMA
Enfriamiento + Cristalización
ROCA ÍGNEA
• La velocidad de enfriamiento entra a jugar: f(textura de roca). • Velocidad de enfriamiento lenta en condición de confinamiento implica tamaños de cristal grueso. • Magma asciende e invade a rocas preexistentes.
ROCAS ÍGNEAS
ROCAS ÍGNEAS
R. Intrusivas= texturas con tamaños de cristal grueso= Holocristalina= v de enfriamiento lenta. El magma se solidifica en zonas profundas. MAGMA
Macrocristalinas R. Extrusivas= texturas finas=
Criptocristalina
Generadas por enfriamiento de lava en la superficie. No se ven fronteras entre minerales.
ROCAS ÍGNEAS
Máficos= coloraciones oscuras (Fe, Mg, Ca).
MAGMA Siálicos= coloraciones claras (Si, Na, Al).
ROCAS ÍGNEAS
Ultramáfica
ROCAS ÍGNEAS
ROCAS ÍGNEAS
ROCAS ÍGNEAS
ROCAS SEDIMENTARIAS • Materia básica de las rocas sedimentarias= sedimento.
• Procesos de meteorización de la roca existente: METEORIZACIÓN
Física= DISGREGA Química= DESCOMPONE
PROCESO EXTERNO DE DEGRADACIÓN FÍSICA Y MECÁNICA
Destruye estructura original del material
ROCAS SEDIMENTARIAS Tracción TRANSPORTE= AGUA, VIENTO, HIELO, GRAVEDAD
Suspensión Disolución
CONSOLIDACIÓN + CEMENTO
Detríticas o clásticas Material soluble producido por meteorización química.
LITIFICACIÓN ROCA SEDIMENTARIA
ROCAS SEDIMENTARIAS
PRINCIPALES FORMADORES DE ROCAS SEDIMENTARIAS
MATRIZ
• • • •
Cuarzo (fragmentos) Feldespatos. Micas= Muscovita. Fragmentos de roca.
Materiales que están haciendo función de CEMENTANTE: • Sílice. • Carbonatos. • Óxidos de hierro. • Minerales arcillosos.
ROCAS SEDIMENTARIAS ROCAS DETRÍTICAS
ROCAS QUÍMICAS
ROCAS BIOQUÍMICAS
• Arcillolitas. • Conglomerados. • Lutitas. • Caliza -Calciticas (calcita) -Dolomitas -Sideritas • Yeso • Carbón.
• • • •
Turba. Carbón. Chert. Flint.
ROCAS METAMÓRFICAS • Metamorfismo es la transformación de un tipo de roca en otro.
• Las rocas metamórficas se forman a partir de rocas preexistentes (ya sean rocas ígneas, sedimentarias u otras metamórficas) que han sido alteradas por agentes de metamorfismo. • Deformaciones Genera • Arrugamiento corteza. • Tectónica relieve • Ruptura y desplazamiento PRESIÓN + TEMP. corteza.
• Actividad plutónica
TEMPERATURA
Metamorfismo de contacto
ROCAS METAMÓRFICAS P + T>> = METAMORFISMO REGIONAL P + T<< = METAMORFISMO CATACLÁSTICO • Magma • Roca encajante
INTERCAMBIO TÉRMICO
METAMORFISMO DE CONTACTO
Las pizarras provienen del metamorfismo de arcillolitas, lutitas y ceniza volcánica.
ROCAS METAMÓRFICAS METAMORFISMO REGIONAL • Orientadas o foliadas (anisotropía). - Alineamiento de minerales. - Pizarrosa. - Filita. • Continua. - Esquistosa. - Neisicas. • No foliadas (isotropía).
TEXTURA
METAMORFISMO CATACLÁSTICO
TEXTURA
• • • •
Brecha tectónica. Clastomilonita. Deformación Milonita= harina de falla recristalizada. por ruptura. Filonita.
2. FORMACIÓN DE LOS SUELOS
METEORIZACIÓN FÍSICA Se refiere a la desintegración física de una roca en fragmentos más pequeños. • Los procesos de congelamiento se dan cuando el agua se congela y se expande a lo largo de las fisuras de la roca, la expansión causa que la roca se separe causando el rompimiento de ésta. • Los procesos de humedecimiento-secado ocurren cuando las capas de moléculas de agua acumuladas en los granos de mineral de una roca debidos a su incremento de espesor empujan los granos de roca aparte con gran esfuerzo de tensión.
METEORIZACIÓN FÍSICA La expansión y contracción termal, se refiere a que la roca al calentarse se expande y al enfriarse se contrae. Repetidos procesos de contracción y expansión en diferentes minerales a diferentes tasas causan esfuerzos a lo largo de las fronteras del mineral conduciendo al rompimiento de la roca. La exfoliación mecánica sucede cuando la roca se rompe en láminas planas a lo largo de juntas paralelas a la superficie del terreno cuando la roca no está cubierta. Esto se debe a la expansión de la roca por la relajación de esfuerzos causada por la eliminación de la roca sobrepuesta por erosión. Esto es también llamado descarga. La abrasión se refiere al pulimiento de los fragmentos de roca y ocurre cuando dos superficies de roca entran en contacto produciendo desgaste y pulimiento de sus superficies.
METEORIZACIÓN QUÍMICA Implica la disolución química o la alteración de la composición química o mineralógica de minerales. Esta involucra el rompimiento de minerales en nuevos componentes por la acción de componentes químicos (por ejemplo, acido en el aire, la lluvia, etc). Los minerales formados en la roca son vulnerables al ataque de agua, oxígeno y dióxido de carbono en el nuevo medio ambiente de la superficie y tienden a someterse a cambios químicos para formar nuevos minerales estables.
METEORIZACIÓN QUÍMICA Implica la disolución química o la alteración de la composición química o mineralógica de minerales. Esta involucra el rompimiento de minerales en nuevos componentes por la acción de componentes químicos (por ejemplo, acido en el aire, la lluvia, etc). Los minerales formados en la roca son vulnerables al ataque de agua, oxígeno y dióxido de carbono en el nuevo medio ambiente de la superficie y tienden a someterse a cambios químicos para formar nuevos minerales estables.
METEORIZACIÓN QUÍMICA
METEORIZACIÓN BIOLÓGICA Implica la desintegración de la roca por organismos biológicos, los cuales actúan como agentes de meteorización químicos y físicos, además involucra procesos químicos y físicos. Estos organismos liberan ácidos que reaccionan con las rocas y las rompen hacia arriba. Un amplio rango de organismos va desde microorganismos a plantas y animales causando meteorización.
METEORIZACIÓN BIOLÓGICA Algunos de los más importantes procesos son: •
• •
• •
Fractura de la roca por madriguera de animales o la presión de crecimiento de raíces. Movimiento y mezcla de materiales por movimiento de organismos de suelo. Dióxido de carbono producido por la respiración de los organismos mezclada con agua formando acido carbónico, aumenta los simples procesos mecánicos como solución. Substancias orgánicas llamadas quelatos por minerales de organismos descompuestos y rocas por la eliminación de cationes metálicos. El régimen de humedad en suelos influenciado por organismos induce meteorización cuando el agua es un componente necesario de los procesos de meteorización.
FACTORES RESPONSABLES PARA LA FORMACIÓN DEL SUELO
CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DE LOS SUELOS 1. Resistencia.
2. Permeabilidad. 3. Deformabilidad.
Comportamiento Del suelo/roca
Composición. Textura. Fábrica. Estructura.
4. Durabilidad. Composición: minerales y fluidos. Texura: tamaño y forma de los granos. Fábrica: arreglo del material. Estructura: arreglo de la masa.
CAMBIAN DEPENDIENDO DEL TIPO DE DEPÓSITO DE SUELO
FACTORES ASOCIADOS CON GEOLOGÍA DE SUELOS GÉNESIS Según el ambiente de depositación: CONTINENTAL: 1. Subaéreo • Eólico. • Periglacial. • Templado. • Árido. • Tropical. 2. Bajo hielo • Glacial.
3. Bajo agua Fluvial. Lacustre.
DEPÓSITOS Y AMBIENTES DE FORMACIÓN DE LOS SUELOS AMBIENTE MARINO: • Delta. • Planicie inter-marea. • Estuario. • Litoral y plano costero. • Laguna. • Plataforma continental. • Mar profundo.
SUELOS TRANSPORTADOS Han sido desplazados de su posición original y depositados en otro sitio; los principales agentes de transporte son: • • •
Agua. Hielo. Viento.
El tamaño y la forma de las partículas en un depósito de suelo transportado con frecuencia están determinados por el agente de transporte y el modo como se forman los depósitos.
AMBIENTES COLUVIALES Depósitos producidos por deslizamientos: • • • • •
Talus. Dépósitos por escurrimientos (Hillwash). Coluviales. Depósitos de flujos de detritos. Depósitos de deslizamientos.
AMBIENTES ALUVIALES Tipos de depósitos:
• • • •
Abanicos aluviales. Llanura aluvial. Barreras laterales. Terrazas.
AMBIENTES COSTEROS Tipos de depósitos:
• • •
Deltas. Estuarios. Playas.
AMBIENTES MARINOS Tipos de depósitos:
1. Litógenos Pelágicos. Terraginosos. 2. Hidrógenos. 3. Biógenos. • Ooze Calcáreos. Silíceos.
• Bioclástico
AMBIENTES CÁLIDOS-HÚMEDOS Tipos de depósitos:
1. Suelos residuales. 2. Duracretos. Si CaCO3 Fe Al 3. Catenas.
Silicretos Calcretos Ferricretos Lateritas
AMBIENTES SECOS - ÁRIDOS Tipos de depósitos:
1. 2. 3. 4. 5.
Depósito de flujos de detritos. Depósito por flujo de lodos. Bahada. Desierto rocoso. Plano: • Dunas de arena. • Loess. • Playas. • Sabkha.
AMBIENTES GLACIARES Tipos de depósitos:
1. Drumlin. 2. Till (Morrenas). 3. Depósitos fluvioglaciales. 4. Depósitos de lagos glaciales.
AMBIENTES PERIGLACIALES Tipos de depósitos:
1. Permafrost. 2. Pingos.
SUELOS RESIDUALES
Los suelos residuales son depósitos de suelo formados en in situ a partir de procesos de meteorización física, química y biológica de las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas (roca parental), los cuales no han sido transportados.
Las propiedades y comportamiento de estos suelos son controlados por la textura, la fábrica, la composición y la estructura, los cuales eran parte integral de la masa de roca meteorizada y son heredados por el suelo.
PERFIL DE METEORIZACIÓN
