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MANUAL DE GEOLOGÍA AGRÍCOLA
HUMBERTO PÉREZ SALAZAR
UNIVERSIDAD DEL TOLIMAFACULTAD DE INGENIERÍA AGRONÓMICAPROGRAMA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA
DEPARTAMENTO DE SUELOS Y AGUASIBAGUÉ
2007
MANUAL DE GEOLOGÍA AGRÍCOLA
HUMBERTO PÉREZ SALAZAR
TRABAJO REALIZADO DURANTE EL AÑO SABÁTICOAUTORIZADO POR EL CONSEJO SUPERIOR DE LA UNIVERSIDAD DEL TOLIMA, MEDIANTE
EL ACUERDO N.º OO59 DEL 16 DE JUNIO DE 2006
JURADOS:ALBERTO FRYE CASASINGENIERO AGRÓNOMO
Y JOSÉ FERNANDO OVALLE RODRIGUEZ
GEÓLOGO E INGENIERO CATASTRAL Y GEODESTA
UNIVERSIDAD DEL TOLIMAFACULTAD DE INGENIERÍA AGRONÓMICAPROGRAMA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA
DEPARTAMENTO DE SUELOS Y AGUASIBAGUÉ
2007
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………….18
1. RELACIÓN ENTRE LA GEOLOGÍA Y LAS INGENIERÍAS AGRONÓMICA Y FORESTAL …………………………………………………………………………………………… 19
2. LA TIERRA, EL ESPACIO Y EL UNIVERSO …………………………………………… … 20
2.1 TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR Y DE LA TIERRA 20
2.2 FORMA, TAMAÑO, MOVIMIENTOS Y OTRAS CARACTERÍSTICAS DE LA TIERRA ………………………………………………………………………………………………. 21
2.2.1 Forma. ................................................................................................................ 21
2.2.2 Características. ……………………………………………………………………………….. 21
2.2.3 Movimiento de rotación. …………………………………………………………………... 21
2.2.4 Movimiento de translación. ………………………………………………………………… 21
2.3 CONSTITUCIÓN DE LA TIERRA …………………………………………………………… 22
2.3.1 El interior de la tierra. ……………………………………………………………………… 22
2.3.2 Procesos geológicos de la tierra. ………………………………………………………… 25
2.3.2.1 Procesos geológicos de la corteza terrestre. ………………………………………... 26
3. MINERALES Y CRISTALES …………………………………………………………………… 27
3.1 MINERALES …………………………………………………………………………………….. 273.1.1 Origen de los minerales. …………………………………………………………………… 29
3.1.2 Tipos de minerales. …………………………………………………………………………. 34
3.1.3 Minerales presentes en las rocas. ....................................................................... …. 35
pág.
3.2 CRISTALES …………………………………………………………………………………. ….36
3.2.1 Tipos de cristales. ………………….......................................................................... 36
3.3 MINERALOIDES………………………………………………………………………………… 38
4. CLASIFICACIÓN DE MINERALES ...........……..…………………………………………... 40
4.1 ELEMENTOS NATIVOS …………………………………………………………………........ 40
4.2 SULFUROS ……………………………………………………………………………………… 40
4.3 SULFOSALES ………………………………………………………………………………….. 40
4.4 ÓXIDOS ………………………………………………………………………………………….. 41
4. 5 HALUROS ………………………………………………………………………………………. 42
4.6 CARBONATOS …………………………………………………………………………………. 42
4.7 NITRATOS ……………………………………………………………………………………….42
4.8 BORATOS………………………………………………………………………………………… 42
4.9 FOSFATOS ………………………………………………………………………………………. 43
4.10 SULFATOS ………………………………………………………………………................... 43
4.11 SILICATOS ……………………………………………………………………………………. 43
4.12 TUNGSTATOS O WOLFRAMATOS ......................................................................... 43
4.13 EL GRUPO DE LOS SILICATOS …………………………………………………………… 44
4.13.1 Caracterización de los silicatos. ………………………………………………………… 44
4.13.2 Estructura molecular y clases de silicatos . …………………………………………… 44
4.13.2.1 Nesosilicatos. …………………………………………………………………………….. 45
4.13.2.2 Sorosilicatos. ……………………………………………………………………………… 46
4.13.2.3 Ciclosilicatos. …………………………………………………………………………….. 47 pág.
4.13.2.4 Inosilicatos. ……………………………………………………………………………….. 47
4.13.2.5 Filosilicatos. ………………………………………………………………………………. 47
4.13.2.6 Tectosilicatos. …………………………………………………………………………….. 47
4.13.3 Polimerización de los silicatos. …………………………………………………………. 48
4.13.3.1 La polimerización de los silicatos y la formación de los suelos en Ibagué. ….. 495. IDENTIFICACIÓN DE MINERALES ………………………………………………………… 50
5.1 EXFOLIACIÓN, CRUCERO O CLIVAJE …………………………………………………… 50
5.1.1 Incidencia de la exfoliación en la meteorización de los minerales. ……………….. 50
5.2 FRACTURA …………………………………………………………………………………..… 51
5.3 ESTRIACIONES ………………………………………………………………………………… 51
5.4 DUREZA ………………………………………………………………………………………… 51
5.5 TENACIDAD …………………………………………………………………………………..... 52
5.6 PESO ESPECÍFICO …………………………………………………………………………….. 52
5.7 PROPIEDADES QUE DEPENDEN DE LA LUZ …………………………………………. 53
5.7.1 Brillo. …………………………………………………………………………………………… 53
5.7.2 Color. ………………………………………………………………………………………..…. 54
5.7.3 Raya. ……………………………………………………………………………………………. 54
5.7.4 Pátina. …………………………………………………………………………………………. 54
5.7.5 Diafanidad. ……………………………………………………………………………………. 54
5.8 PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS ……………………………………….. .. 54
5.8.1 Piezoelectricidad. ……………………………………………………………………………. 54
pág.
5.8.2 Piroelectricidad. ……………………………………………………………………………… 55
5.8.3. Magnetismo. …………………………………………………………………………………. 55
5.9 LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES Y SU RESISTENCIA A LAMETEORIZACIÓN ………………………………………………………………………………….. 55
6. ROCAS Y ROCAS ÍGNEAS …………………………………………………………………… 56
6.1 ROCAS ÍGNEAS INTRUSIVAS …………………………………………………………….. 59
6.1.1 Rocas ígneas intrusivas plutónicas. …………………………………………………….. 59
6.1.2 Rocas ígneas intrusivas hipoabisales. ………………………………………………….. 60
6.2 MAGMATISMO EXTRUSIVO O VOLCÁNICO Y ROCAS ÍGNEAS EXTRUSIVAS VOLCÁNICAS, EFUSIVAS, LAVAS Y PIROCLÁSTICAS …………………………………... ..
61
6.2.1 Peculiaridades físicas y químicas de las erupciones volcánicas. …………………. 62
6.2.1.1 Productos gaseosos. ……………………………………………………………………… 62
6.2.1.2 Productos líquidos. ……………………………………………………………………….. 62
6.2.1.3 Productos sólidos o piroclásticos. …………………………………………………….. 63
6.3 TEXTURAS DE LAS ROCAS ÍGNEAS …………………………………………………….. 65
6.4 TABLA DE CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS ÍGNEAS ………………………………… 68
6.5 FENÓMENOS POSTVOLCÁNICOS ……………………………………………………….. 69
6.5.1 Gases. ………………………………………………………………………………………….. 69
6.5.2 Fuentes termales. …………………………………………………………………………… 70
6.5.3 Géiseres. ………………………………………………………………………………………. 70
6.5.4 Volcanes de lodos. ………………………………………………………………………….. 71
6.6 LAS ROCAS ÍGNEAS Y SU RESISTENCIA A LA METEORIZACIÓN QUÍMICA …. 71
pag.
7. GRADACIÓN, DEGRADACIÓN Y AGRADACIÓN ……………………………………….. 72 8. EROSIÓN Y SEDIMENTACIÓN ………………………………………………………………. 73
8.1 SEDIMENTOS Y ROCAS SEDIMENTARIAS ……………………………………………... 74
8.1.1 Energía para el transporte de sedimentos. …………………………………………….. 74
8.1.2 Agentes erosivos. ……………………………………………………………………………. 75
8.1.3 Modo de transporte. …………………………………………………………………………. 75
8.1.4 Proceso de sedimentación. ……………………………………………………………….. 76
8.1.5 Precipitación química. ……………………………………………………………………… 76
8.1.6 Composición de las rocas sedimentarias. ……………………………………………… 76
8.1.7 Origen de las rocas sedimentarias. ………………………………………………………. 76
8.1.8 Texturas de las rocas sedimentarias. ……………………………………………………. 79
8.1.8.1 Tamaño de los fragmentos de las rocas sedimentarias de textura clástica. ….. 79 8.1.8.2 Forma de los granos. …………………………………………………………………….. 79
8.1.9 Litificación y diagénesis. …………………………………………………………………… 80
8.1.9.1 Cementación. ………………………………………………………………………………. 80
8.1.9.2 Compactación y desecación. ……………………………………………………………. 80
8.1.9.3 Cristalización. ……………………………………………………………………………… 80
8.2 ROCAS SEDIMENTARIAS DETRÍTICAS, FRAGMENTARIAS O CLÁSTICAS ………. 81
8.3 ROCAS SEDIMENTARIAS DE ORIGEN QUÍMICO O BIOQUÍMICO ………………... ... 82 8.4 ABUNDANCIA RELATIVA DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS ……………………. 83
8.5 CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS ……………………………. .. 83
pág.
8.6 CUADRO DE CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS .......................…. 84
8.7 LAS ROCAS SEDIMENTARIAS Y SU RESISTENCIA A LA METEORIZACIÓNQUÍMICA ……………………………………………………………………………………………… 84
9. METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS …………………………………………… 86
9.1 AGENTES GENERADORES DEL METAMORFISMO ……………………………………. 87
9.1.1 Calor. …………………………………………………………………………………………… 87
9. 1.2 Presión. ……………………………………………………………………………………….. 87
9.1.3 Fluidos químicamente activos. ……………………………………………………………. 87
9.2 TIPOS DE METAMORFISMO ………………………………………………………………… 88
9.2.1 Metamorfismo de contacto, térmico o pirometamorfismo. ………………………….. 89
9.2.2 Metamorfismo regional o dinamo-térmico. ……………………………………………... 90
9.2.3 Metamorfismo dinámico o cataclástico. ………………………………………………… 91
9.3 TEXTURAS DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS ………………………………………… ..92
9.3.1 Texturas foliadas. ……………………………………………………………………………. 92
9.3.1.1 Apizarrada. …………………………………………………………………………………. 92
9.3.1.2 Filítica. ………………………………………………………………………………………. 92
9.3.1.3 Esquistosa. …………………………………………………………………………………. 92
9.3.1.4 Néisica. ………………………………………………………………………………………. 92
9.3.2 Textura no foliada o granuda. ……………………………………………………………… 92
9.4 TIPOS DE ROCAS METAMÓRFICAS ………………………………………………………. 93
9.5 TABLA DE CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS …………………… . 94
9.6 LAS ROCAS METAÓRFICAS Y SU RESISTENCIA A LA METEORIZACÍON FÍSICA Y QUÍMICA ………………………………………………………………………………… 94 pág.
10. METEORIZACIÓN ……………………………………………………………………………… 97
10.1 TIPOS DE METEORIZACIÓN ………………………………………………………………. 98
10.1.1 Meteorización física. …………………………………………………………………........ 99
10.1.1.1 Meteorización térmica. ………………………………………………………………….. 99
10.1.1.1.1 Factores que inciden en la meteorización térmica. …………………………….. 101
10.1.1.2 Meteorización mecánica. …………………………………………………………......... 102
10.1.2 Meteorización química. ……………………………………………………………………. 103
10.1.2.1 Importancia del agua en la meteorización química. ………………………………. 104
10.1.2.2 Sustancias químicamente activas y procesos de meteorización química. ..….. 104
10.1.2.2.1 Oxidación. ……………………………………………………………………………….. 104
10.1.2.2.2 Hidratación. ……………………………………………………………………………… 106
10.1.2.2.3 Hidrólisis ………………………………………………………………………………… 106
10.1.2.2.4 Disolución. ……………………………………………………………………………… 107
10.1.2.2.5 Carbonatación. …………………………………………………………………………. 107
10.1.2.3 Factores que facilitan la meteorización química. …………………………………. 107
10.2 FACTORES GLOBALES DE METEORIZACIÓN ………………………………………… 107
10.3 LA SERIE DE CRISTALIZACIÓN DE BOWEN Y LA VELOCIDAD DE LAMETEORIZACIÓN QUÍMICA ……………………………………………………………………… 109
10.4 METEORIZACIÓN DIFERENCIAL ………………………………………………………… 111
10.5 METEORIZACIÓN QUÍMICA DE LAS ROCAS ÍGNEAS ………………………………... 111
10.5.1 Minerales de arcilla ………………………………………………………………………… 113
10.6 METEORIZACIÓN Y SUELOS ………………………………………………………………. 113
pág.
11. SUELOS ………………………………………………………………………………………… 115
11.1 COMPOSICIÓN EN VOLUMEN DE LOS SUELOS ……………………………………… 115
11.2 PROCESOS EDAFÓGENOS ……………………………………………………………….. 116
11.2.1 El perfil y los horizontes del suelo. ……………………………………………………..116
11.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS DE ACUERDO AL TRANSPORTE ………………... .. 118
11.3.1 Suelos residuales. …………………….…………………………………………………… 118
11.3.2 Suelos transportadoss. ……………………………………………………………………. 119
11.4 TEXTURAS DE LOS SUELOS ……………………………………………………………… 120
11.5 LA METEORIZACIÓN DE LAS ROCAS Y LOS NUTRIMENTOS DEL SUELO …... ... 120
11.6 SUELOS DE LA MESETA DE IBAGUÉ …………………………………………………… 123
12. EL AGUA SUBTERRÁNEA …………………………………………………………………... 125
12.1 GENERALIDADES ……………………………………………………………………………. 125
12.2 DEFINICIÓN, IMPORTANCIA Y USOS …………………………………………………… 125
12.3 ORIGEN DEL AGUA SUBTERRÁNEA …………………………………………………… 126 12.4 DISTRIBUCIÓN VERTICAL DEL AGUA SUBTERRÁNEA …………………………….. 128
12.5 ACUÍFEROS …………………………………………………………………………………… 129
12.6 CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA ……………………………………………. 130
12.7 CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA ……………………………………… 132
12.8 EL AGUA SUBTERRÁNEA EN LA MESETA DE IBAGUÉ ……………………………. 135
13. GEOMORFOLOGÍA ……………………………………………………………………………. 137
13.1 CICLO GEOMORFOLÓGICO ………………………………………………………………… 138
13.2 ETAPAS DE LAS FORMAS DEL RELIEVE ………………………………………………. 139 pág.
13.3 EL CUATERNARIO, EL CLIMA Y SU RELACIÓN CON LAS GEOFORMAS …….. 139
13.4 COMPILACIÓN DE ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS DE GEOMORFOLOGÍA .. ..140
13.5 GEOMORFOLOGÍA DE LOS ALREDEDORES DE IBAGUÉ …………………………. 141
13.6 EL ABANICO O MESETA DE IBAGUÉ …………………………………………………. ..142
14. BIBLIOGRAFÍA ………………………………………………………………………………… 144
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Movimiento de translación y rotación de la tierra. …………………………………… 22Figura 2. Abundancia relativa de los elementos químicos más comunes en la cortezaterrestre. ………………………………………………………………………………………………. 23 Figura 3. Estructura física de la tierra. …………………………………………………………… 24Figura 4. Proceso de sedimentación, agradación, de fragmentos de diversos tamaños sobre el cauce del río Combeima. La Vega. Ibagué-Tolima. 2006. …………………………… 26 Figura 5. Panorámica de Cerro Gordo, roca ígnea intrusiva de composición granodiorítica y perteneciente al batolito de Ibagué. En primer plano, sedimentos del río Combeima, principalmente cantos rodados de lavas andesíticas, y al fondo, el cerro La Martinica, igualmente ígneo. Ibagué-Tolima. 2006. …………………………………………. 29
Figura 6. Cristal euhedral de calcita, CaCO3, ligeramente blanco, brillo vítreo, exfoliación en 3 direcciones y cristalización romboédrica. Se advierten las superficies de debilidad aa través de los planos de exfoliación en 3 direcciones. Mina Vieja. Payandé-Tolima. 2006. 30
Figura 7. Lavas andesíticas con textura afanítica. Carretera la variante Ibagué-Armenia.Ibagué-Tolima. 2006. ……………………………………………………………………………...... 31 Figura 8. Piedra pómez o pumita. Roca piroclástica. Carretera Fresno-Manizales. Departamento del Tolima. 2006. …………………………………………………………………… 31
Figura 9. Esquistos cloríticos-actinolíticos-plagioclasa, esquistos verdes, diaclasados, con buzamiento casi vertical, conteniendo azufre en los planos de foliación, a través de loscuales circularon los gases azufrados provenientes del volcán-nevado del Tolima.Carreteable Ibagué-Juntas-El Silencio-Tolima. 2006. ………………………………………….. 32
Figura 10. Cristales de azufre de origen volcánico sobre lava andesítica argilizada. MinaEl Vinagre. Municipio de Puracé-Cauca. 2006. …………………………………………………… 33
Figura 11. Oro nativo de color dorado, brillo metálico, opaco, incrustado dentro de cuarzoanhedral, con brillo vítreo e incoloro. ………………………………………………………………. 35
Figura 12. Iónes de Cl- y Na+ igualmente espaciados en un cristal de sal común o halita, para configurar el sistema cristalográfico Cúbico,Regular o Isométrico..………..…… 37
pág.
Figura 13. Sistemas cristalográficos y minerales euhedrales. ………………………………… 38 Figura 14. Madera fósil petrificada. Xilópalo, encontrado en el paquete de rocas del Miembro Superior de la formación Honda. Municipio de Saldaña-Tolima. ……………………. 39
Figura 15. Cristal euhedral de galena, PbS, sistema de cristalización Cúbico, Regular o Isométrico, brillo metálico, opaco, alto peso específico y exfoliación en tres direcciones, descansando sobre un cubo de pirita de hierro, FeS2 , brillo metálico, color amarillo y euhedral. Minas de polisulfuros metálicos de Salento-Quindío y Payandé-Tolima. …………. 41
Figura 16. Biotita de color negro, opaca, brillo submetálico, exfoliación basal. Cuarzo transparente, brillo vítreo, fractura concoidea y cristales de calcita con exfoliación en 3 direcciones, brillo no metálico y translúcidos. ………………………………………………........
43
Figura 17. Estructura molecular de los Nesosilicatos, Sorosilicatos, Ciclosilicatos, e Inosilicatos. …………………………………………………………………………………………… 46
Figura 18. Cristal de cuarzo, SiO2, euhedral, sistema de cristalización Hexagonal,transparente, brillo vítreo, caras planas, lisas y pulidas. Mina de Au Las Ánimas.Santa Isabel-Tolima . …………………………………………………………………………………. 48
Figura 19. El ciclo de las rocas. …………………………………………………………………… 57
Figura 20. Xenolitos de esquistos cuarzo-sericíticos-grafitosos, esquistos negros, de forma tabular, dentro de cuarzodiorita del batolito de Ibagué. Adviértase, la textura faneríticade la roca, las formas euhedrales de los minerales de color oscuro y la facilidad parareconocerlos. Quebrada Ambalá. Ibagué-Tolima. 2006. ………………………………………… 59
Figura 21. Granodiorita del Ibatolito de Ibagué mostrando un autolito, textura fanerítica, minerales esenciales megascópicos: félsicos de color claro correspondientes a cuarzo, ortoclasa y ferromagnesianos; de color oscuro, como hornblenda y biotita; unos y otros de origen magmático. Las manchas amarillas corresponden a óxidos de hierro producidos por la meteorización de los cristales de biotita. Quebrada Ámbala. Ibagué-Tolima. 2006. ………………………………………………………………………………… 60 Figura 22. Erupción del volcán Galeras. San Juán de Pasto-Nariño. 2005. ………………... 61
Figura 23. Columnas de basalto. Volcán-nevado del Ruíz, carretera Murillo-Manizales.Colombia. 2003. …………………………………………………………………………….. 63
Figura 24. Dique de ortoclasa-cuarzo emplazado en la granodiorita del batolito de Ibagué, la cual presenta textura néisica debido a la acción de los esfuerzos tectónicos en la zona. Carretera la variante Ibagué-Armenia. Ibagué-Tolima. 2006. …………………….. 63
pág.
Figura 25. Bomba volcánica de composición basáltica mostrando textura porfídica. Lasgrietas se produjeron porque el magma cayó sobre la superficie del terreno aún sinconsolidarse totalmente. Volcán-nevado del Ruíz. Manizales-Caldas. 2000. ……………… 64
Figura 26. Tobas feldespáticas. Carretera Juntas-El Silencio-Nevado del Tolima. Ibagué-Tolima. 2006. ………………………………………………………………………………………… 65
Figura 27. Pegmatita plagioclasa-hornblenda, colores negros y blanco grisáceo, y
pegmatita ortoclasa-cuarzo, colores rosado intenso y blanco, presentes en diques dentro de cuerpos ígneos intrusivos. Minerales de varios centímetros de diámetro.Departamento del Tolima. 2006. …………………………………………………………………… 66
Figura 28. Pórfido andesítico con textura porfídica o porfirítica mostrando los fenocristales de plagioclasa, y la pasta o matriz alterada y formada por minerales ferromagnesainos. Río Anchique. Natagaima-Tolima. 2006. ……………………………………. 67
Figura 29. Sedimentos de rocas metamórficas depositados en la confluencia de la quebrada Altamira en el río Combeima. Juntas-Ibagué-Tolima. 2006. ………………………… 73 Figura 30. Procedencia de las rocas sedimentarias. …………………………………………….. 75
Figura 31. Conglomerado de la formación Gualanday Superior. Detritos de chert de diversos colores y cuarzo lechoso. Matriz areno-arcillosa y cementos de óxidos dede hierro y sílice. Hidroeléctrica de La Ventana. Chicoral-Tolima. 2006. …………………….. 77
Figura 32. Arenisca con fragmentos de cuarzo y chert de varios colores. Cementos de óxidos de hierro y sílice. Formación Gualanday Inferior. Afloramientos aledaños al canalde riego de Usocoello. Chicoral-Tolima. 2006. ……………………………………………………. 77
Figura 33. Calizas con venas de calcita de la formación Payandé. El color oscuro obedece al contenido de materia orgánica. Mina de Cemex. Corregimiento de Payandé. Municipio de San Luís Tolima. 2006. ………………………………………………………………. 78
Figura 34. Chert o lidita de la formación Payandé. Puente sobre el río Coello. Carretera Buenos Aires-Payandé-Tolima. 2006. …………………………………………………………….. 83
Figura 35. Cristales de wollastonita, resultantes de la acción hidrotermal de la sílice hidratada liberada durante la intrusión del Stock de Payandé sobre el carbonato de calcio de las calizas del Payandé. Mina Mina Vieja. Payandé-Tolima. 2006. ………...................... 88
Figura 36. Mármol de Payandé, cristales de calcita color claro y hasta de 4 cm de diámetro. Mina de mármol adyacente a la entrada principal de la mina de cobre Mina
pág.
Vieja. Payandé-Tolima. 2006. ……………………………………………………………………… 89
Figura 37. Esquistos cuarzo-sericíticos-grafitosos, esquistos negros, del Grupo Cajamarca, con cristales de pirita de hierro cúbica y oxidada. Metamorfismo regional y foliación de varios milímetros de espesor, Carretera Ibagué-Cajamarca-Tolima. 2006. …… 90
. Figura 38. Esquistos verdes cloríticos-actinolíticos-plagioclasa, con textura foliada y su aspecto lajoso que los habilita para ser utilizados como piedra de ornamentación en exteriores de obras civiles. Cañon del río Combeima. Villarrestrepo-Ibagué-Tolima. 2006 . ... 91
Figura 39. Granodiorita del batolito de Ibagué diaclasada, con meteorización física yparcialmente meteorizada por la acción de agentes químicamente activos. Al ladoizquierdo, los minerales ferromagnesianos: tipo hornblenda y biotita, están oxidados, y en
el derecho, están sin meteorizar. Quebrada Ambalá. Ibagué-Tolima. 2006. ………………… 100
Figura 40. Líneas de diaclasas de color café-rojizo, marcadas por la oxiodación de biotitas y en menor proporción hornblenda. Cantera ubicada frente al Hotel del Campo. Carretera Ibagué-Boquerón-Cajamarca-Tolima. 2006. …………………………………………. 102
Figura 41. Relación entre el volumen, tamaño y superficie de las partículas de los minerales. …………………………………………………………………………………………….. 108
Figura 42. Serie de cristalización de Bowen, para los silicatos esenciales, que forman rocas ígneas. ……………………………………………………………………………................. 110
Figura 43. Granodiorita del batolito de Ibagué mostrando la resistencia a la meteorización química. Cuarzo inalterado, feldespatos medianamente meteorizados y ferromagnesianos, como biotita y hornblenda, con alto grado de oxidación que manifiesta su avanzada descomposición química. Afloramiento ubicado en el chircal al frente del Hotel del Campo; carretera Ibagué-Boquerón-Cajamarca-Tolima, de por medio. 2006. …………………………………………………………………………………………………... 112
Figura 44. Horizonte C, textura granular y minerales sueltos medianamente meteorizados. Suelo derivado de la granodiorita del batolito de Ibagué. Chircal ubicadoal frente del Hotel del Campo, carretera Ibagué-Boquerón-Cajamarca-Tolima. .…………… 116
Figura 45. Horizontes B y C, suelo derivado de la granodiorita del batolito de Ibagué Chircal ubicado al frente del Hotel del Campo. Carretera Ibagué- Boquerón-Cajamarca-Tolima. 2006. …………………………………………………………………………………………. 118
Figura 46. Perfil de un suelo residual, eluvio, mostrando sus horizontes orgánicos y minerales. Meseta de Ibagué. Avenida 60ª con Avenida Guabinal. Casco urbano de Ibagué-Tolima. 2006. ………………………………………………………………………………… 119
pág.
Figura 47. Carbonato de calcio granular depositado en forma aérea sobre andesitas.Meseta de Ibagué. Hacienda La Palma. Buenos Aires-Tolima. 2007 ………………………… 123
Figura 48. El ciclo hidrológico y el flujo del agua subterránea. 2006. ………………………… 127
Figura 49. Tipos de acuíferos y de pozos perforados. 2006. ………………………………….. 128
Figura 50. Distribución vertical del agua subterránea. 2006. ……………………………........... 129
Figura 51. Pozo profundo La Palmera I construído sobre un acuífero artesiano saltante. Hacienda La Palmera. Doima-Tolima. 2006. ……………………………………………………. 130
Figura 52. Capas horizontales y planas de conglomerados, areniscas, areniscas conglomeráticas y conglomerados arenosos de la Meseta o Abanico de Ibagué, de edad cuaternaria. Carretera Buenos Aires-Payandé-Tolima. ………………………………………… 131
Figura 53. Pésimo diseño, ubicación, construcción y explotación de un aljibe. Vereda Potrerillo-Chicoral-Tolima. 2007 . …………………………………………………………………… 132
Figura 54. Pozo profundo La Palmera II. Hacienda La Palmera. Doima-Tolima. 2006. …… 133
Figura 55. Contaminación del agua subterránea. ………………………………………………. 133
Figura 56. Panorámica del Abanico o Meseta de Ibagué, geoforma plana, y al fondo cerros de la formación rocosa sedimentaria del Guadalupe. Doima-Tolima.2006. ………………….. 135
Figura 57. Geoformas planas y abruptas. Cañón del río Combeima. Carretera Ia variante Ibagué-Armenia. Ibagué-Tolima. 2006. …………………………………………………. 137
Figura 58. Quebrada afluente del río Combeima mostrando valle en V, de paredesempinadas y grandes saltos y cascadas. Cañón del río Combeima. Villarrestrepo-Ibagué-Tolima. 2006. …………………………………………………………………………………………. 138
Figura 59. Perfil geológico idealizado del valle del río Combeima a la altura de Ibagué- Tolima. ……………………………………………………………………………………………..... 142
LISTA DE CUADROS
pág.
Cuadro 1. Clasificación megascópica de las rocas ígneas. …………………………………… 69
Cuadro 2. Clasificación de las rocas sedimentarias. …………………………………………… 85
Cuadro 3. Clasificación de las rocas con metamorfismo regional. …………………………….95
INTRODUCCIÓN
Este Manual de Geología Agrícola tiene por objeto facilitar el aprendizaje de la geología y destacar su importancia y aplicación en las asignaturas de suelos, que se cursan en Agronomía y en las Ingenierías Agronómica, Forestal y Agrícola, entre otras. Está dirigido a estudiantes de los primeros semestres, pues dentro del currículo de las disciplinas mencionadas, la geología es una asignatura básica, de fundamentación científica, que sirve para explicar y comprender gran parte de las características y propiedades de los suelos. En el pasado, la cátedra de geología se orientaba con base a un Manual de Geología, que al agotarse las copias disponibles para los estudiantes y haberse dificultado su reimpresión, determinaron su revisión, reorientación y actualización.
Aunque casi todos los fenómenos geológicos inciden en la generación de los suelos, se enfatiza en la composición, propiedades físicas, origen y estabilidad química de los minerales y las rocas, para contribuir a la comprensión de la fertilidad, la textura y otras características conexas con los suelos.
El Manual de Geología Agrícola contiene temas expuestos a través del tiempo en la cátedra de Geología General, programada para estudiantes de las Ingenierías Agronómica y Forestal de la Universidad del Tolima, conceptos geológicos actualizados presentes en textos corrientes de suelos y de geología general y física, apuntes y conferencias de profesionales de la geología y vivencias, publicaciones y ejemplos de tipo geológico, identificados por el autor a través de su ejercicio profesional y de su labor docente. Algunos conceptos, por su importancia para las ciencias agrícolas, se exponen reiterativamente.
Para facilitar la realización de las prácticas de geología de campo, de los estudiantes de geología de la Universidad del Tolima, los ejemplos y las fotografías de carácter geológico que contiene el
Manual de Geología Agrícola, en su mayoría, se refieren a rocas y minerales presentes en el departamento del Tolima o en zonas aledañas a Ibagué.
Algunos de los cuadros y las figuras se tomaron de textos de geología, suelos e Internet, aunque gran parte de las fotografías y dibujos los aportó el autor.
El orden y los temas de los capítulos se ajustan a la secuencia del Programa de Geología, que se cursa en la Universidad del Tolima y varias normas de presentación y estilo se sacrifican en aras de la compactación del escrito.
En términos generales, el Manual de Geología Agrícola hace referencia a los minerales y rocas y a la meteorización de los mismos, cuyo estudio corresponde a la geología, y a su transformación en suelos, concepto éste último, más del campo de las ciencias agrícolas.
1. RELACIÓN ENTRE LA GEOLOGÍA Y LAS INGENIERÍAS AGRONÓMICA Y FORESTAL
La litosfera es la porción rocosa más exterior del planeta y parte de su capa externa está constituida por sedimentos sueltos, no transportados, resultantes de la meteorización de rocas y minerales. Estos productos constituyen la corteza de meteorización, y esta es una de las formaciones continentales que se denominan eluvios. Los suelos residuales, se encuentran en el mismo sitio en que se formaron, son constituyentes de los eluvios y están dentro de la corteza de meteorización. Los materiales productos de la meteorización de las rocas acarreados, originan rocas sedimentarias, depósitos sedimentarios y parte de los suelos transportados. Desde el punto de vista de la geología, el suelo, sin la materia orgánica, corresponde al producto de la meteorización de las rocas, formadas éstas por minerales, y unas y otros, son objeto del estudio de esta ciencia. Sin embargo, entre las rocas y los suelos actúan los procesos de meteorización para desintegrar y descomponer los minerales que las forman, dando así origen a los suelos con características que dependen de las rocas que los originan, sin desconocer la influencia del clima y otros factores determinantes. Los suelos del área de piedemonte de Ibagué, contienen arcillas y se utilizan para la elaboración de ladrillos, cuya principal materia prima es, precisamente, la arcilla. Como resultado de lo anterior, se encuentran en la zona varios chircales, ladrilleras artesanales, productoras de ladrillos de calidad deficiente. Un especialista diría que la textura de los suelos mencionados es arcillosa y que la arcilla es inmadura, residual, no transportada, porque los ladrillos no exhiben acabados estéticos para emplearlos en fachadas o exteriores. También afirmaría, que los suelos son residuales, o sea, que las rocas que les dieron origen se meteorizaron en el mismo lugar donde se encuentran actualmente los suelos. Estas afirmaciones tienen explicaciones geológicas, puesto que las rocas de las cuales se derivaron los suelos en mención, hacían parte del flanco Oriental de la cordillera Central y se deslizaron hacia el piedemonte de la Meseta de Ibagué, lugar donde se meteorizaron y originaron los suelos residuales arcillosos. Como éstas rocas contienen más del 50% de minerales que al meteorizarse originan arcillas, fragmentos menores de 1/256 mm de diámetro, pues los suelos igualmente contienen este tipo de material arcilloso. Vale decir, la textura del suelo la determinan el clima y el tipo de roca del cual proviene quedando de esta manera muy demostrada, la relación existente entre geología y suelos; incluso, sin haber mencionado la fertilidad de los mismos, que
depende parcialmente de la composición química de los minerales que formaban la roca que los originó.
Por lo explicado, las Ingenierías Agronómica y Forestal tienen acentuada relación con los suelos, y por lo tanto, ésta relación es estrecha también con la geología.
2. LA TIERRA, EL ESPACIO Y EL UNIVERSO
Leet y Judson indican:
“el espacio es la extensión sin límites en todos los sentidos, es lo infinitamente inmenso, en donde todas las cosas están ordenadas y relacionadas; es la nada que tiene un lugar para todo. El conjunto de todo cuanto podemos ver y no ver, es decir, todo lo existente, es lo que comprende el universo. En las noches mirando al espacio desde la tierra se observan incontables puntos de luz, son estrellas, que permanecen en las mismas posiciones relativas y aparentes unas con respecto de las otras. Pero, entre ellas hay unas cuantas que se mueven constantemente; éstos son los planetas. Y esparcidos por ese espacio infinito hay confusos manchones de luz, que no se reconocen como puntos bien definidos y que corresponden a las nebulosas”1.
Todo lo anterior, se puede ver desde la tierra y constituye nuestra galaxia, denominada Vía Láctea. Las galaxias, además, contienen cúmulos de estrellas, moléculas complejas, rayos cósmicos, hidrógeno atómico y molecular, compuestos de hidrógenos, carbono y silicio, entre otros elementos químicos. El sol es una estrella media compuesta principalmente de hidrógeno y helio y constituye una de las tantas presentes en la Vía Láctea. El Sistema Solar comprende el sol, 8 planetas -Plutón fue excluido en el año 2006 y se le definió como un planeta enano- siendo la tierra uno de ellos, 39 satélites, cuerpos celestes que giran alrededor de los planetas, millares de asteroides*, multitud de cometas** e incontables millones de meteoros. Precisar el origen del universo está fuera del alcance de estas notas y en cuanto al origen del Sistema Solar y de la tierra; se esbozarán brevemente algunas teorías.
2.1 TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR Y DE LA TIERRA
Como afirman Leet y Judson2, existen diversas hipótesis como la Nebular, la cual considera que el Sistema Solar se formó a partir de una nebulosa o globo gigantesco de gases muy calientes, los cuales al enfriarse se condensaron y emitieron anillos, que con el tiempo formaron el sol y los planetas.
____________1LEET, Don y JUDSON, Sheldon. Fundamentos de Geología Física. 4ª Ed. Méjico : Limusa, 1980. p. 29 – 41.
2Ibid., p. 40.
*Planetas pequeños o menores que giran en órbitas elípticas, la mayoría entre las órbitas de los planetas Marte y Júpiter.
**Cuerpo celeste relativamente pequeño, que gira alrededor del sol, formado por un núcleo poco denso, hielo y roca, y una atmósfera luminosa. Según Leet y Judson, la teoría Planetesimal afirma: “los fragmentos producidos por el choque del sol con otra estrella, dio origen al Sistema Solar”3. Se plantea igualmente que, el paso del sol muy cerca de otra estrella, produjo fragmentación y la formación de su sistema. Otra teoría se relaciona con el posible encogimiento del sol: al principio, era de gran tamaño y de él, se desprendieron anillos de materia, que constituyeron el Sistema Solar. Por último, se considera que la unión y compactación de enormes nubes de partículas de polvo cósmico, formaron el Sistema Solar, actual.
2.2 FORMA, TAMAÑO, MOVIMIENTOS Y OTRAS CARACTERÍSTICAS DE LA TIERRA
2.2.1 Forma. Según lo expresado por Emmons, Allison, Stauffer y Thiel4, la tierra es un cuerpo esferoidal, algo aplanado hacia los polos. El allanamiento se debe al movimiento rotacional y al potente campo gravitacional creado a su alrededor.
2.2.2 Características. La tierra posee las siguientes características:
Forma: casi esférica.Circunferencia media: 40.009 km, aproximadamente.Diámetro medio: 12.742 km, aproximadamente Volumen: 1.083x109 km3.Superficie: 510x106 km2.Masa o peso: 5,6x1021 toneladas.Período de revolución: 365 ¼ días.Período de rotación: 24 horas.Inclinación del eje: 23 ½ grados.
2.2.3 Movimiento de rotación. Las horas diarias de oscuridad y de luz se producen por la rotación de la tierra alrdedor de su eje. La tierra gira alrededor del eje polar en el sentido W-E, dando una vuelta completa sobre sí misma en un día sideral, de aproximadamente 23 horas y 56 minutos de duración. El movimiento rotacional determina la sucesión de los días y las noches. Figura 1.
2.2.4 Movimiento de translación. De acuerdo con Emmons, Allison, Stauffer y Thiel5, la tierra se mueve alrededor del sol a la velocidad de 29,6 km/seg, y en su movimiento describe una órbita elíptica. El eje de rotación de la tierra se inclina sobre el plano de su orbita con un ángulo de 66,5 grados y mantiene este ángulo durante todo el año. El tiempo tardado en recorrer su orbita es un año sideral, aproximadamente 365,256 días. Translación es sinónimo de revolución.
____________3Ibid., p. 38.4EMMONS H, William; ALLISON S, Ira; STAUFFER R, Clinton y THIEL A, George. Geología: Principios y procesos. New York : Mc. Graw Hill, 1980. p. 14 – 16.
5Ibid., p. 16.
Figura 1. Movimientos de translación y rotación de la tierra.
Fuente: S. a. La tierra. Nuestro Planeta. [En línea]. s. c.: s. e. S. f. [Citado el 25 de noviembre de 2006 1:30]. Formato htm, 35 KB. Disponible en Internet: club.telepolis,com/geografo/general/movtierra. Complementado por el autor.
2.3 CONSTITUCIÓN DE LA TIERRA
La tierra está compuesta de materia y su definición más elemental se refiere a todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. La materia está constituida, casi en su totalidad, por la combinación química de un número relativamente pequeño de elementos químicos ionizados; algunos de ellos, se conocen desde la antigüedad como el Cu, Pb, Sn, Ag, Au, S y C. El 98,58% de la corteza terrestre la forman solamente 8 elementos. Figura 2.
Tres zonas, correspondientes, a los tres estados físicos de la materia, constituyen la tierra. La zona sólida más exterior del planeta es la litosfera. El agua superficial y subterránea es la hidrosfera. Alrededor de las zonas anteriores, existe una envoltura gaseosa que corresponde a la atmósfera.
2.3.1 El interior de la tierra. La tierra está formada por una serie de capas concéntricas de materiales diferentes, en distinto estado físico, que rodean al núcleo central. Cada una de estas capas tiene propiedades físicas diferentes. Según lo expresado por Gorshkov y Yakushova6, el radio de la tierra es de aproximadamente 6.321 km, aunque, el hombre en forma directa conoce menos de 50 km, por medio de perforaciones realizadas por empresas petroleras y por programas multinacionales de investigación geológica. La información adicional se obtuvo por métodos
____________6GORSHKOV, G. y YAKUSHOVA, A. Geología general. 2ª Ed. Moscú : Mir, 1980. p. 21 – 35.Figura 2. Abundancia relativa de los elementos químicos más comunes en la corteza terrestre.
Fuente: EMMONS H, William; ALLISON S, Ira; STAUFFER R, Clinton y THIEL A, George. Geología : Principios y procesos. New York : Mc. Graw Hill, 1980. p. 62. Complementada por el autor.
indirectos, como los geofísicos, que mediante la interpretación de medidas físicas como la masa, resistividad eléctrica, velocidad de ondas, magnetismo, conductividad eléctrica, entre otras, que se obtienen sobre la superficie del terreno, y con criterio geológico; se logra auscultar e interpretar cuanto existe hasta el centro de la tierra. La prospección sísmica es un método geofísico de gran utilidad, que mide la velocidad de las ondas sonoras a través de las rocas, y a su empleo se debe gran parte del conocimiento de la constitución de la tierra. Mediante la sísmica se logró dividir la tierra en tres zonas: corteza, manto y núcleo. Figura 3.
Por estudios de sísmica, mediante la velocidad de avance de las ondas, se reconocen el espesor, la profundidad, el tipo de roca y sus propiedades, así como el estado físico de las mismas. Esta herramienta es de gran utilidad en la prospección de depósitos de hidrocarburos y las compañías petroleras la emplean, a menudo, tanto en Colombia como en el exterior. Cuando se efectúan estudios de sísmica se advierten por la gran cantidad de cables extendidos y por la producción de ondas sonoras, generadas por pequeñas explosiones o por dejar caer sobre la superficie objetos de gran peso y tamaño. Las ondas de mayor utilidad son las longitudinales, las transversales y las superficiales. Las de compresión y las de expansión, conocidas como sonoras o longitudinales, se propagan en medios sólidos, líquidos y gaseosos.
De acuerdo a Leet y Judson7, las ondas transversales sólo se transmiten a través de materiales sólidos. Las superficiales se propagan en cualquier tipo de materia. Los estudios sobre la forma de transmisión de las ondas a través del interior de la tierra y sobre la superficie de la misma, aportaron
____________7LEET y JUDSON, Op. cit., p. 142 – 143.Figura 3. Estructura física de la tierra.
Fuente: LEET, Don y JUDSON, Sheldon. Fundamentos de Geología Física. 4ª Ed. México : Limusa, 1980. p. 350. Complementada por el autor.
información sobre la estructura física del planeta, desde la superficie hasta su centro. Así se comprobó que las ondas terrestres viajan a velocidades mayores a través de las rocas simáticas y se retardan en las siálicas. Mediante el empleo de las ondas se logra, igualmente, establecer los sitios donde se encuentran las cámaras magmáticas. En síntesis, la geofísica, a través de la sísmica, ha permitido auscultar el interior de la tierra y desentrañar todo cuanto allí sucede. En la actualidad, debido al incremento de la tecnología, las perforaciones exploratorias se hacen cada vez más profundas; no obstante, es utópico pensar que reemplazarán a la información suministrada por la geofísica.
Leet y Judson indican : “cuando las ondas terrestres pasan de un material a otro sufren deflexión, del mismo modo
como las ondas luminosas se desvían al pasar por una lente. Los datos sísmicos confirman como en el interior de la tierra existen lugares donde las ondas registran cambios en las propiedades físicas del material rocoso. El límite o contacto entre los diferentes materiales se denomina Interfase o Discontinuidad. El científico Mohorovicic concluyó que la velocidad de las ondas longitudinales y transversales aumentaba bruscamente a partir de los 48 km de profundidad”8.
____________8Ibid., p. 347.Según Leet y Judson9, este cambio de velocidad indica el cambio del tipo de material rocoso atravesado por las ondas. Esta discontinuidad, por comodidad, se conoce como Moho y marca el límite entre la corteza terrestre y la parte superior del manto.
La profundidad del Moho varía en distintas partes del continente. La más delgada es de 35 km y la más gruesa de 56 km. Las ondas sísmicas permiten establecer que la corteza terrestre tiene tres
capas: la primera, es de composición granítica; la segunda, es simática y la tercera, basáltica. El conocimiento de la corteza oceánica se basa en la información de las rocas que afloran en las islas volcánicas, y naturalmente, mediante el estudio de las ondas. La corteza oceánica es, en general, más delgada que la continental; es de composición simática y en el océano Pacífico, tiene 4,8 km de espesor.
Debajo de la corteza terrestre se encuentra el manto, el cual se extiende hasta aproximadamente 2.800 km de profundidad. Se sabe que es sólido, porque transmite las ondas transversales, las cuales incrementan su velocidad a medida que se profundizan; por esto, se cree que la parte superior es menos rígida que la inferior.
El núcleo se encuentra desde los 2.880 km hasta el centro de la tierra, a 6.321 km de profundidad, y tiene dos zonas: la exterior de 2.176 km y un núcleo interno con radio de 1.265 km. La zona externa no es sólida y se cree que es más líquida que gaseosa. A 4.056 km, la velocidad de las ondas se incrementa, indicando que el interior del núcleo es sólido. El último concepto difiere del conocimiento general que considera que el núcleo contiene sólo material fundido.
2.3.2 Procesos geológicos de la tierra. Gorshkov y Yakushova10, señalan también, que a través de su existencia, la tierra pasó por una serie de cambios y de hecho, nunca permaneció idéntica a cuanto fue en el momento anterior. La tierra cambia continuamente su constitución, estado físico, aspecto exterior, posición en el universo y su interrelación con los demás miembros del Sistema Solar. Es difícil afirmar algo sobre los cambios sufridos por la tierra en la etapa de formación, aunque, no cabe duda que, fueron complejos y se relacionaron con condensación de la materia y el modelado de la misma. La historia de la tierra, después de su formación, se supedita a las acciones mutuas y a variaciones de las fuerzas que hoy siguen actuando en el seno del globo terráqueo y que se pueden investigar con mayor o menor grado de precisión. Pertenecen a estas fuerzas la atracción mutua entre las partículas constituyentes del globo terrestre, así como las fuerzas gravitacionales de acción recíproca entre la tierra, la luna, el sol y los planetas; las fuerzas rotacionales o sea las relacionadas con la rotación de la tierra en torno a su eje y con las variaciones de velocidad de esa rotación; las fuerzas que se originan en el interior de la tierra como resultado de las variaciones del calor presente en ella, es decir, cambios de la temperatura en las profundidades de la tierra; las fuerzas generadas por procesos de transformación química de las sustancias en el interior de la tierra y modificaciones del estado de agregación de la materia en condiciones de altas temperaturas y presiones. Finalmente, las fuerzas relacionadas con los agentes externos que
____________9Ibid., p. 348.
10GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 24 – 26.inciden sobre la tierra, debido en especial a la la influencia del sol, que afecta las masas de agua y aire, poniéndolas en movimiento. Estos cambios se identifican como endógenos -ocurren por debajo de la superficie del terreno-; y exógenos, sobre la superficie de terreno. Unos y otros se interrelacionan y condicionan los efectos de gradación.
2.3.2.1 Procesos geológicos de la corteza terrestre. Gorshkov y Yakushova11, afirman que los procesos geológicos que operan en la corteza terrestre son: gradación, magmatismo y diastrofismo. La gradación comprende la erosión de las rocas –degradación- y la sedimentación de los materiales rocosos –agradación-. El magmatismo se refiere a todos los movimientos del material rocoso fundido y a la formación de rocas ígneas a partir de magmas. El diastrofismo incluye el
movimiento de las partes sólidas de la tierra y sus efectos como diques, silos, pliegues, fallas y diaclasas.
La figura 4, muestra el cauce del río Combeima con sedimentos de varios tamaños erosionados de la parte alta del cañón y que al entrar el río en el área de piedemonte, pierde pendiente y capacidad de transporte, iniciando el proceso de agradación, sedimentación, el cual se manifiesta en el sinnúmero de fragmentos depositados sobre su cauce y a los lado del mismo.
Figura 4. Proceso de sedimentación, agradación, de fragmentos de diversos tamaños sobre el cauce del río Combeima. La Vega. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
____________11Ibid., p. 557 – 600.
3. MINERALES Y CRISTALES
3.1 MINERALES
Conforme a lo expresado por Hurlbut Junior y Klein12, los minerales son compuestos químicos sólidos, naturales e inorgánicos, con composición química y características físicas definidas o que varían dentro de un rango muy pequeño; además, tienen estructura u ordenamiento interno tridimensional. Aparecen en pequeñas cantidades en forma individual, aunque la mayor parte de ellos, se encuentran formando las rocas.
Por ser compuestos químicos están constituidos por la combinación química de elementos químicos ionizados. Inicialmente, forman moléculas de tamaño microscópico que al aglutinarse de manera ordenada en tres direcciones y en cantidades considerables, originan compuestos químicos megascópicos, los cuales se aprecian a simple vista y sin la ayuda de aparatos ópticos que amplifiquen su tamaño.
Hurlbut Junior y Klein13, consideran que a la definición de mineral se le deberían agregar las palabras normalmente inorgánicos para poder incluir dentro del dominio de la mineralogía, los pocos compuestos producidos orgánicamente que se acoplan a la definición de mineral. La concha de una ostra y la perla que puede llevar en su interior están en su mayor parte constituidas por aragonito, carbonato de calcio, idéntico al mineral producido por procesos inorgánicos. El hierro y el azufre que se forman por la acción de bacterias, son definidos por los autores como minerales. A pesar de lo expuesto, en este escrito, sólo se considerarán minerales a los compuestos químicos inorgánicos que tengan el resto de las características establecidas para los minerales.
En forma individual o como formadores de rocas bajo la acción del intemperismo químico*, los minerales sufren alteraciones en su estructura molecular y generan nuevos compuestos químicos, algunos de ellos, solubles que pueden ser succionados por las raíces de las plantas, y se convierten en nutrimentos para el crecimiento y desarrollo de la vegetación. Entonces, entre más compleja sea la fórmula química de un mineral, mayor es la posibilidad de generar compuestos químicos nuevos dentro del suelo, es decir, se cuenta con más cantidad de nutrimentos para el alimento de las plantas. La biotita cuya fórmula química es K(Mg,Fe)3(AlSiO10)(OH)2 tiene más complejidad que la
____________12HURLBUT Junior, Cornelius S. y KLEIN, Cornelis. Manual de mineralogía de Dana. 3ª Ed. Barcelona : Reverté, 1982. p. 1.
13Ibid., p. 2.
*Sinónimo de meteorización química. Consiste en la transformación de los minerales en nuevos compuestos químicos bajo la acción de agentes químicamente activos, como agua, ácidos orgánicos, dióxido de carbono, ácido carbónico y oxígeno, entre otros.fórmula del cuarzo, SiO2; por lo tanto, es un mineral que aporta mayor cantidad de elementos químicos al suelo; a partir de ella, se pueden formar diversos compuestos solubles que servirán como nutrimentos para las plantas.
Aunque la parte mineral es determinante en la fertilidad de un suelo, no es la única. La materia orgánica transformada en Humus o Mantillo*, también genera nutrimentos. Cuando los minerales se transforman, los nuevos productos químicos o los remanentes de los mismos, pueden tener tamaños diferentes, lo cual depende del tipo de mineral y de la clase de intemperismo químico sufrido. Esto determina en últimas, el tamaño de los componentes del suelo, o sea, su textura.
Para que un compuesto químico se considere mineral, debe contar con todas y cada una de las características enunciadas y además, se debe entender que el término mineral no tiene siempre las mismas connotaciones. Un farmaceuta cuando indica que un medicamento es rico en minerales, no está afirmando que contiene halita**y yeso***; sólo está expresando que tiene elementos químicos asimilables y de provecho para el organismo de un ser vivo. Así mismo, se requiere establecer la diferencia con algunas disciplinas del saber que aseveran que el agua, el petróleo y el carbón mineral o de piedra, son minerales energéticos. El agua y el petróleo no son minerales porque son líquidos y el carbón de piedra a pesar de ser sólido, carece de estructura interna tridimensional, es
decir, no la constituyen cristales. Los diamantes y las esmeraldas producidas artificialmente en los laboratorios tienen casi todas las características de un mineral, incluyendo su estructura interna cristalina, sin embargo, como no aparecen naturalmente en la litosfera o por debajo de ella, no se consideran como tales. El hielo, agua cristalizada y sólida, sólo si es natural como el presente en los nevados y en los polos de la tierra, es mineral. El producido por el hombre, a través de la congelación del agua es antrópico, y por consiguiente, no se considera un mineral.
Se han descubierto más de 2.000 minerales, aunque en forma directa, un observador entrenado no reconoce más de 100. Los minerales que al meteorizarse dan origen a los suelos determinando en gran parte la fertilidad y la textura de los mismos, no superan los 30, y en su mayoría, son silicatos. Una roca como la granodiorita del batolito de Ibagué se clasifica en forma directa con base en 5 ó 6 minerales, todos silicatos, megascópicos y de gran abundancia, aunque contiene más de 20 minerales microscópicos, en cantidades reducidas, que poco influyen en la fertilidad y la textura del suelo producido. Figura 5. Bajo condiciones naturales especiales los minerales pueden externamente reproducir su estructura interna. Los minerales de formas poliédricas, con caras geométricas lisas y pulidas se denominan Euhedrales. Aquellos con caras geométricas medianamente desarrolladas son Subeuhedrales y los amorfos externamente, a pesar de su orden
____________*Sustancias resistentes de colores oscuros a negruzcos, amorfas y coloidales, modificadas a partir de tejidos vegetales ordinarios o sintetizadas por los organismos del suelo.
**Mineral de fórmula química NaCl, altamente soluble, cristaliza en el sistema Cúbico, Regular o Isométrico y es de orígen evaporítico.
***Mineral del grupo de los sulfatos, cuya fórmula química es CaSO4. 2H2O. Figura 5. Panorámica de Cerro Gordo, roca ígnea intrusiva de composición granodiorítica y perteneciente al batolito de Ibagué. En primer plano, sedimentos del río Combeima, principalmente cantos rodados de lavas andesíticas, y al fondo, el cerro de La Martinica, igualmente ígneo. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
interno tridimensional, son Anhedrales
Mina Vieja, yacimiento de Cu ubicada en el municipio de Payandé-Tolima, tiene minerales Euhedrales como pirita de hierro, wollastonita*, calcita, figura 6, y granate, entre otros. También presenta minerales Anhedrales como cuarzo, calcopirita y epidota.
3.1.1 Origen de los minerales. Según Williams, Turner y Gilbert14, los minerales se originan a partir de procesos geológicos internos y externos. La mayor parte se forman en el interior de la tierra y provienen del enfriamiento, endurecimiento y cristalización de magmas que dan origen a las rocas ígneas intrusivas profundas o someras, con minerales de tamaño megascópico y ocasionalmente microscópicos y megascópicos. En los alrededores de Ibagué y como cerros tutelares del casco urbano de la ciudad, aparece el batolito* de Ibagué, roca ígnea intrusiva plutónica, de composición cuarzodiorítica a granodiorítica, formada a grandes profundidades, cuyos minerales son de origen magmático. Ver figura 5. Los magmas cristalizados sobre la superficie del terreno, ocasionan minerales microcópicos de origen magmático.
____________*Mineral indicador de metamorfismo de contacto, resultante de la combinación química de la calcita y soluciones de sílice. En Mina Vieja, mina de cobre abandonada, localizada en Payandé, es frecuente encontrar este mineral.
14WILLIAMS, Howel; TURNER, Francis y GILBERT, J. Petrografía. Méjico : Compañia Editorial Continental, 1969. p. 58 – 59.Figura 6. Cristal euhedral de calcita, CaCO3, ligeramente blanco, brillo vítreo, exfoliación en tres direcciones y cristalización romboédrica. Se advierten las superficies de debilidad, a través de los planos de exfoliación en 3 direcciones. Mina Vieja. Payandé-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
Algunas lavas presentes en el flanco Oriental de la cordillera Central tienen minerales microscópicos y en ocasiones especiales presentan mezclas de minerales megascópicos y microscópicos. Las lavas andesíticas localizadas en los alrededores del volcán-nevado del Tolima y
en los cortes de la carretera de la variante Ibagué-Armenia, se formaron por el emplazamiento de magmas superficiales, sus cristales son microscópicos, también de origen magmático y son principalmente de plagioclasa, hornblenda y biotita. Figura 7.
Existen magmas que cristalizan en el espacio; son el producto de explosiones violentas a través de los cráteres de los volcanes, que al consolidarse a grandes alturas originan rocas con minerales microscópicos y material no cristalizado. La pómez o pumita, por ejemplo, es una roca piroclástica, altamente porosa y permeable, formada por plagioclasa, hornblenda y cantidades variables de vidrio, que se define como material lítico sin ordenamiento interno tridimensional. En el Pármo de Letras, sobre la carretera Fresno-Manizales, se encuentran grandes depósitos de pumita. Figura 8.
____________*Cuerpo ígneo intrusivo plutónico, de cualquier forma, edad y composición, al cual no se le conoce el fondo, aunque sus afloramientos deben contar con más de 100 km2 de área. El batolito de Ibagué es de composición granodiorítica y aflora en más de 1.000 km2, en los alrededores de Ibagué y en el Norte y Sur del departamento del Tolima.
Figura 7. Lavas andesíticas con textura afanítica. Carretera la variante Ibagué-Armenia. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
Todos los minerales de origen ígneo que forman los anteriores tipos de rocas son primarios y de
Figura 8. Piedra pómez o pumita. Roca piroclástica. Páramo de Letras. Carretera Fresno-Manizales. Departamento del Tolima. 2006.
Fuente: el autor.origen magmático, puesto que las rocas primarias son las ígneas. Las sedimentarias y metamórficas son secundarias.
De acuerdo a Hurlbuth Junior y Klein15, algunos minerales como el azufre, se forman a partir de gases que salen a través de los cráteres o fracturas de los volcanes. El S2 y el H2S se escapan de los magmas en proceso de enfriamiento y por oxidación parcial o sublimado se depositan sobre las rocas situadas en las paredes de las fracturas o de los cráteres y forman rosetas incompletas de azufre. El S2 se deposita directamente y el H2S se combina químicamente con el oxígeno del aire produciendo S2 y H2O. Los depósitos de azufre de la quebrada La Hedionda, localizada en el departamento de Caldas, provienen del volcán-nevado del Ruíz y los de la mina El Vinagre, municipio de Puracé-Cauca, corresponden al volcán Puracé.
La figura 9, indica azufre de origen volcánico, de color amarillo, sobre los planos de foliación de esquistos verdes diaclasados y con buzamiento casi vertical, derivados de gases volcánicos
Figura 9. Esquistos cloríticos-actinolíticos-plagioclasa, esquistos verdes, diaclasados, con buzamiento casi vertical, conteniendo azufre en los planos de foliación, a través de los cuales circularon los gases azufrados provenientes del volcán-nevado del Tolima. Carreteable Ibagué-Juntas- El Silencio-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
____________ 15HURLBUT Junior y KLEIN, Op. cit., p. 244.provenientes del volcán-nevado del Tolima. Estos depósitos afloran 200 m antes del caserío de Juntas, sobre el carreteable Ibagué-Juntas- Nevado del Tolima. La figura 10, muestra costras de
Figura 10. Cristales de azufre de origen volcánico sobre lava andesítica argilizada. Mina El Vinagre. Municipio de Puracé-Cauca. 2006.
Fuente: el autor.
azufre depositado sobre lavas andesíticas de la mina El Vinagre, ubicada en el municipiode Puracé-Cauca. La andesita, por el efecto de las altas temperaturas de los gases volcánicos está argilizada, vale decir, gran parte de la plagioclasa se convirtió en arcilla.
El azufre presenta bajo punto de ignición y en la figura 10, se aprecia una mancha de color oscuro producto de la combustión del mismo.
Según Leet y Judson16, las fuentes termales son manantiales gravitacionales calientes, cuyas aguas tienen temperaturas de 4° a 8 º C, por encima de la temperatura ambiente; afloran en las regiones volcánicas asociadas a grietas o fallas. El agua caliente aumenta su capacidad de disolución, aunque se enfría cuando alcanza la superficie del terreno, precipitando las sustancias disueltas. Los depósitos de carbonato de calcio existentes en la carretera Tapias-Toche-Tolima, en la quebrada Aguascaliente, precipitan el mineral travertino, que es calcita asociada a aguas calientes. En los termales de El Rancho-Tolima, se presenta igualmente la precipitación de travertino.
Los géiseres son manantiales no gravitacionales, calientes e intermitentes; sus aguas y vapores de ____________16LEET y JUDSON, Op. cit., p. 189.agua contienen muchas sustancias disueltas que al llegar a la superficie y disminuir su temperatura se precipitan y progresivamente, forman depósitos a manera de columnas cilíndricas, cuya composición corresponde a la de los minerales contenidos en las grietas de las rocas a través de las cuales se desplazaron el agua y el vapor caliente. En la quebrada Aguascalientes, 50 m abajo de la carretera Tapias-Toche-Tolima y en dirección del cauce del río Toche, aparecen columnas cilíndricas hasta de 2 m de altura, de la geiserita, formada por la precipitación de calcita y cuarzo.
Según Gorshkov y Yakushova17, la calcita, carbonato de calcio, se disuelve con facilidad aún en agua químicamente pura, aunque su poder de disolución se incrementa a medida que contiene iónes o sustancias adicionales disueltas. Los ríos y quebradas que cruzan regiones donde afloran calizas, roca formada principalmente por calcita o CaCO3, como en Payandé-Tolima, contienen mucho carbonato de calcio en solución, que para permanecer disuelto en el agua requiere la presencia de dióxido de carbono. Cuando el CO2 se escapa del agua se produce la precipitación de carbonato de calcio, en ambientes someros y aguas frías, y se originan las tufas calcáreas, rocas sedimentarias precipitadas, porosas y esponjosas, cuyo mineral predominante es la calcita.
Las cuencas evaporíticas se caracterizan por contener aguas estancadas o semiestancadas y por presentar abundante evaporación, en contraste con la baja precipitación pluvial. Como cuanto se evapora de una disolución es el disolvente, progresivamente la solución pasa de diluida a saturada y finalmente a sobresaturada, hasta precipitar, originando minerales precipitados o evaporíticos. Los depósitos de halita marina son de esta clase, y en las playas del Cabo de la Vela-Guajira, el agua salada que invade el continente se evapora, dando origen a la halita que se manifiesta en forma de espumas blancas, de gran tamaño. En el Alto de Gualanday, sobre la carretera Buenos Aires-Gualanday-Tolima, las arcillolitas de la formación Gualanday Medio que son de ambiente continental y afloran interestratificadas en areniscas inmaduras, contienen cristales de yeso Selenita, producto de la precipitación de soluciones de CaSO4, en ambientes evaporíticos continentales. A partir del agua y del vapor de agua, por descenso de la temperatura y a presión constante, se forman cristales de hielo, cuya estructura interna es hexagonal y el hábito de ocurrencia es macizo y granular. Las capas de nieves perpetuas presentes en los volcanes-nevados
colombianos, como el Ruíz y el Tolima, es un indicio de la manera como se forma el mineral hielo bajo condiciones estrictamente naturales.
3.1.2 Tipos de minerales. Según Hurlbut Junior y Klein18, los minerales formados por un sólo elemento químico se denominan Monoelementales o Elementos Nativos y se caracterizan por su alta estabilidad química, lo cual determina su gran valor económico. La figura 11, muestra oro puro incrustado en cuarzo de color amarillo y ausente de oxidación, lo cual ratifica su gran estabilidad química. Se conocen aproximadamente 20 minerales entre metálicos*, submetálicos y
____________17GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. Cit., p. 518.
18HURLBUT, Junior y KLEIN, Op. Cit., p. 229 – 231.
*Exhibe el aspecto de los metales.
Figura 11. Oro nativo de color dorado, brillo metálico, opaco, incrustado dentro de cuarzo anhedral, con brillo vítreo e incoloro.
Fuente: FABRE MINERALS. Buscador de minerales : Fotografías, texto y diseño de Fabre Minerals. [En línea]. California(USA) : s. e, 1996-2006. [Citado 27 de septiembre de 2006 11:00]. Formato PHP, 51 KB. Disponible en Internet : www.fabreminerals.com/buscador_minerales.php.
no metálicos**. El oro aluvial del río Saldaña en Ataco-Tolima y el platino aluvial del departamento
del Chocó son minerales metálicos, mientras el grafito, presente en los esquistos negros delGrupo Cajamarca, que afloran en la carretera Ibagué-Cajamarca-Tolima- y el azufre existente en elcomplejo volcánico Ruíz-Tolima, son ejemplos de mineralizaciones de elementos nativos, no metálicos. Los minerales polielementales, formados por dos o más elementos químicos, sobrepasan los 2.000 y forman los diversos tipos de rocas. La mica biotita, de color café a negro, tiene brillo submetálico y es polielemental.
3.1.3 Minerales presentes en las rocas. Las rocas contienen minerales esenciales y accesorios. Esta diferenciación obedece a que dichos minerales aparezcan en las rocas en cantidades superiores o inferiores al 10%. Los esenciales componen la mayoría de las rocas, son los más
**Sin el aspecto de los metales.abundantes y determinan el nombre de la roca. Por ejemplo, la peridotita formada por plagioclasa y minerales máficos* como la biotita, la augita y la hornblenda. Los minerales más cuantiosos están formados por la combinación química de los 8 elementos químicos más abundantes en la naturaleza: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K y Mg; además, algunos son los más estables químicamente. Los silicatos que son el grupo de mayor número de minerales, se causa justamente por la combinación de O y Si, que en su orden son los dos elementos químicos más abundantes en la naturaleza y que ordinariamente se combinan químicamente, con cualquiera de los otros seis elementos químicos que le siguen en abundancia. El cuarzo, SiO2, mineral de mayor ocurrencia en la tierra, está formado por los dos elementos químicos más cuantiosos; así mismo es el mineral de mayor estabilidad química dentro de los silicatos. Los minerales accesorios aparecen en las rocas en bajas proporciones y son de tamaño microscópico. La magnetita, el apatito, la ilmenita y el zircón son minerales accesorios típicos de rocas ígneas de composición intermedia a ácida, como la granodiorita del batolito de Ibagué.
3.2 CRISTALES
Hurlbut Junior y Klein, dictaminan: “Los cristales se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores. Los átomos en estos estados desordenados tienen una disposición al azar, sin embargo, al cambiar la temperatura, presión y concentración pueden agruparse en una disposición ordenada característica del estado cristalino”19.
Emmons, Allison, Stauffer y Thiel20, definen a los cristales como sólidos homogéneos con estructura interna tridimensional de largo alcance, formados por la disposición ordenada de los iónes en filas o planos igualmente espaciados. Son poliedros, sólidos homogéneos con caras planas, figura 7. Todos los minerales son sustancias cristalinas, aunque no todos los cristales son minerales, pues algunos de ellos, como los diamantes artificiales, se producen en laboratorios.
3.2.1 Tipos de cristales. Los cristales se definen por la longitud y el ángulo de corte de los ejes cristalográficos. Un eje cristalográfico es una línea imaginaria que pasa por las aristas de las caras principales del cristal y su longitud está determinada por la distancia existente entre dos caras principales paralelas. Los cristales tienen 3 ejes cristalográficos, excepto el sistema Hexagonal que posee 4. Para determinar el sistema cristalográfico de un mineral se orienta el cristal de tal forma que el eje mayor sea el vertical y que una de las caras del cristal sea paralela al observador. El eje a, apunta hacia el observador, y el b, es paralelo. Los extremos superior, anterior y derecho de los ejes cristalográficos son positivos y el inferior, posterior e izquierdo son negativos.
Los sistemas cristalográficos son 6:
____________*Sinónimo de minerales ferromagnesianos, silicatos de color negro con Fe y Mg, como hornblenda, augita y biotita.19HURLBUT Junior y KLEIN, Op. cit., p. 14.20EMMONS; ALLISON; STAUFFER y THIEL, Op. cit., p. 63. Cúbico, Regular o Isométrico: tres ejes iguales cortándose a ángulo de 90º. El eje c es vertical, el a es frontal y el b lateral. La figura 12, es un cristal de halita, sal común o gema en la cual se observan iónes de Na+ y Cl-, igualmente espaciados en las tres direcciones del cristal y los ejes cristalográficos de igual longitud y cortándose a ángulos de 90º; configuran así, el sistema Cúbico, Isométrico o Regular.
Figura 12. Iónes de Cl- y Na+ igualmente espaciados, en un cristal de sal común o halita para configurar el sistema cristalográfico Cúbico, Regular o Isométrico.
Fuente: EMMONS H., William; ALLISON S., Ira; STAUFFER R., Clinton y THIEL A.,George. Geología : Pincipios y procesos. New York : Mc Graw Hill, 1980. p. 64. Complementada por el autor.
Tetragonal: Los ejes a y b localizados en el mismo plano, son iguales y se cortan a ángulo de 90º. El vertical es de longitud mayor a los anteriores y corta al plano formado por los ejes a y b a ángulo de 90º. El circón cristaliza en este sistema.Ortorrómbico: tres ejes desiguales: c>b>a, que se cortan a ángulos de 90º. A este sistema pertenece el topacio.Hexagonal: tres ejes iguales en un mismo plano cortándose a ángulos de 60° ó 120º. El cuarto eje que es el vertical y de longitud mayor a los anteriores, corta el plano formados por estos, a ángulos de 90º. El cuarzo y el berilo de la figura 3, pertenecen a este sistema cristalográfico.
Monoclínico: los ejes a y b son de diferente longitud, están en el mismo plano y se cortan a un ángulo diferente de 90º. El eje c es el vertical y más largo, y corta el plano formado por los 2 primeros a ángulo de 90º. La ortoclasa pertenece a este sistema cristalográfico.Triclínico: tres ejes de diferente longitud cortándose a ángulos diferentes de 90º. La plagioclasacristaliza en este sistema. La anterior clasificación es de Hurlbut Junior y Klein21.
La figura 13 muestra algunos minerales y su sistema de cristalización.
Figura 13. Sistemas cristalográficos y minerales euhedrales.
Fuente: EMMONS H., William; ALLISON S., Ira; STUFFER, R., Clinton y THIEL, A., George. Geología : Principios y procesos. New York : Mc. Graw Hill, 1980. p. 65. Complementada por el autor.
3.3 MINERALOIDES
Hurlbut Junior y Klein22 manifiestan que los mineraloides se forman en condiciones de presiones y temperaturas bajas y son, por lo general, sustancias formadas durante el proceso de meteorización de los materiales de la corteza terrestre. Poseen las características del mineral, excepto en su totalidad, el orden interno tridimensional. El xilópalo, madera fósil petrificada amorfa, tiene las
____________21HURLBUT Junior y KLEIN, Op. cit., p. 42.
22Ibid., p. 16.
propiedades de un mineral, aunque, posee la estructura interna de la madera, que carece de ordenamiento tridimensional; por esto, no se considera mineral sino mineraloide. En el xilópalo, las formas de la madera se conservan, permitiendo identificar el tipo de árbol y aún su edad, debido a que el intercambio de materia vegetal con la no totalmente amorfa inorgánica, ópalo: SiO2. nH2O, se efectuó molécula a molécula, todo en un ambiente excepto de oxígeno. Figura 14. El ópalo se consideraba anteriormente que carecía de estructura interna, sin embargo, estudios cuidadosos de rayos X demuestran que contiene una distribución ordenada de pequeñas esferas de SiO2.
Figura 14. Madera fósil petrificada. Xilópalo, encontrada en el paquete de rocas del Miembro Superior de la formación Honda. Municipio de Saldaña-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
El carbón mineral o de piedra, al igual que el xilópalo, tiene internamente la estructura de la madera, por esto, se le considera también como mineraloide. En el desierto de La Tatacoa, al norte del municipio de Neiva-Huila, y en los alrededores de los cascos urbanos de los municipios tolimenses de Coyaima y Saldaña, es común encontrar superficialmente fragmentos de madera petrificada, en rocas del Miembro Superior de la Formación Honda. Ver figura 14.
Los mineraloides por su poca ocurrencia, exceptuando el carbón mineral, no originan por sí sólos suelos ni son determinantes en las características de los mismos.
4. CLASIFICACIÓN DE MINERALES
De acuerdo a Hurlbut Junior y Klein23, la clasificación de los minerales, desde la mitad del Siglo XIX, se basó en la composición química y comprende 12 clases que están de acuerdo, con la práctica química corriente de nomenclatura y clasificación de los compuestos inorgánicos.
4.1 ELEMENTOS NATIVOS
Hurklbut Junior y Klein advierten: “…con excepción de los gases libres de la atmósfera solamente unos 20 elementos químicos se encuentran en estado nativo”24. Estos son metálicos como el Au y la Ag; semimetálicos como As y Bi y no metálicos como el S, diamante, C, y grafito, C. La figura 11 muestra oro puro, fresco, sin oxidar, lo cual ratifica su gran estabilidad química.
4.2 SULFUROS
Hurlbut Junior y Klein25 dicen que esta clase de minerales contiene la mayoría de las menas* metálicas y aparecen en las mineralizaciones de polisulfuros metálicos como en la mina de cobre de El Sapo, Rovira-Tolima, y en varios filones de oro con sulfuros de Ag, Pb y Zn, presentes en el departamento del Tolima. La mayor parte de los sulfuros son opacos, con peso específico alto, colores distintivos y rayas características. Los translúcidos como el rejalgar y el oropimente poseen índices de refracción altos y transmiten la luz solamente en los bordes delgados. Este grupo resulta de la combinación de elementos metálicos con S, Se o Te. Ejemplos: bornita, Cu5FeS4 galena, PbS, figura 15, calcopirita, CuFeS2, cinabrio, HgS, oropimente, AsS3, pirita de hierro FeS2, figura 16, y molibdenita, MoS2.4.3. SULFOSALES
Es un grupo diverso y grande de minerales con más de 100 especies, compuesto por Cu, Pb o Ag en combinación con S, Sb, As y Bi. Ejemplo: enargita, AsCu3S4, pirargirita, Ag3SbS3, tetraedrita, Cu12Sb4S13, jamesonita, Pb4FeSb6S14 y Bournonita, PbCuSbS3, entre otros.
Hurlbut Junior y Klein afirman: “las sulfosales difieren de los sulfuros, sulfoarseniuros y arseniuros en que el As y el Sb
____________23Ibid., p. 230 - 231.
24Ibid., p. 231.
25Ibid., p. 249.
*Mineral que tiene el elemento químico de interés económico. La galena, PbS, es la mena del Pb. Figura 15. Cristal euhedral de galena, PbS , color gris, sistema de cristalización Cúbico, Regular o Isométrico, brillo metálico, opaco, alto peso específico y exfoliación en 3 direcciones, descansando sobre un cubo de pirita de hierro, FeS 2, brillo metálico, color amarillo y euhedral. Minas de polisulfuros metálicos de Salento-Quindío y Payandé-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
juegan un papel más o menos semejante al de los metales en la estructura: en los sulfoarseniuros y arseniuros los semimetales toman el lugar del azufre en la estructura. Por ejemplo, en el mispiquel el As está sutituído por S en una estructura tipo marcasita. En la enargita Cu3AsS4, por otra parte el As entra en la posición metálica de la estructura tipo wurzita y se coordina con 4 iónes S vecinos”26.
4.4 ÓXIDOS
De acuerdo a Hurlbut Junior y Klein27, son compuestos naturales en los cuales el oxígeno aparece combinado con uno o más elementos metálicos. Ejemplos: cuprita, Cu2O, corindón, Al2O3, hematites, Fe2O3, magnetita, Fe3O4 y pirolusita, MnO2.
____________26Ibid., p. 279 - 282.
27Ibid., p. 308.La estructura del grupo de los Hidróxidos se caracteriza por la presencia del radical Oxidrilo, OH -, o moléculas de H2O. La presencia de los grupos OH- ocasiona debilitamiento en los enlaces de las estructuras en comparación con los óxidos. Ejemplos: brucita, Mg(OH)2, manganita, MnO(OH) y psilomelana, (Ba,Mn)3(OH)6Mn8O16. La combinación del oxígeno con elementos metálicos, en presencia del agua, origina los óxidos hidratados como la limonita, Fe2O3. nH2O.
4.5 HALUROS
Según Hurlbut Junior y Klein:
“la clase química de los haluros se caracteriza por el predomino de los iónes halógenos electronegativos como Cl-, Br-, e I-, que son grandes, tienen carga eléctrica de sólo -1 y se polarizan fácilmente. Cuando se combinan con cationes relativamente grandes, débilmente polarizados y de valencia baja, tanto los cationes como los aniones se comportan como cuerpos casi perfectamente esféricos.El empaquetamiento de estas unidades esféricas conduce a estructuras de la mayor simetría posible”28.
Ejemplos: halita, NaCl, silvina, KCl, criolita, Na3AlF6 y fluorita, CaF2.
4.6 CARBONATOS
Comprende los minerales cuya fórmula química incluye el radical carbonato, (CO3)=. Ejemplos: calcita, CaCO3, figura 16, magnesita, MgCO3, siderita, FeCO3, rodocrosita, MnCO3, dolomita, CaMg(CO3)2 y malaquita, Cu2CO3(OH)2, entre otros.
4.7 NITRATOSSon minerales que pueden considerarse como sales del ácido nítrico y contienen el radical NO3. Ejemplos: nitrato de Chile, NaNO3 y nitro o salitre, KNO3. Se asemejan bastante a los carbonatos, aunque los ácidos los descomponen con dificultad.
4.8 BORATOS
Contienen el radical BO3. Ejemplos: borax, [Na2B4O5(OH)4].8H2O], ulexita, NaCaB5O6(OH)6. 5H2O y colemanita, CaBO4(OH)3. H2O. Hurlbut Junior y Klein afirman que: “Dentro del grupo de minerales boratos las unidades BO 3 son capaces de polimerizarse
(de un modo parecido a la polimerización de los grupos tetraédricos SiO4 en los silicatos) en forma de cadenas, hojas y grupos múltiples aislados. Esto es posible porque el ión boro trivalente, de tamaño muy pequeño, que generalmente coordina tres oxígenos en un grupo triangular, tiene unas fuerzas de enlace a cada O de v.e. = 1, igual exactamente a la mitad de la energía de enlace del ión oxígeno”29.
____________28Ibid., p. 309. 29Ibid., p. 332 - 333.
Figura 16. Biotita de color negro, opaca, brillo submetálico, exfoliación basal. Cuarzo transparente, brillo vítreo, fractura concoidea y cristales de calcita con exfoliación en 3 direcciones, brillo no metálico y translúcidos.
Fuente: el autor.
4.9 FOSFATOS
Minerales cuya fórmula química tienen el radical fosfato, PO4. Ejemplos: apatito, Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)2, piromorfita, Pb5(PO4)3Cl, lazulita, (Mg,Fe)AL2(PO4)2(OH)6 y turquesa, CuAl6(PO4)4
(OH)8. 4H2O.
4.10 SULFATOS
Forman parte de este grupo los minerales cuyas fórmulas químicas incluyen el radical sulfato SO4. Existen sulfatos anhidros e hidratados. Ejemplos: baritina, BaSO4, celestina, SrSO4, anglesita, PbSO4, yeso, CaSO4. 2H2O, anhidrita, CaSO4 y alunita, KAl3(SO4)2(OH)6. En los municipios de Planadas, Ataco y Coyaima –Tolima- existen abundantes mineralizaciones de baritina, la mayoría de las cuales se explotaron superficialmente. En las arcillolitas correspondientes al Gualanday Medio, aparecen numerosos depósitos de yeso.
4.11 SILICATOS
Es el grupo más importante de minerales porque contiene la mayoría de los minerales esenciales componentes de las rocas, los cuales al meteorizase dan origen a los suelos. Por lo anterior, se tratarán en capítulo aparte.
4.12 TUNGSTATOS O WOLFRAMATOS
La fórmula química de los pocos minerales incluidos en esta clase tiene el radical WO4. Ejemplos: wolframita, FeMn(WO4), y scheelita, CaWO4. Esta clase de minerales contiene los gurupos de la wolframita y la scheelita.
4.13 EL GRUPO DE LOS SILICATOS
Por su abundancia, son los más importantes entre los minerales. En combinación con el Si-O son frecuentes el Na, K, Ca, Mg, Al y Fe; forman siempre estructuras químicas complejas. Su estudio con rayos X demuestra que la unidad fundamental común a todos los silicatos, es 1 átomo de Si unido a 4 átomos de O, dispuestos alrededor de él como en los vértices de un tetraedro. Las diferentes
formas de unión de estos tetraedros de Si-O, en la estructura del cristal, dan lugar a los diversos tipos de silicatos.
4.13.1 Caracterización de los silicatos. De acuerdo a Hurlbut Junior y Klein30, los silicatos caracterizan a las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. Los suelos están formados, en su parte mineral, principalmente por sustancias derivadas de la meteorización de silicatos. Los materiales de construcción como ladrillos, agregados inertes*, cemento y vidrio empleados en la construcción de obras civiles, son silicatos o sustancias químicas derivadas de ellos. Los silicatos son constituyentes importantes de las cerámicas y de muchos de los aparatos empleados en los viajes espaciales y en la electrónica.
Hurlbut Junior y Klein31, consideran que cerca del 25% de los minerales más conocidos y aproximadamente el 40% de los más comunes son silicatos. Los minerales esenciales de las rocas ígneas son silicatos y también lo son, gran parte de los accesorios. Para corroborar la abundancia de estos minerales es preciso advertir que las rocas ígneas forman casi el 95% de la corteza terrestre, donde de cada 100 átomos, 60 son de O, 20 de Si, 6 a 7 de Al y 2 de Fe, Ca, Mg, Na y K. Siendo esto así, es preciso imaginar a la corteza terrestre como un armazón de iónes de O, unidos en configuración de mayor a menor complejidad con iónes de Si y Al. Los intersicios de las redes de O, Si y Al están ocupados por iónes de Mg, Fe, Ca, Na y K. Así pues, los minerales que predominan en la corteza terrestre son silicatos, óxidos, y otros compuestos de O como carbonatos, cuyas propiedades dependen de las condiciones químicas y físicas de formación. Debido a su abundancia los silicatos determinan algunas propiedades de los suelos.
4.13.2 Estructura molecular y clases de silicatos. Hurlbut Junior y Klein, quienes destacan la importancia de este grupo de minerales opinan lo siguiente: “el Si4+ tiene radio atómico de 0,39 Aº y el O2- de 1,4 Aº, luego su relación es de 0,278 lo cual indica que la coordinación 4 es el estado estable de los grupos Si-O. Lo anterior, explica que la base de la estructura de todos los silicatos consta de 4 oxígenos, en los ____________30Ibid., p. 360.
*Sinónimo de árido. Fragmentos líticos de alta estabilidad química, resistentes a la meteorización química. Se utilizan en la elaboración de concretos para obras civiles.
31Ibid., p. 360 – 361. vértices de un tetraedro regular rodeando al ión Si, tetravalente, y coordinados por éste”32.
El fuerte enlace que une los iónes de Si y O es, literalmente, el cemento que conglomera la corteza terrestre. Empleando el concepto de electronegatividad, este enlace se considera como iónico en un 50% y covalente en el 50% restante. Es decir, aunque el enlace es debido en parte a la atracción de unidades iónicas de cargas contrarias, implica también el reparto de electrones y la interpenetración de las superestructuras electrónicas de los iónes, estando el enlace intensamente localizado en la proximidad de estos electrones compartidos. Aunque en el enlace Si-O hay electrones compartidos, la energía total del enlace del Si4+, sigue estando distribuida por igual entre sus cuatro O2- vecinos más próximos. De aquí, que la fuerza de cualquier enlace simple Si-O sea justamente igual a la mitad de la energía total del enlace disponible del ión oxígeno.
Hurlbut Junior y Klein afirman que:
“cada ión oxígeno, O2-, puede unirse a otro ión silicio y entrar en otra agrupación tetraédrica, en la que los grupos tetraédricos están unidos por los oxígenos compartidos (puentes de oxígeno). A este enlace de tetraedros compartiendo oxígenos, se denomina polimerización, término tomando de la química orgánica y esta capacidad de polimerización es el origen de la gran variedad existente de estructuras de silicatos. Sin embargo, en la naturaleza no se da el caso que los tetraedros adyacentes compartan tres, ni aún dos oxígenos pues en este caso quedarían muy próximos dos iónes de silicio con fuertes cargas positivas y la repulsión entre los mismos haría inestable la estructura. Si dos tetraedros adyacentes comparten uno, dos, tres o los cuatro oxígenos resultan estructuras con diversas configuraciones”33.
La polimerización de los silicatos es una cualidad que determina la velocidad de generación de los suelos, o sea la resistencia a la meteorización química de los minerales.
4.13.2.1 Nesosilicatos. Conforme a Hurlbut Junior y Klein34, los tetraedros de SiO4 están unidos
entre si con enlaces iónicos por medio de cationes intersiciales y sus estructuras dependen, principalmente, del tamaño y carga de estos cationes. El empaquetamiento atómico de las estructuras de los nesosilicatos es generalmente denso, haciendo que los minerales de este grupo tengan valores relativamente altos de peso específico y dureza, así como diafanidad opaca. Como los tetraedros de SiO4, son independientes y no están ligados a cadenas o láminas, su hábito cristalino es generalmente equidimensional y no cuentan con direcciones pronunciadas de exfoliación. La fosterita, Mg2SiO4, y la fayalita, Fe2SiO4, miembros extremos de la serie del olivino, (Mg,Fe)2SiO4, son nesosilicatos, comunes en rocas ígneas de alta temperatura. Figura 17.
____________32Ibid., p. 360.
33Ibid., p. 360.
34Ibid., p.364 – 365.
Figura 17. Estructura molecular de los Nesosilicatos, Sorosilicatos, Ciclosilicatos e Inosilicatos.
Fuente: HURLBUT Junior., Cornelius y KLEIN, Cornelis. Manual de mineralogía de Dana. 3ª Ed. Barcelona : Reverté, 1982. p. 361. Complementado por el autor.
4.13.2.2 Sorosilicatos. De acuerdo con Hurlbut Jr. y Klein, “se caracterizan por la presencia de grupos tetraédricos dobles independientes, formados por 2 tetraedros de SiO4 que comparten un oxígeno en un vértice común”35. Aunque los sorosilicatos son raros, se conocen aproximadamente 70, de los cuales se mencionan la epidota, Ca2(Al,Fe)Al2O(SiO4)(Si2O7)(OH), y la lawsonita, (Si2O7)Al2Ca(OH)2.H2O). Figura 17.
____________35Ibid., p. 382 - 383.4.13.2.3 Ciclosilicatos. Según Hurlbut Junior y Klein, “están formados por anillos de tetraedros de SiO4, enlazados mediante la relación Si: O = 1: 3, existiendo 3 posibles configuraciones”36. A este grupo pertenecen la axinita, (Ca,Fe2-,Mn)3Al2(BO3)(Si4O12)(OH), el berilo, Be3Al2(Si6O18) y la turmalina, (Na,Ca)(Li,Mg,Al)(Al,Fe,Mn)6- . Ver figura 17.
4.13.2.4 Inosilicatos. Hurlbut Junior y Klein consideran que:
“los tetraedros de SiO4, pueden entrelazarse formando cadenas al compartir oxígenos con los tetraedros adyacentes. Estas cadenas sencillas pueden después unirse lateralmente, compartiendo más oxígenos de algunos de los tetraedros para formar bandas o cadenas dobles. En la estructura de cadenas sencillas dos de los cuatro oxígenos de cada tetraedro SiO4, son compartidos con los tetraedros vecinos, en tanto que en la estructura de bandas, la mitad de los tetraedros comparten tres oxígenos y la otra mitad sólo dos”37.
Existen 2 grupos importantes de minerales en los inosilicatos: los piroxenos, augita, (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6, con una única cadena y los anfiboles como la hornblenda, (Ca,Na)2-
3(Mg,Fe,Al)5Si6(Si,Al)2O22(OH)2, con doble cadena. Figura 17.
4.13.2.5 Filosilicatos. Todos tienen hábito hojoso o escamoso y una dirección de exfoliación predominante. Son por lo general blandos, peso específico relativamente bajo y las laminillas de exfoliación pueden ser flexibles e incluso elásticas. Hurlbut Junior y Klein sostienen que: “todas estas peculiaridades características derivan del predominio en la estructura de la
hoja de tetraedros SiO4 de extensión indefinida. Tres de cada cuatro oxígenos de cada tetraedro SiO4 están compartidos con los tetraedros vecinos, resultando una relación Si: O = de 2 : 5. La mayor parte de los filosilicatos son portadores de hidroxilos, con los grupos (OH) localizados hacia el centro de los anillos senarios de tetraedros, a la misma altura de los oxígenos de los vértices no compartidos en los tetraedros de SiO4”38.
Los filosilicatos son importantes porque gran parte de los constituyentes de los suelos, producto de la meteorización de las rocas, pertenecen a este grupo. La liberación y la retención de los nutrimentos de las plantas, la acumulación de agua en el suelo, de las estaciones húmedas a las secas, y la accesibilidad de los gases atmosféricos y de los organismos vivos al mismo, dependen de las propiedades de estos silicatos hojosos. Los grupos de minerales de la serpentina, las arcillas, las micas,ver figura 17, y la clorita, pertenecen a los filosilicatos.
4.13.2.6 Tectosilicatos. Hurlbut Junior y Klein sostienen que: “casi las tres cuartas partes de la corteza pétrea terrestre está constituida por minerales formados alrededor de un armazón tridimensional de tetraedros de SiO4 enlazados. Estos
minerales pertenecen a la clase de los tectosilicatos, en la que todos los iónes oxígeno
____________36Ibid., p. 388.37Ibid., p. 395.
38Ibid., p. 417.de cada tetraedro SiO4 están compartidos con los tetraedros vecinos, dando lugar a una estructura con fuertes enlaces, en la que la relación Si: O, es 1: 2”39.
El grupo del cuarzo, figuras 17 y 18, los feldespatos, los feldespatoides, las escapolitas y las zeolitas son tectosilicatos.
Figura 18. Cristal de cuarzo, SiO2, euhedral, sistema de cristalización Hexagonal, transparente, brillo vítreo, caras planas, lisas y pulidas. Mina de Au Las Ánimas. Santa Isabel-Tolima. 2006.
Fuente: el autor. 4.13.3 Polimerización de los silicatos. Hurlbut Junior y Klein afirman que: “aunque en el enlace silicio-oxígeno hay electrones compartidos, la energía total de
enlace del ion silicio Si4+, sigue estando distribuída por igual entre sus cuatro oxígenos vecinos más próximos. De aquí que la fuerza de cualquier enlace simple silicio- oxígeno sea justamente igual a la mitad de la energía total de enlace disponible del ión oxígeno. Cada ion oxígeno, O2-, puede unirse a otro ion silicio y entrar en otra agrupación tetraédrica, en la que los grupos tetraédricos están unidos por los oxígenos compartidos (puentes de oxígeno). A este enlace de tetraedros compartiendo oxígenos, podemos
____________39Ibid., p. 437 - 438. denominarlo polimerización”40.
En términos comunes la polimerización resulta de la facultad que tiene el tetraedro fundamental de Si-O de compartir los oxígenos de sus vértices con tetraedros similares vecinos. La polimerización se incrementa a medida que se comparte mayor número de oxígenos, máximo 4. Los silicatos altamente polimerizados cristalizan a bajas temperaturas, son de colores claros y se meteorizan lentamente; debido a la fuerte estructura atómica interna, derivada del mayor compartimiento de tetraedros de Si, con los oxígenos presentes en los vértices del tetraedro fundamental.
Las rocas ácidas son de colores claros, contienen principalmente cuarzo, ortoclasa y plagioclasa, minerales altamente polimerizados y difíciles de meteorizar. Los suelos derivados de estas rocas se forman lentamente, tienen fertilidad limitada y horizontes poco desarrollados. Son excelentes materiales de construcción porque resisten la acción de los agentes de meteorización. Las rocas intermedias además de cuarzo, ortoclasa y plagioclasa contienen
minerales máficos. Los suelos derivados de estas rocas se forman a velocidades medianas, tienen fertilidad intermedia y sus horizontes aparecen bien desarrollados. Las rocas básicas y ultrabásicas son de colores oscuros, peso específico alto y sus minerales constituyentes corresponden a silicatos de Fe y Mg, formados a altas temperaturas y por consiguiente, poco polimerizados. Por esto, se meteorizan con facilidad y rapidez, generan suelos con horizontes bien desarrollados y de alta a media fertilidad. En contraste con las rocas siálicas no son buenos materiales de construcción.
4.13.3.1 La polimerización de los silicatos y la formación de los suelos en Ibagué. La Meseta de Ibagué es plana, tiene forma de cono y su ápice está rodeado por cerros conformados por la granodiorita del batolito de Ibagué, roca ígnea intrusiva, de composición intermedia a ácida. En las zonas de piedemonte se encuentran grandes masas de granodiorita que se han deslizado de las partes altas. En el resto de la meseta afloran rocas sedimentarias compuestas por andesitas, esquistos verdes y negros y granodiorita. Exceptuando la granodiorita, el resto de rocas están sin alterar o medianamente metorizadas, de tal suerte que la roca parental de los suelos de la Meseta de Ibagué, es casi en su totalidad a la granodiorita que está formada por cuarzo, ortoclasa plagioclasa, biotita y hornblenda, como minerales esenciales.
Minerales como ortoclasa, plagioclasa, hornblenda y biotita, cuando se meteorizan producen arcillas, lo cual explica la textura arcillosa de los suelos. La biotita y la hormblenda son silicatos de color negro, poco polimerizados y por esto, son los primeros en sufrir la alteración química. La plagioclasa se descompone químicamente más rápido que la ortoclasa, y el cuarzo es el último en meteorizarse. De lo anterior, se deduce que el mineral de mayor grado de polimerización es el cuarzo; le sigue la ortoclasa, la plagioclasa, la hornblenda y por último, la biotita. La mica biotita es el primer mineral que se descompone químicamente y forma óxidos de hierro que manchan la roca y la torna de color amarillo rojizo, lo cual reafirma su bajo grado de polimerización.
____________40Ibid., p. 360.
5. IDENTIFICACIÓN DE MINERALES
Las propiedades físicas de los minerales se pueden establecer por inspección o por ensayos relativamente simples. El color, la raya y el brillo de los minerales, por ejemplo, se determinan por apreciación visual; y la dureza, al rayar el mineral con instrumentos comunes, a los cuales previamente se les conoce su dureza. En algunos casos, una sola propiedad física basta para identificar a un mineral.
5.1. EXFOLIACIÓN, CRUCERO O CLIVAJE
Leet y Judson, denominan a la exfoliación, crucero o clivaje, y la definen como: “la tendencia de un mineral a romperse conforme a direcciones preferentes, a lo largo de
superficies planas, tersas. Los planos de clivaje son consecuencia del arreglo interno de los átomos y representan las direcciones en que las ligaduras atómicas son relativamente débiles. El clivaje es una dirección de debilidad y la muestra de un mineral tiende a romperse a lo largo de planos paralelos a esta dirección”41.
En otros términos, un mineral posee exfoliación cuando al aplicársele la fuerza necesaria se rompe dejando superficies planas. Las superficies de exfoliación son siempre paralelas a caras reales o posibles del cristal. La exfoliación está relacionada con la estructura del cristal y resulta del hecho que los enlaces atómicos son más débiles en las direcciones de exfoliación. Las minas de El Sapo y Mina Vieja, presentes en el departamento del Tolima, tienen abundantes cristales euhedrales y romboédricos de calcita. Figura 6. Si se fragmenta una muestra de este mineral, se generan cristales de menor tamaño, de forma idéntica al original, con 6 superficies planas y pulidas y 3 direcciones predominantes representadas por 3 pares de caras paralelas. Ver las figuras 6 y 17. Lo anterior, indica que la calcita posee exfoliación en 3 direcciones. Las mineralizaciones de biotita presentes en los municipios de Garzón y Gigante, en el departamento del Huila, son láminas de varios milímetros de espesor y algunas decenas de centímetros cuadrados de área. Las láminas se pueden separar en laminillas muy delgadas, teóricamente hasta alcanzar el espesor de la lámina correspondiente a la molécula de biotita. Las laminillas son paralelas entre sí y dejan siempre dos superficies planas, lisas y pulidas que indican que la biotita posee exfoliación en la dirección basal de los cristales. Ver figura 16.
5.1.1 Incidencia de la exfoliación en la meteorización de los minerales. Las direcciones de exfoliación son superficies de debilidad a través de las cuales los minerales se fragmentan, o sea, que entre más exfoliación posea un determinado mineral menor es su resistencia a la meteorización física. A través de las superficies de exfoliación penetran los agentes químicamente activos, luego, entre mayores direcciones de exfoliación presente un mineral, más rápida es su descomposición y por consiguiente, es mayor la meteorización química. Para la construcción de obras civiles se
____________41LEET y JUDSON, Op. Cit., p. 47. prefieren minerales sin exfoliación, en contraste con la formación de los suelos, donde la exfoliación de los minerales agiliza su desintegración y descomposición y la generación de nutrimentos.
Cuando actúan esfuerzos inclinados o tangenciales sobre un mineral que posee exfoliación, un componente del esfuerzo tiende a desplazar fragmentos del mismo a través de las direcciones de exfoliación, haciéndolo vulnerable y permitiendo su deformación o fractura. . La exfoliación la tienen todos los ejemplares del mineral que la posea. La calcita presenta exfoliación en 3 direcciones y la biotita en 1: dirección basal. Ver figura 16.
La partición es muy semejante a la exfoliación y megascópicamente no se diferencian, sin embargo, la presentan sólo los ejemplares de un determinado mineral, que previamente se ha sometido a esfuerzos. Los ejemplares de corindón sometidos a esfuerzos tienen partición romboédrica.
5.2 FRACTURA
Hurlbut Junior y Klein42 definen la fractura y detallan sus diferentes tipos. Por fractura de un mineral se entiende la manera como se rompe un mineral cuando no se exfolia o se parte. Los tipos de fractura son:Concoidal: cuando el mineral tiene superficies de fracturas suaves como la cara interior de una concha marina. Se observa en el cuarzo y en la obsidiana. Ver figura 16.Fibrosa o astillosa: el mineral se rompe en astillas o fibras, como la actinolita y la tremolita.Ganchuda: el mineral se fractura dejando superficies irregulares, dentadas y con filos puntiagudos. Ejemplo: cobre nativo y magnetita.
Desigual o irregular: se presenta cuando el mineral se rompe en superficies bastas o irregulares, como la serpentina.
5.3 ESTRIACIONES
Leet y Judson afirman que,”algunos minerales comunes tienen líneas paralelas, como fibras o bandas angostas, llamadas estriaciones, que atraviesan sus superficies. Se pueden ver claramente, por ejemplo, en los cristales de cuarzo y de pirita” 43.
5.4 DUREZA
Emmons, Allison, Stauffer y Thiel44, definen la dureza como la resistencia ofrecida por la superficie de un mineral a ser rayada. El grado de dureza se advierte por la facilidad o dificultad relativa con la cual un mineral es rayado por otro, o por la uña, una lima o una punta de acero. La dureza de unmineral es entonces su arañabilidad. La dureza es definitiva para identificar el talco y el yeso, que
____________42HURLBUT Junior y KLEIN, Op. cit., 192 - 193.
43LEET y JUDSON, Op. cit., p. 48.
44EMMONS; ALLISON; STAUFFER y THIEL, Op. cit., p. 66.los rayan la uña, y al cuarzo que no se deja rayar por una navaja. No siempre se debe rayar un mismo mineral con otro, es preciso invertir la prueba. Mohs45, dispuso 10 minerales de mayor a menor dureza, en lo que se conoce como Escala Relativa de Dureza de Mohs. Esta escala corresponde a:
1 Talco. Se raya con la uña y es suave al tacto.2 Yeso. Se raya con la uña y es áspero al tacto.3 Calcita. Se raya fácilmente con un vidrio.4 Fluorita. Se raya fácilmente con el acero de una navaja.5 Apatito. Se raya con dificultad con el acero de una navaja.6 Ortoclasa u ortosa. No lo raya el acero de una navaja.7 Cuarzo. No lo raya el acero de una navaja.8 Topacio. No lo raya el acero de una navaja.9 Corindón. No lo raya el acero de una navaja.10 Diamante. Sólo lo raya otro diamante.
Para averiguar con esta escala la dureza relativa de cualquier mineral es necesario determinar si los minerales de la escala pueden o no ser rayados por el ejemplar en estudio. Además de la escala de Mohs existen ciertos materiales que ayudan a determinar la dureza relativa de los minerales. La uña tiene dureza algo más de 2, la moneda de cobre alrededor de 3, el vidrio de ventana 5,5, el acero de una lima 6,5 y la navaja 5. La dureza es una propiedad vectorial y un mismo cristal presenta distintos valores de dureza, dependiendo de la dirección en la cual se raye.
5.5 TENACIDAD
Según Hurlbut Junior y Klein46, la tenacidad es la cohesión o la resistencia que opone un mineral a ser roto, molido, doblado o desgarrado. Las diferentes clases son:
Maleable: mineral que se puede transformar en hojas delgadas por percusión, como el oro, figura 12, la plata y el plomo.Frágil: fácilmente se reduce a polvo como el azufre y el cuarzo. Ver figuras 10 y 18.Sectil: puede cortarse con un cuchillo, como el plomo.Dúctil: mineral al que se le puede dar la forma de hilo como al oro. Ver figura 11.Flexible: puede ser doblado, sin embargo, no recupera su forma original una vez termina el esfuerzo deformador. Ejemplo: talco y vermiculita.Elástico: recobra su forma primitiva al cesar la fuerza que lo deforma, como la biotita.
5.6 PESO ESPECÍFICO
Con respecto al peso específico de los minerales, Hurlbut Jr. y Klein, opinan así: ____________ 45MOHS, Friedrich. Tratado de Mineralogía. Friburgo : Ed. Academia de Minas, 1825. p. 42.46HURLBUT Junior y KLEIN, Op. cit., p. 194. “El peso específico (G) o densidad relativa de un mineral es un número que expresa la
relación entre su peso y el peso de un volumen igual de agua a 4 º C. Si un mineral tiene peso específico 2, ello significa que una muestra determinada de dicho mineral pesa dos veces lo que pesaría un volumen igual de agua. El peso específico de una sustancia cristalina depende de dos factores: 1) la clase de átomos que la componen y 2) la manera como están empaquetados los átomos”47.
El peso específico se calcula utilizando la balanza de brazo o de Jolly, aunque, esta operación raramente se practica en los laboratorios de mineralogía. Para la identificación de minerales se utiliza el peso específico medio, el cual se adquiere por la experiencia, cuando cotidianamente se sostienen minerales en la mano. Los minerales con alto peso específico son de colores oscuros, metálicos y opacos. Los de bajo peso específico son de colores claros, brillo no metálico y diafanidad translúcida a transparente. La baritina, BaSO4, se emplea como lodo de perforación en pozos profundos, debido a su alto peso específico, 4,5, a pesar de ser un mineral no metálico. Esta sóla característica permite fácilmente la identificación de la baritina. Las mineralizaciones de baritina o barita en los municipios de Ataco, Coyaima y Chaparral, al sur del Tolima, son filones de origen hidrotermal.
5.7 PROPIEDADES QUE DEPENDEN DE LA LUZ
Según Hurlbut Junior y Klein48, las propiedades físicas de los minerales que dependen de la luz son brillo, color, raya, pátina y diafanidad.
5.7.1 Brillo. Es el aspecto de un mineral ante la luz reflejada y puede ser metálico o no metálico. No hay separación clara entre estos dos grupos y a ciertos minerales que están entre ambos, se les atribuye brillo submetálico. La biotita tiene brillo submetálico. Ver figura 16. Un mineral con aspecto brillante de metal tiene brillo metálico, peso específico alto, es opaco y su raya es oscura. Los minerales sin aspecto metálico poseen brillo no metálico, peso específico bajo, raya de color claro y dejan pasar la luz en láminas delgadas. La calcita, figura 6, el yeso y la dolomita tienen brillo no metálico, la biotita brillo submetálico, ver figura 16, la galena, ver figura 15, y la calcopirita tienen brillo metálico. Los tipos de brillo no metálico son:Vítreo: tiene el aspecto del vidrio como el cuarzo. Ver figura 18.Resinoso: presenta el aspecto de la resina como la blenda o esfalerita.Graso: parece estar cubierto por una delgada capa de aceite como el yeso fibroso, la malaquita y la
serpentina.Adamantino: tiene reflejo fuerte y brillante como el diamante debido a índices de refracción altos. Los minerales transparentes de Pb como la cerusita y la anglesita lo presentan.Nacarado: tiene el aspecto iridiscente de la perla. Se observa por lo general en las superficies de los minerales paralelas a las superficies de exfoliación o clivaje. Ejemplo: la apofilita en el plano basal.
____________47Ibid., p. 194.
48Ibid., p. 198 - 204.Sedoso: como la seda y resulta del agregado paralelo de fibras finas. El yeso fibroso, la malaquita y la serpentina, presentan este tipo de brillo.
5.7.2 Color. Para muchos minerales especialmente los de brillo metálico, el color puede servir como medio importante de identificación. El amarillo latón de la calcopirita, el azul grisáceo de la galena, ver figura 16, el negro de la magnetita, el dorado del oro, ver figura 12, el amarillo verdoso del azufre, ver figura 11 y el verde de la malaquita, son ejemplos en los cuales el color es una propiedad física sobresaliente. Se debe tener en cuenta, sin embargo, como las alteraciones químicas pueden cambiar el color de los minerales, incluso en aquellos cuyo color sea constante. El cambio de color también ocurre por el cambio en la composición química de los minerales, aunque minerales como la fluorita, presenta una gama de colores sin cambios aparentes en la composición. De lo expuesto puede deducirse que aunque el color de los minerales es una de sus propiedades físicas más importantes, no siempre es constante y por lo tanto, se debe emplear con precaución.
5.7.3 Raya. Es el color del polvo fino de un mineral y se utiliza con frecuencia en la identificación de los mismos, porque aunque el color de un mineral puede cambiar entre límites amplios, el de la raya normalmente es constante. Esta propiedad se determina en el laboratorio frotando el mineral sobre una superficie de alta dureza, como una placa de porcelana. Como la porcelana tiene dureza aproximada de 7, no se puede emplear para establecer la raya de minerales con dureza superior.
5.7.4 Pátina. Un mineral presenta pátina cuando el color superficial es diferente al del interior. La pátina la experimentan con frecuencia los minerales de Cu como la calcosina, bornita, calcopirita, azurita y pirita de hierro, cuando se exponen al aire superficies frescas.
5.7.5 Diafanidad. Es la propiedad que poseen algunos minerales de transmitir la luz. Un mineral es transparente si permite el paso de la luz y deja ver objetos a través de él. El cuarzo, cristal de roca, ver figura 18, y la biotita, en láminas delgadas, ver figura 16, son transparentes. Un mineral es translúcido si transmite la luz, aunque no deja ver objetos a través del mismo, como el talco en láminas delgadas. Los minerales opacos no permiten el paso de la luz ni dejan ver los objetos. Todos los minerales metálicos son opacos. Figura 15: galena y pirita de hierro.
5.8 PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS
De acuerdo a lo expresado por Hurlbut Junior y Klein49 las propiedades eléctricas y magnéticas de los minerales son piezoelectricidad, piroelectricidad y magnetismo.
5.8.1 Piezoelectricidad. Un mineral es piezoeléctrico cuando desarrolla cargas eléctricas al aplicar
presión, en los extremos de un eje cristalográfico. El cuarzo es posiblemente el mineral piezoeléctrico más importante, pues una presión sumamente ligera sobre él, paralela a uno de sus ejes cristalográficos, puede detectarse por la carga eléctrica producida.
____________49Ibid., p. 200.
5.8.2 Piroelectricidad. La generación simultánea de cargas eléctricas positivas y negativas en los extremos cristalográficos de un cristal por cambios de temperatura, se denomina piroelectricidad. Si el cuarzo se calienta hasta 100 º C, desarrollará al enfriarse, cargas positivas en las tres aristas alternas del prisma y cargas negativas, en las tres aristas restantes.
5.8.3 Magnetismo. Son magnéticos aquellos minerales que en estado natural son atraídos por un imán. La magnetita, Fe3O4 y la pirrotina, Fe(1-x)S, son los únicos minerales magnéticos comunes. La piedra imán, una variedad de la magnetita tiene poder natural de atracción y la polaridad de un imán verdadero.
5.9 LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES Y SU RESISTENCIA A LA METEORIZACIÓN
En términos generales, se establecen las siguientes relaciones entre las propiedades físicas de los minerales y su resistencia a la meteorización de los mismos:
1. Los minerales magnéticos que son óxidos de hierro como la magnetita, se meteorizan químicamente con dificultad y por ello, forman las arenas negras de playas, ríos y quebradas, en unión con el cuarzo.
2. Los minerales con exfoliación, baja dureza, poca tenacidad, brillo metálico, colores y rayas oscuras y cualquier tipo de diafanidad, se fragmentan y se descomponen químicamente con facilidad y rapidez.
3. El cuarzo que es piezoélectrico y piroélectrico, es un mineral muy estable.4. Los minerales métalicos de peso específico alto son inestables y se descomponen
químicamente con facilidad.5. Los minerales secundarios como las arcillas y los óxidos, entre otros, son difíciles de
meteorizar químicamente.6. Los elementos nativos deben su alto precio a su gran estabilidad química y por ello, son
resistentes a la meteorización química.7. Los minerales solubles como los carbonatos y sulfatos se meteorizan químicamente con
rapidez.8. Los carbonatos, como la calcita, por su baja dureza, se meteorizan físicamente con
facilidad.
6. ROCAS Y ROCAS ÍGNEAS
Las rocas son agregados naturales de minerales, es decir, son sólidos que aparecen como tal en la naturaleza y sus minerales, aunque se encuentran juntos, se pueden separar e individualizar por medios mecánicos. Los contactos entre los diversos minerales en las rocas son cortantes, pues se pasa bruscamente de un mineral a otro, sin transición alguna. Entre los minerales de las rocas ígneas y metamórficas existen trabas que los unen, pero se carece de enlaces o uniones químicas de cualquier naturaleza. En las rocas sedimentarias detríticas, los minerales están unidos por cementos, compactación o desecación. En las sedimentarias precipitadas, la trabazón o entrecruzamiento de los cristales, producida al momento de la precipitación química, une físicamente a los minerales componentes.
Conforme a Huang50, se conocen tres tipos de rocas: ígneas, sedimentarias y metamórficas. De acuerdo con las teorías de la formación de la tierra se estableció que las primeras rocas que aparecieron en el planeta fueron las ígneas, las cuales al meteorizarse, erosionarse y transportar y depositar los fragmentos producidos por estos procesos, formaron las rocas sedimentarias detríticas, clásticas o fragmentarias. Las sedimentarias de origen químico o bioquímico se formaron por la precipitación de las sustancias disueltas, producto de la meteorización, transportadas por el agua. Las primeras rocas ígneas y sedimentarias sufrieron cambios en estado sólido, debido a la acción de fluidos químicamente activos y de elevadas presiones y temperaturas, para producir las rocas metamórficas. Actualmente, para la formación de uno de los tres tipos de rocas enunciadas, sólo se requiere una roca preexistente, bien sea ígnea, sedimentaria o metamórfica. Cuanto establece el tipo de roca que se formará son las condiciones que actúan sobre la roca preexistente. Lo anterior, determina el Ciclo de las Rocas. Figura 19.
El ciclo de las rocas comienza con un magma que se enfría y se cristaliza y da origen a las rocas ígneas, que pueden sufrir cambios en estado sólido y transformarse en rocas metamórficas o ser sometidas a levantamientos y quedar expuestas sobre la superficie del terreno. Los agentes de meteorización actúan sobre estas rocas y las fragmentan y descomponen químicamente, aportando materiales que son erosionados y posteriormente, se depositan en los océanos o en el continente, generando los sedimentos. Estos sedimentos sufren sepultamiento y litificación, vale decir, quedan en el fondo de los océanos o subyaciendo a otros materiales rocosos sueltos presentes sobre la superficie del terreno, originando así las rocas sedimentarias. Estas nuevas rocas sedimentarias pueden sufrir el ataque de los agentes metamórficos, altas temperaturas y presiones o la acción de fluídos químicamente activos, produciendo rocas metamórficas. También, pueden ser levantadas por fallas geológicas hasta la superficie del terreno y quedar nuevamente expuestas a la meteorización, erosión, sedimentación y litificación, para finalmente producir nuevas rocas sedimentarias.
____________50HUANG T, Walter. Petrología. Méjico : Centro Regional de Ayuda Técnica. A.I.D, 1968. p. 3 - 6.
Figura 19. El ciclo de las rocas.
Fuente: S. a. Rocas de precipitación química. Biogénicas. No Biogénicas. Rocas detríticas. El ciclo de las rocas. Los materiales que forman la corteza de la tierra. [En línea]. s. c.: s. e., s. f. [Citado el 16 de noviembre de 2006 11:30]. Formato htm, 9KB. Disponible en Internet: www.geocities.com/geocienciasmx/rocas1.
Las rocas metamórficas generadas en la etapa anterior, pueden fundirse y originar un magma que posteriormente se enfría, consolida y cristaliza, dando así una nueva roca ígnea.
Williams, Turner y Gilbert afirman que: “las rocas ígneas se forman por el enfriamiento, endurecimiento y consolidación del
magma que es una materia rocosa, móvil, caliente, formada totalmente o en parte muy apreciable, por una fase líquida que tiene la composición de una fundición de silicatos.Un magma puede contener una fase gaseosa o puede consistir casi completamente de fases cristalinas, sólidas”51.
Predominantemente, los magmas son silicatados, sin embargo, también tienen óxidos y sulfuros; los primarios pueden sufrir modificaciones en su composición, para generar después, gran variedad de rocas ígneas. Los magmas, que son fenómenos temporales dentro de la corteza terrestre, se forman en depósitos, bolsas, bolsones y cámaras sometidas a elevadas presiones y temperaturas que tienden a empujar el material fundido hacia lugares de presiones y temperaturas menores presentes____________51WILLIAMS; TURNER y GILBERT, Op. cit., p. 13.en profundidades someras, sobre la superficie de la tierra o por encima de ella.
Los factores principales influyentes en la generación de los magmas son la temperatura y la presión. Para la fusión de los cuerpos sólidos las condiciones ideales son incremento de temperatura y disminución de la presión, condiciones estas que no se dan normalmente hacia el interior de la tierra, pues a medida que se profundiza se incrementa la temperatura, por el Gradiente Geotérmico, aunque de forma igual, lo hace la presión. La opinión generalizada es que en profundidad, la
temperatura de las rocas es alta y superior al punto de fusión, no obstante, la presión que se genera por el peso de los materiales rocosos ubicados encima, impiden su fusión. De todas maneras, es preciso dar explicación a la fusión de las rocas y al origen del calor que facilitan el cambio del estado físico de las mismas. En atención a lo anterior, las cámaras magmáticas deben estar ubicadas en sitios de temperaturas altas y presiones bajas. La despresurización se consigue por la comunicación, a través de fracturas, de las cámaras magmáticas con la superficie del terreno.
El calor proveniente de la descomposición de los minerales radioactivos parece ser la explicación del origen de la temperatura requerida para la fusión de las rocas y la formación de magmas. La presencia de intrusiones ígneas y de masas de lavas a lo largo de fracturas y zonas débiles de la corteza terrestre, reafirman que los lugares en donde se produce la disminución de la presión, se favorece la formación de magmas y el movimiento de los mismos. La disminución de la presión se produce además, por movimientos terrestres que tienden a exprimir el magma, o bien, el magma puede fundir las rocas superiores de los sitios de emplazamiento, abriéndose camino hacia las partes superiores, ayudado por la presión de los gases que lleva en su interior. Leet y Judson 52, afirman que en su desplazamiento puede remover bloques del techo rocoso que caen en el líquido dando origen a fragmentos extraños, xenolitos, o puede empujar a un lado rocas débiles o deslizarse entre fracturas, a lo largo de planos de estratificación. Figura 20. Los magmas también pueden ser expelidos a superficie o solidificarse en profundidad.
Los minerales no se forman al mismo tiempo a partir de los magmas ni a la misma temperatura. Primero, se originan los minerales de color oscuro, silicatos de Fe y Mg, y por último, los silicatos de Al o los silicatos puros.
Como resultado de lo anterior, las rocas ígneas están constituidas por asociaciónes de minerales cristalizados a diferentes temperaturas. Algunos de ellos, los Esenciales, son muy abundantes y permiten por su presencia o ausencia, determinar el nombre y tipo de roca; mientras otros, menos abundantes, de presencia no constante y que no intervienen en el nombre de la roca, se denominan Accesorios.
De acuerdo a la profundidad a la cual cristalizan los magmas, las rocas se dividen en dos grupos: las intrusivas, plutónicas o hipoabisales, y las superficiales a las que corresponden las volcánicas, efusivas, extrusivas o lavas y las piroclásticas.
____________52LEET y JUDSON, Op. cit., p. 74.
Figura 20. Xenolito de esquisto cuarzo-sericítico-grafitoso, esquisto negro, de forma tabular, dentro de la cuarzodiorita del batolito de Ibagué. Adviértase la textura fanerítica de la roca, las formas euhedrales de los minerales de color oscuro y la facilidad para reconocerlos. Quebrada Ambalá. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
6.1 ROCAS ÍGNEAS INTRUSIVAS
En este grupo están las plutónicas e hipoabisales o hipobisales como también se les denomina.
6.1.1 Rocas ígneas intrusivas plutónicas. Huang53, afirma que se forman a grandes profundidades donde el enfriamiento es lento y los minerales disponen de tiempo suficiente para optar por formas euhedrales, tamaños megascópicos y textura fanerítica. Los minerales de las rocas ígneas no cristalizan al mismo tiempo; primero lo hacen los máficos o ferromagnesianos de color oscuro, ricos en Fe y Mg; seguidamente, los feldespatos que son silicatos alumínicos de Ca, Na y K, y por último, el cuarzo. El orden de cristalización y meteorización es directo, es decir, se meteorizan más rápido los que se forman primero. El cuarzo es el último mineral en cristalizar y el más resistente a la meteorización, mientras que la biotita, de color negro y formada a alta temperatura, se meteoriza rápidamente. Figuras 20 y 21.
____________53HUANG, Op. cit., p. 70 - 73.Figura 21. Granodiorita del batolito de Ibagué que muestra un autolito, textura fanerítica, minerales esenciales megascópicos: félsicos de color claro correspondientes a cuarzo, ortoclasa, plagioclasa y ferromagnesianos de color oscuro como hornblenda y biotita; unos y otros de origen magmático. Las manchas amarillas corresponden a óxidos de hierro producidos por la meteorización de los cristales de biotita. Quebrada Ambalá. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
Algunas rocas plutónicas presentan concentraciones de minerales oscuros tipo biotita y hornblenda, de tamaños y formas diversas denominadas Autolitos. Estos minerales oscuros no son extraños al magma que originó la roca y en Colombia, se encuentran en forma notoria en la región de La Gabarra-Norte de Santander de donde toman su nombre: Gabarros. Figura 21.
6.1.2 Rocas ígneas intrusivas hipoabisales. También se denominan hipobisales y se forman por debajo de la superficie del terreno a profundidades someras; tienen textura afanítica si el magma, al abandonar la cámara magmática, se emplazó directamente cerca de la superficie del terreno. Huang asevera que: “las observaciones de campo indican que las rocas hipabisales estan relacionadas tanto con cuerpos extrusivos como intrusivos. Por tanto, muchas de ellas presentan numerosos rasgos transitorios entre las rocas volcánicas y plutónicas”54. Si el magma cristalizó parcialmente a grandes profundidades y por último, se localizó y cristalizó totalmente cerca de la superficie del terreno, presentan textura mixta, porfídica o porfirítica. Estas rocas se erosionan fácilmente y aparecen sobre la superficie formando montículos redondeados.
____________54Ibid., p. 92.
6.2 MAGMATISMO EXTRUSIVO O VOLCÁNICO Y ROCAS ÍGNEAS EXTRUSIVAS, VOLCÁNICAS, EFUSIVAS, LAVAS Y PIROCLÁSTICAS
Gorshkov y Yakushova sostienen que: “una de las formas del movimiento del magma son las erupciones volcánicas y los aparatos
unidos a ellas, o sea, los volcanes. Al producirse una erupción volcánica, salen a la superficie: lava fundida, (con temperaturas del orden de 900 a 1.200 º C), gases, vapores de agua, y también cenizas y otros productos sólidos. Las erupciones transcurren de un modo tranquilo, cuando la lava se derrama paulatinamente desde la abertura de salida y se va derramando por las laderas de la montaña, o bien en forma tempestuosa, siendo
acompañadas por potentes explosiones y expulsión a la atmósfera de una gran cantidad de gases y lava, que se dispersa en el aire y cae sobre las faldas del volcán y sus alrededores”55.
Naturalmente los volcanes también producen erupciones mixtas vale decir, tranquilas y explosivas. Figura 22.
Figura 22. Erupción del volcán Galeras. San Juán de Pasto-Narino. 2005.
Fuente: COLOMBIA. INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES GEOLÓGICO MINERAS. Fotografías: Pasto y el volcán al fondo, vista desde el nororiente. [En línea]. San Juán de Pasto (Colombia): INGEOMINAS, Dic. 2005. “Actualizado el 29 de septiembre de 2006 14:28” [Citado 29 de septiembre de 2006 14:06]. Formato PDF, 21 KB. Disponible en Internet: intranet.ingeominas.gov.co/pasto/fotograf% EDas. Complementada por el autor.
____________55GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. Cit., p. 489.
6.2.1 Peculiaridades físicas y químicas de los productos de erupciones volcánicas. Según Gorshkov y Yakushova56, los productos de las erupciones volcánicas son sólidos, gaseosos y líquidos. Este mismo autor tipifica y caracteriza los diversos tipos de erupciones volcánicas.
6.2.1.1 Productos gaseosos. Las erupciones volcánicas, en todas sus etapas, están acompañadas de vapor de agua y distintos gases como H2S, SO2, CO2, CO, HCl, H, O, N, Ar, Cl y F. La temperatura de los gases es elevada y varía considerablemente. Cuando la temperatura es superior a 180 º C y el gas es vapor de agua se denomina fumarola, entre 180 y 100 º C y con gas azufrado se llama solfatara y si la temperatura es inferior a 100 º C y el gas es vapor de agua se tipifica como Mofeta e indica el proceso de inactividad del volcán. El vapor y los gases volcánicos, por la alta presión de salida, pueden constituir una fuente de energía eléctrica, denominada geotermoelectricidad y de productos químicos inagotables. En los alrededores de los volcanes-nevados del Ruíz y Tolima, en los departamentos de Caldas y Tolima, existen recursos geotérmicos de gran magnitud.
6.2.1.2 Productos líquidos. Gorshkov y Yakushova anotan que: “el producto más importante de las erupciones volcánicas es la lava que se distingue del
magma por contener menos gases y vapores. Por lo demás, la lava es masa fluído-líquida silicatada. Como ya se ha hecho notar, la lava se distingue del magma principalmente por contener menos de aquellos gases y vapores que saturan el magma en las entrañas de la tierra. Por lo demás, por su composición la lava es idéntica al magma; atendiendo al contenido de sílice en ella, se subdivide en ácida, neutra o intermedia y básica”57.
Las lavas básicas-basálticas emergen con temperaturas cercanas a 1.200 º C, tienen poca viscosidad, y por lo tanto alta movilidad, que les permite expandirse sobre grandes extensiones. Figura 23. Las más ácidas son viscosas, de escasa movilidad y al salir de los volcanes se solidifican pronto en forma de coladas o lenguas cortas sobre las faldas del volcán. La solidificación de las lavas se produce primeramente en la superficie del flujo, en tanto que bajo la costra endurecida, puede seguir fluyendo lava líquida por mucho más tiempo. Las lavas andesíticas presentes en los cortes de la carretera de la variante Ibagué-Armenia, provienen del volcán-nevado del Tolima, son de textura afanítica y están fuertemente diaclasadas. Figura 7.
A través de fracturas preexistentes y en forma discordante con la roca en la cual se emplaza, aparecen cuerpos ígneos alargados, delgados, tabulares de textura afanitíca, denominados diques. Si los cuerpos ígneos tienen las mismas características, pero son concordantes con la roca encajada, se denominan silos. La figura 24, muestra un dique pegmatítico de ortoclasa-cuarzo emplazado en un extremo del batolito de Ibagué, el cual presenta orientación neísica, posiblemente ocasionada por esfuerzos tectónicos en la zona.
____________56Ibid., p. 513.
57Ibid., p. 545.
Figura 23. Columnas de basalto. Volcán-nevado del Ruíz, carretera Murillo-Manizales. Colombia. 2003.
Fuente: el autor.
6.2.1.3 Productos sólidos o piroclásticos. De acuerdo con Gorshkov y Yakushova58, durante una erupción se arrojan desde el cráter grandes cantidades de materiales sólidos o piroclásticos,
Figura 24. Dique de ortoclasa-cuarzo emplazado en la cuarzodiorita del batolito de Ibagué, la cual presenta textura néisica debido a la acción de esfuerzos tectónicos en la zona. Carretera la variante Ibagué-Armenia. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
____________58Ibid., p. 545.
expelidos desde la chimenea volcánica por la enorme presión de los gases y las grandes explosiones. Estos materiales están formados por fragmentos de las rocas integrantes de las partes del cráter destruido por las explosiones y enormes masas de lavas lanzadas a la atmósfera, que se solidifican durante su vuelo y caen sobre las laderas del volcán, tanto en forma de trozos pequeños, como fragmentos de gran tamaño. Cuando son mayores a 4 mm y alcanzan tamaños voluminosos se denominan Piroclastos. Las Bombas Volcánicas son rocas piroclásticas que adquieren formas características de huso o de lágrimas, debido a la deformación sufrida durante el vuelo de las masas de lavas, aún sin solidificar. Figura 25. Si los fragmentos tienen diámetros entre
Figura 25. Bomba volcánica de composición basáltica mostrando textura porfídica. Las grietas se produjeron porque el magma cayó sobre la superficie del terreno, aún sin consolidarse totalmente. Volcán-nevado del Ruíz. Manizales-Caldas. 2000.
Fuente: el autor.
2 y 4 mm, se denominan Lapilli y menores de 2 mm, corresponden a Cenizas. Las Cenizas volcánicas por su reducido peso y tamaño permanecen mayor tiempo suspendidas en el aire y por consiguiente, se alejan más del cráter emisor. Finalmente, se depositan en forma de capas sobre las partes más altas del relieve, y el peso de las mismas las compacta, dando origen a las tobas. En los alrededores del complejo volcánico Ruíz-Machín y sobre las partes altas del flanco Oriental de la cordillera Central, como en Anaime-Tolima, las cenizas volcánicas están compactadas y son de composición feldespáticas, por esto, se denominaron tobas feldespáticas. Estos mantos de cenizas volcánicas son la roca madre o el material parental de la Unidad Suelo Anaime, definida por la Federación Nacional de Cafeteros59, en el año de 1973. Figura 26.
____________59COLOMBIA. FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS. Estudio de zonificación y uso potencial del suelo en la zona cafetera del departamento del Tolima. Bogotá : La Federación, 1973. p. 28.Figura 26. Tobas feldespáticas. Carretera Juntas-El Silencio-Nevado del Tolima. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
6.3 TEXTURA DE LAS ROCAS ÍGNEAS
Es una característica física de las rocas que se refiere al tamaño de los minerales que la componen. Los tipos de textura son: Fanerítica, Pegmatítica, Afanítica, Pórfidica o Porfirítica y Vítrea. La textura define el sitio de formación de la roca ígnea, las condiciones de enfriamiento, consolidación y cristalización de los magmas, así como su grado de viscosidad. Algunos autores consideran que la textura, además del tamaño relaciona la forma y la manera como están entrelazados los minerales, y la estructura la designan para las propiedades de conjunto que exhiben las rocas en los afloramientos. A pesar de lo anterior, este escrito, cuando se refiere a la textura está definiendo exclusivamente el tamaño de los minerales. Igual situación se empleará para la textura de los suelos: tamaño de los componentes del suelo, como arcilla, limo y arena.
La textura fanerítica es típica de las rocas ígneas intrusivas plutónicas formadas a grandes profundidades y con enfriamiento lento, que permite el crecimiento de los minerales y la definición externa de la estructura interna tridimensional. Sus minerales son megascópicos, por lo general euhedrales y de fácil identificación. Los magmas de baja viscosidad que cristalizan relativamente rápido pueden originar rocas con texturas faneríticas debido a que los iones dentro del magma se mueven fácil y rápidamente para constituir las rocas que tienen minerales gruesos. La granodiorita del batolito de Ibagué exhibe textura fanerítica. Ver figuras 5, 20 y 21.
Las pegmatitas son rocas ígneas intrusivas formadas a partir del enfriamiento de soluciones hidrotermales, que se desarrollan al final del enfriamiento del magma y que se caracterizan portener minerales gigantes hasta de varios metros de grosor. Su textura se denomina Pegmatítica y aparecen en diques y en las márgenes de los batolitos. Cerca del 90% de las pegmatitas tienen cuarzo, ortoclasa y porcentajes menores de micas. Figura 27. El 10% restante incluye las
Figura 27. Pegmatita plagioclasa-hornblenda, colores negro y blanco grisáceo, y pegmatita ortoclasa-cuarzo, colores rosado intenso y blanco, presentes en diques dentro de cuerpos ígneos intrusivos. Minerales de varios centímetros de diámetro. Departamento del Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
pegmatitas ferromagnesianas compuestas por plagioclasa y hornblenda. Lo anterior, fue expresado por Leet y Judson60.
La mina de feldespatos El Vergel de Ibagué, corresponde a un gran dique pegmatítico, emplazado dentro del batolito de Ibagué, cuyo feldespato se emplea en la elboración de piezas de cerámica.
La textura afanítica es propia de las rocas ígneas intrusivas hipoabisales y de las extrusivas o lavas. Resultan del enfriamiento rápido de los magmas debido a las bajas temperaturas presentes en las profundidades someras y sobre la superficie del terreno, así como de la forma del cuerpo
____________ 60LEET y JUDSON, Op. Cit., p. 82 - 83.
magmático. Ver figura 7. Si un magma tiene forma tabular, alargada y delgada, y está emplazado dentro de rocas con temperaturas relativamente bajas, la transferencia de calor es alta y el enfriamiento rápido. Las rocas con textura afanítica tienen minerales de tamaños microscópicos como las lavas andesíticas asociadas al volcán-nevado del Tolima y las presentes en los cortes de la carretera de la variante Ibagué-Armenia. Ver figura 7.
La textura porfídica o porfirítica es mixta, tiene cristales megascópicos y microscópicos e indica dos ambientes de formación: uno profundo, de enfriamiento lento; y otro, somero o superficial de enfriamiento rápido. Los minerales formados en ambientes profundos son megascópicos, aparecen primero y se denominan fenocristales. Los de ambiente somero o superficial son microscópicos, se generan de último y forman la Pasta o Matriz, dentro de la cual están embebidos los de mayor
tamaño. Las rocas con esta textura se denominan pórfidos y cuando se enuncia un pórfido andesítico, se refiere a una lava con textura mixta y formada principalmente por plagioclasa y minerales ferromagnesianos. Leet y Judson61, afirman que en casos raros el magma puede ser expelido a la superficie, una vez formados los minerales grandes. En este caso, el enfriamiento final es tan rápido que los fenocristales pueden llegar a quedar incluidos en una pasta vítrea. Los pórfidos andesíticos de la quebrada Anchique, municipio de Natagaima-Tolima, tienen fenocristales hasta de 2 cm de diámetro de plagioclasa color blanco y la pasta o la matriz son minerales ferromagnesianos, tipo hornblenda y biotita. Figura 28.
Figura 28. Pórfido andesítico con textura porfirítica o porfídica mostrando los fenocristales de plagioclasa y la pasta o matriz alterada y formada por minerales ferromagnesianos. Río Anchique. Natagaima-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
___________61Ibid., p. 79. La textura vítrea la presentan las rocas provienentes de magmas eyectados en forma violenta a través de cráteres o fisuras del volcán, bien al espacio o a la superficie de la tierra, donde las condiciones de enfriamiento son muy rápidas, debido a la alta transferencia de calor. Bajo estas condiciones de enfriamiento, aunque los iónes del magma se combinan químicamente, no disponen de tiempo suficiente para precisar su estructura interna tridimensional; siendo por ello, amorfos o parcialmente amorfos. Estos compuestos químicos se denominan vidrio y las rocas que los contienen presentan textura vítrea. Ver figura 8. La obsidiana, vidrio volcánico, es un típico ejemplo de material rocoso con textura vítrea. La textura vítrea resulta de un extremado enfriamiento del magma y una alta viscosidad, lo cual impide la migración de los iónes, de acuerdo a lo expresado por Williams; Turner y Gilbert62.
Los nombres de las texturas definidas para las rocas ígneas son exclusivos de ellas, y aún, si una roca sedimentaria o metamórfica tiene minerales macroscópicos, nunca se podrá afirmar que su textura es fanerítica. A los conglomerados, a pesar por estar formados por bloques y gravas, fragmentos mayores de 16 mm de diámetro, no se les puede atribuir textura fanerítica. Estas rocas son sedimentarias detríticas, clásticas o fragmentarias, y se reitera, que las texturas afanítica,
fanerítica, pegmatítica, vítrea y porfídica o profirítica, son exclusivas de las rocas ígneas. Cuando las rocas metamórficas presentan minerales macroscópicos, como por ejemplo, cuarzo en varillas, igualmente, su textura no es fanerítica ni pegmatítica.
6.4. TABLA DE CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS ÍGNEAS
El Cuadro 1, es la clasificación más simple para las rocas ígneas que se encuentran en el departamento del Tolima. Es preciso aclarar que dentro del mismo, aparece una mínima parte de las rocas ígneas conocidas. La clasificación se basa en el sitio de formación, el color, la textura y en la composición mineralógica de las rocas, de tal suerte, que rocas como el granito y la riolita, aunque tienen idéntica composición mineralógica, la primera es intrusiva y la segunda extrusiva, es decir, difieren por el ambiente en que se formaron. Por otro lado, algunas rocas tienen composición muy similar, casi idéntica, por esto, no se habla, por ejemplo, del granito en sí, sino de la familia o el clan del granito. Las rocas piroclásticas por tener cantidades variables de vidrio, compuesto químico sin estructura interna tridimensional, carecen de composiciones mineralógicas definidas. El color de las rocas se incrementa de izquierda a derecha, en la misma dirección en que aumenta el contenido de minerales oscuros ferromagnesianos. En la primera fila de la tabla, aparecen las rocas intrusivas plutónicas de grano grueso y textura fanerítica. En la segunda, se encuentran las rocas efusivas o lavas, con minerales microscópicos y textura afanítica. Las rocas piroclásticas, como la obsidiana, las cenizas volcánicas y los piroclastos, tienen abundante vidrio y textura vítrea. Sobre las columnas de la tabla aparecen los nombres de las rocas y su composición, que se lee por la intersección de las líneas punteadas sobre los diversos tipos de minerales enunciados en el cuadro.
____________62WILLIAMS; TURNER y GILBERT, Op. cit., p. 25.
Cuadro 1. Clasificación megascópica de las rocas ígneas.
Fuente: PARDO, Alfonso. Medio físico: Rocas ígneas. [En línea]. s. c. UNIVERSITY OF MALES. Fundación San Valero, s. f. [Citado el 20 de julio de 2007 1:00]. S. formato, 24 KB. Disponible en Internet: profesores.sanvalero.net/-w0548/ígneas.html. Complementado por el autor.
6.5 FENÓMENOS POSTVOLCÁNICOS
Los volcanes se apagan totalmente después de miles y aún millones de años y durante los procesos de extinción, aunque no muestran actividades mayores por su cráter, en sus alrededores hay manifestaciones de la actividad magmática a profundidad, como explosión de gases, fuentes termales, géiseres y volcanes de lodo.
6.5.1 Gases. Gorshkov y Yakushova63, afirman que los gases que acompañan las erupciones volcánicas, continúan aún después de terminar la erupción y se advierten por fumarolas, mofetas y solfataras. A través de las fisuras de las rocas conectadas con los cráteres volcánicos, se escapan los gases y se manifiestan a varios kilómetros de distancia, que se reconocen por los olores penetrantes y por el color de las sustancias depositadas en las rocas. En el caserío de Juntas-
____________63GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 517 - 518.Ibagué-Tolima hasta El Rancho, distante varios kilómetros del cráter del volcán-nevado del Tolima y del Machín, en esquistos cloríticos-actinolíticos-plagioclasa, se encuentran rosetas de azufre depositadas por los gases volcánicos. Figura 9. Igualmente, sobre el camino que conduce desde El Silencio-Ibagué-Tolima, hasta el balneario El Rancho, a través de los depósitos de agua en el piso, se presentan burbujas de gases provenientes del volcán-nevado del Tolima. La figura 10, indica el
azufre depositado por el volcán Galeras sobre lavas andesíticas en la mina El Vinagre, municipio de Puracé-Cauca.
6.5.2 Fuentes termales. Son manantiales gravitacionales en los cuales la temperatura del agua es de 4 ° a 8 º C, mayor que la temperatura ambiente. Teóricamente, en todos los sitios profundos de la tierra se tiene agua sobrecalentada producida por el calor correspondiente al Gradiente Geotérmico, que incrementa la temperatura 3 º C cada 100 m de profundidad. En las regiones volcánicas la temperatura a profundidad es anormalmente alta, luego el agua infiltrada y percolada al calentarse, pierde densidad y como tal, alcanza la superficie del terreno. Si la temperatura es mayor que el punto de ebullición del agua, esta se convierte en vapor. Para originarse una fuente termal, se requiere que pierda temperatura y se condense antes de alcanzar la superficie del terreno. Las aguas de los termales de El Rancho ubicados entre el caserío de Juntas y el volcán-nevado del Tolima, tienen temperaturas por encima de los 50 º C, y en sus alrededores aparecen depósitos de CaCO3, de color amarillento, porosos y esponjosos, correspondiente al mineral travertino, identificado como CaCO3 que se asocia a aguas calientes. Los termales de Aguascalientes, adyacentes al volcán Machín y presentes en la vía carreteable Ibagué-Tapias-Toche-Tolima, tienen temperaturas superiores a 70 º C, a pesar de estar mezclados con agua fría y superficial de la quebrada Aguascalientes, que se desplaza por una falla geológica de poca magnitud.
6.5.3 Géiseres. Son manantiales no gravitacionales, intermitentes, calientes, de vapor y agua que brotan a manera de surtidor. Su nombre se deriva de la región de Géyser en Islandia, donde se observaron por primera vez. La temperatura varía entre 60 ° y 80 º C. y alcanzan alturas hasta de 50 m. En el seno de la corteza terrestre existen dentro de las rocas conductos en zigzag, con agua sobrecalentada, esto es, cerca al punto de ebullición, bajo la presión reinante en los conductos. Cuando la presión del vapor alcanza determinado valor, el agua es expulsada al conducto exterior, y se produce una baja de presión y una transformación inmediata de grandes cantidades de agua, en vapor. El agua y el vapor salen en fuertes chorros desde el conducto y forman un surtidor que se eleva varios metros. Esta agua deposita en la superficie sustancias que lleva disueltas como SiO2 y CaCO3, generando depósitos concéntricos que se elevan en columnas de poco diámetro, gran altura y con un conducto interior, a través del cual pasa el agua para brotar en forma de surtidor. Los depósitos son de travertino o geiserita, y su composición depende del tipo de roca en que se encuentren las fracturas a través de las que circulan el agua o el vapor de agua. Cerca del volcán Machín, en la vereda Aguascalientes del corregimiento de Tapias, municipio de Ibagué-Tolima y sobre el cauce de la quebrada Aguascalientes que corre por una pequeña falla geológica, afloran varios géiseres, los cuales construyeron geiseritas en forma de cilindros de hasta 2 m de altura. Estas geiseritas están formadas por carbonato de calcio y óxidos de silicio y a medida que transcurre el tiempo, incrementan su altura. En la parte superior cuentan con un pequeño hueco, que permite la salida del agua caliente y el vapor de agua, en forma de abanico.
6.5.4 Volcanes de lodo. Gorshkov y Yakushova dicen que “son montículos de diferentes dimensiones, con frecuencia de forma cónica, constituidos por lodos, con un cráter en la cúspide. La fuerza motriz principal que provoca la erupción del barro son gases y vapores de agua con alta temperatura que ascienden por las fisuras”64. Estos fluidos, al ascender, incorporan fragmentos de rocas o minerales alterados, que depositan en superficie. En las regiones petroleras, con yacimientos de hidrocarburos, se producen volcanes de lodo, aunque allí, los gases no son magmáticos sino orgánicos. En la región de Arboletes, cerca de la costa atlántica colombiana, existen volcanes de lodo.
6.6 LAS ROCAS ÍGNEAS Y SU RESISTENCIA A LA METEORIZACIÓN QUÍMICA
Las rocas y los minerales se tornan inestables químicamente porque existen contrastes entre las condiciones físicoquímicas y termodinámicas en las cuales se forman y se meteorizan. Entre mayor sea este contraste, más rápido y fácil es la descomposición química. Invariablemente, las rocas y los minerales se meteorizan sobre la superficie del terreno, vale decir, a condiciones ambientales. Las condiciones de las rocas ígneas formadas sobre la superficie del terreno o muy cerca de ella, difieren poco de las de la meteorización; esto, determina que la resitencia a la misma sea alta. La lava andesítica, roca ígnea extrusiva, se forma sobre la superficie del terreno y sobre ella misma se meteoriza, lo cual determina su alta resistencia a la descomposición química y explica la gran cantidad de bloques de andesitas frescas que existen superficialmente en la Meseta de Ibagué; en contraste, presenta una reducida proporción de granodioritas, que al meteorizarse contribuyeron notoriamente como roca parental para la formación de sus suelos. Como se describió, la granodiorita es una roca ígnea plutónica que se formó a grandes profundidades, con temperaturas y presiones de formación muy disímiles a las existentes sobre la superficie del terreno. Además, sobre la Meseta de Ibagué se depositó mayor proporción de granodioritas que andesitas, empero, dada la situación explicada, se conservan bloques de andesitas de varios metros cúbicos de volúmen que contrastan con los pequeños y escasos bloques de granodiorita existentes. La situación anterior, se da bajo la influencia del mismo tipo de clima. Por la acentuada resistencia a la meteorización química de las andesitas, en la Meseta de Ibagué se emplean para obras civiles, como agregados inertes o áridos para concretos y triturados.
Rocas piroclásticas como las cenizas, se formaron en el espacio como producto de explosiones violentas de los volcanes que se enfriaron rápidamente, pues la transferencia de calor fue alta. Este ambiente difiere notoriamente de las condiciones existentes sobre la superficie del terreno, y si se tiene en cuenta la inestabilidad del vidrio contenido en este tipo de material, se entiende fácilmente su rápida meteorización química y la feracidad y velocidad de los suelos que origna, como los pertenecientes a la Unidad Anaime.
____________64Ibid., p. 519 - 520.
7. GRADACIÓN, DEGRADACIÓN Y AGRADACIÓN
Las rocas localizadas sobre la superficie de la tierra están sometidas continuamente a gradación, término que comprende la degradación y la agradación. Estos fenómenos son superficiales, lentos, continuos y no catastróficos. La degradación tiende a disminuir el relieve y para ello, se requiere la meteorización y la erosión. La meteorización fragmenta y descompone los minerales que forman las rocas, suministrando sustancias solubles y sólidos sueltos que fácilmente pueden ser arrancados y transportados, vale decir, erosionados. Los agentes erosivos no tienen la energía suficiente para transportar indefinidamente las sustancias solubles y sólidas, luego deben depositarlas, dando origen a la sedimentación, que hace parte de la agradación.
La degradación ocurre, por lo general, sobre el nivel del mar y la agradación, aún por debajo del mismo. Cuando la lluvia cae se incrementa el caudal y la capacidad de transporte de las corrientes
superficiales, así como la capacidad de arranque de los materiales líticos. Estas partículas se depositan a lo largo de los ríos, formando aluviones y llanuras aluviales o de inundación o en los lagos y los océanos. Los vientos llevan arenas, limos, arcillas y partículas de rocas que las hacen rodar o las transportan en forma aérea, depositándolas a manera de dunas arenosas y capas de polvo o loess. El hielo en movimiento lleva consigo fragmentos de rocas, que se depositan cuando se funde. En síntesis, los materiales meteorizados se erosionan dando paso a la degradación y se depositan en las áreas deprimidas o cuencas de sedimentación, configurando la agradación. Como resultado de todos estos procesos se tienen suelos transportados, sedimentos y rocas sedimentarias.
Si sobre el relieve terrestre sólo ocurrieran estos dos fenómenos, finalmente la superficie del terreno sería plana, se convertiría en penillanura, dificultando los procesos gravitacionales. Por fortuna, y debido a la Isostasia existe el diastrofismo que es el movimiento, rápido, regional, generalmente catastrófico entre las partes sólidas de la tierra. En ciertos lugares, rocas que se formaron a partir de sedimentos depositados en el fondo del mar, se encuentran ahora sobre la superficie del terreno y a grandes alturas. Tal es el caso del cerro La Yesera, en Villa de Leyva-Boyacá, que sobresale por encima del casco urbano, y del mismo municipio de Villa de Leyva, y contiene abundantes fósiles marinos, como las amonitas, en rocas de edad Cretácea. Como los fósiles y las rocas son de ambiente marino se deduce que el área de Villa de Leyva, anteriormente correspondió a una cuenca de sedimentación que después fue levantada, y que las zonas aledañas positivas o que se encontraban por encima del nivel del mar se hundieron, vale decir, las áreas marinas se volvieron continentales y algunos fragmentos del continente actualmente son zonas marinas. Situación similar ocurre en la quebrada El Cobre en Payandé-Tolima, donde se encuentran abundantes fósiles, amonitas principalmente, de ambiente marino. Las rocas hundidas y levantadas en forma rápida, lo hicieron por diastrofismo. En general, el diastrofismo determina la naturaleza de la gradación e incluye fenómenos como el fracturamiento y la deformación de las rocas.
8. EROSIÓN Y SEDIMENTACIÓN
La erosión es el proceso que se inicia con la meteorización y continúa con el arranque, transporte y deposición del material presente en rocas preexistentes. De manera más específica, la erosión puede definirse como el desmoronamiento y la remodelación de la corteza terrestre por la acción de agentes externos como el intemperismo, el viento, el agua, el efecto de las olas y las corrientes marinas y la acción de los glaciares, entre otros. La figura 29, muestra sedimentos depositados sobre el río Combeima, que fueron erosionados por la quebrada Altamira en la parte alta de su cauce. La carga de sedimentos es abundante por las fracturas de las rocas, su textura foliada y la alta pendiente de la zona.
Figura 29. Sedimentos de rocas metamórficas depositados en la confluencia de la quebrada La Altamira en el río Combeima. Juntas-Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
La alteración sufrida por las rocas, meteorización, se debe esencialmente a fragmentación mecánica producida por agentes físicos, a descomposición química generada por los agentes químicamente activos y a la acción biológica, inducida por los agentes vivos, incluido el hombre. Los agentes físicos actúan sobre las rocas mediante la dilatación por el calor y la contracción por el frío y producen así, fragmentos rocosos de menor tamaño. La descomposición química es lenta y afecta a las rocas expuestas sobre la superficie del terreno y hacen que los minerales se descompongan y generen nuevos productos químicos. Las raíces de las plantas actúan como cuñas al crecer entre las grietas de las rocas y acentúan la desintegración mecánica. Los ácidos de los organismos vivientes descomponen los minerales de las rocas produciendo meteorización química. Los fragmentos no consolidados, producto del intemperismo, quedan disponibles para ser removidos por fluidos superficiales, agua y aire. Ellos constituyen los componentes detríticos de las rocas sedimentarias. Los agentes erosivos que transportan los fragmentos sueltos son el agua, el viento, los glaciares, las olas, las corrientes marinas y submarinas y la gravedad.
Las leyes fundamentales que controlan el movimiento de una partícula se relacionan con su tamaño, peso, forma, así como con las características del fluido transportador. El agua transporta los detritos más pesados deslizándolos sobre el lecho de la corriente. Los de tamaño mediano avanzan a saltos cortos e interrumpidos y los de tamaño limo y arcilla, los transporta suspendidos de manera independiente al lecho de la corriente. Una vez los fragmentos alcanzan la zona de deposición, o sea, la cuenca de sedimentación, la velocidad y la capacidad del agente transportador disminuye y se depositan de acuerdo a ciertas leyes físicas. La deposición se efectúa en capas dando lugar a la sedimentación. Los materiales solubles no detríticos son precipitados por agentes químicos o biológicos, a partir del agua que los transporta en solución.
8.1 SEDIMENTOS Y ROCAS SEDIMENTARIAS
Los sedimentos son depósitos de material sólido y suelto, ubicados en la superficie terrestre y acarreados y depositados por cualquier agente erosivo. Su composición es diversa y su tamaño
varía desde arcillas hasta bloques. En general, las rocas sedimentarias son aquellas que se forman por la meteorización, fragmentación y disolución, arranque, transporte, deposición, precipitación y litificación de materiales provenientes de rocas preexistentes, bien sean ígneas, metamórficas o aún sedimentarias. La figura 30 muestra, de manera sencilla, como se originan las rocas sedimentarias y explica las circunstancias que deben darse para que se formen tanto las rocas sedimentarias clásticas como las precipitadas. Las rocas sedimentarias son el producto consolidado o endurecido de un sedimento. El medio de transporte y la naturaleza del material transportado determinan el tipo de roca sedimentaria.
8.1.1 Energía para el transporte de sedimentos. La energía para el transporte de los sedimentos la suministra la gravedad en forma directa o indirecta. Sobre el cauce del río Coello, en las inmediaciones de Payandé, afloran depósitos de forma cónica, recostados sobre los escarpes de las rocas horizontales de la Meseta de Ibagué denominados Coluvios o Coluviones, que fueron transportados exclusivamente por efectos de la gravedad,. En estos depósitos sedimentarios la gravedad actúa en forma directa y el movimiento de los fragmentos se explica por el traslado de los cuerpos de posiciones metastables a más estables, es decir, buscando ubicarse más cerca del centro de la tierra, aunque la energía dentro de la tierra se contrapone a este proceso elevando los continentes y los fondos marinos. Al exponer constantemente nuevas áreas de la superficie terrestre al intemperismo, se asegura el abastecimiento del material para la generación de sedimentos y para la formación de rocas sedimentarias. La cordillera Central de Colombia, actualmente en proceso de levantamiento, suministra permanentemente sedimentos a las cuencas de los ríos Magdalena y Cauca. Estos sedimentos los transporta, en su mayor parte, el agua, agente erosivo que toma la energía de la gravedad. De esta forma, la gravedad actúa en forma indirecta.
Figura 30. Procedencia de las rocas sedimentarias.
Fuente: LEET, Don y JUDSON, Sheldon. Fundamentos de Geología física. 4ª Ed. México : Limusa, 1980. p. 151. Complementada por el autor.
8.1.2 Agentes erosivos. Adicional a la gravedad, el agente erosivo que más impacta a las rocas es el agua; le siguen el viento, los glaciares, las olas y las corrientes marinas y submarinas.
8.1.3 Modo de transporte. Para Leet y Judson65 los materiales resultantes de la meteorización se
____________65LEET y JUDSON, Op. cit., p. 108.desplazan en el agua en forma disuelta, coloidal y como partículas sólidas sobre el fondo del cauce o a saltos. El viento transporta a saltos los fragmentos que ruedan sobre la superficie del terreno y los más pequeños, los lleva suspendidos en forma aérea. Los glaciares se desplazan sobre la
superficie del terreno e involucran dentro de sí, a los materiales que transportan. Las morrenas son depósitos de fragmentos sólidos transportados por los glaciares.
8.1.4 Proceso de sedimentación. Leet y Judson66 afirman que la sedimentación tiene lugar cuando el agente transportador carece de la energía necesaria para seguir acarreando el material transportado. Las corrientes de aguas superficiales cuando pierden pendiente y altura, disminuyen su velocidad y capacidad de transporte e inician los procesos de sedimentación. El material más grueso se deposita primero y hacia el fondo del cauce. Los fragmentos más finos se depositan luego, y las sustancias disueltas son las últimas en precipitar.
8.1.5 Precipitación química. Es el proceso por medio del cual el material transportado en solución se convierte en sólido, separándose del líquido solvente. La precipitación se produce por acción orgánica o biológica. Las calizas y liditas de Payandé-Tolima, son rocas sedimentarias formadas por precipitación de carbonato de calcio y ópalo disuelto. En las minas de sal de la Guajira-Colombia, la halita es separada del resto de sales en solución aprovechando su alta solubilidad; esto permite que se precipite de último. Para lograrlo, se utilizan varias piscinas intercomunicadas, en donde las sales menos solubles se precipitan primero.
8.1.6 Composición de las rocas sedimentarias. Leet y Judson67 sostienen que arcilla, cuarzo y calcita son los minerales esenciales que forman las rocas sedimentarias; los minerales accesorios son aproximadamente 15. Todas las rocas están formadas por dos o más minerales: caolinita, montmorillonita, bentonita e illita, son los minerales arcillosos más importantes y originan las arcillolitas, shales o lutitas. El cuarzo aparece como ópalo, chert, pedernal y calcedonia y además, como sustancias cementantes. El carbonato de calcio que es importante como formador de rocas y como sustancia cementante, se deriva primariamente de la meteorización de rocas ígneas que contienen minerales cálcicos y ferromagnesianos y se transporta desde los lugares de descomposición como bicarbonato y carbonato, precipitándose como calcita, mediante la interacción de procesos biológicos y orgánicos. Los minerales accesorios formadores de rocas sedimentarias son: dolomita, hematita, gohetita, limonita, feldespatos, micas, yeso, rocas piroclásticas, materia orgánica y carbón. Se aclara nuevamente: el carbón no es mineral ni roca, sin embargo, a menudo, aparece entre rocas sedimentarias detríticas.
8.1.7 Origen de las rocas sedimentarias. El origen de los constituyentes de las rocas sedimentarias es mecánico o detrítico, químico, bioquímico y orgánico.- Mecánicos o detríticos: son fragmentos de minerales y rocas, y de minerales
individuales, procedentes de la desintegración de rocas y minerales preexistentes. Figuras 31 y 32.
____________66Ibid., p. 108.
67Ibid., p. 109. Figura 31. Conglomerado de la formación Gualanday Superior. Detritos de chert de diversos colores y cuarzo lechoso. Matriz areno-arcillosa y cementos de óxidos de hierro y sílice. Hidroeléctrica de La Ventana. Chicoral-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
- Químicos: material formado por precipitación directa en la cuenca de sedimentación de sustancias disueltas en el agua. Calizas y liditas, figura 33.
Figura 32. Arenisca con fragmentos de cuarzo y chert de varios colores. Cementos de óxidos de hierro y sílice. Formación Gualanday Inferior. Afloramientos aledaños al canal de riego de Usocoello. Chicoral-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.Figura 33. Calizas con venas de calcita de la formación Payandé. El color oscuro obedece al contenido de materia orgánica. Mina de Cemex. Corregimiento de Payandé. Municipio de San Luís-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
- Bioquímico: material originado en las cuencas de sedimentación como restos de las partes duras o caparazones de organismos vivos.
- Orgánico: procedente de la materia orgánica de los seres vivos, más o menos transformada.
Hay rocas que tienen un origen único, bien sea mecánico o químico. No obstante, es frecuente la presencia de litologías cuyos constituyentes tienen distinto origen como ocurre con las calizas que tienen composición química y bioquímica.
En cuanto al origen, las rocas sedimentarias pueden ser:- Rocas detríticas o mecánicas: son las formadas por detritos o clastos de diferentes tamaños,
como bloques, gravas, arenas, arcillas y limos. Puede haber fracciones finas entre los fragmentos más gruesos, constituyendo la matriz o un cemento de naturaleza carbonatada, sílices o de arcilla. Las areniscas y los conglomerados son ejemplos de estos tipos de rocas. Ver figuras 30 y 31.
- Rocas de origen químico: se originan por la precipitación de iónes disueltos en el agua. Las calizas, figura 33, las dolomitas y el yeso pertenecen a esta clase de rocas.- Rocas de origen orgánico: son rocas en las que los seres vivos han intervenido en su
formación y su composición es la materia orgánica más o menos transformada. Las calizas fosilíferas pertenecen a este tipo de roca.
8.1.8 Texturas de las rocas sedimentarias. La textura es el aspecto general de una roca del tamaño de una muestra de mano. En las rocas sedimentarias la textura depende del tamaño, forma y empaquetamiento de los granos. A pesar de lo anterior, se tendrá en cuenta para la clasificación de las texturas únicamente el tamaño de los fragmentos componentes de la roca. Williams, Turner y
Gilbert68, consideran que la textura clástica, fragmentaria o detrítica se caracteriza porque tiene
clastos, fragmentos o detritos unidos por un cemento o litificados por compactación o desecación. La textura no clástica, no detrítica o no fragmentaria es típica de las rocas sedimentarias precipitadas y se caracteriza por la ausencia de fragmentos, clastos o detritos. Los conglomerados de la formación Gualanday Superior y las areniscas del Gualanday Inferior, tienen textura clástica, detrítica o fragmentaria. Ver figuras 30 y 31.
8.1.8.1 Tamaño de los fragmentos de las rocas sedimentarias de textura clástica. Se expresa en función de su diámetro, esto es, el diámetro que tendría una partícula individual de forma irregular, si se convirtiera en una esfera de volumen equivalente. Leet y Judson69
, señalan que el tamaño de los granos sirve de base para la clasificación de las rocas sedimentarias detríticas, clásticas o fragmentarias. Nótese que el término arcilla, además de emplearse para designar un tamaño, también se usa para un grupo de minerales denominados arcillosos. Cuando se dice arena,se está hablando de un tamaño, aunque no de la composición del fragmento. La escala de tamaños de Wentwort, es la más usada y corresponde a:
Nombre Diámetro en milímetros.Arcilla < 1/256Limo 1/16 - 1/256Arena muy fina 1/16 - 1/4Arena fina 1/ 4 - 1/2Arena media 1/2 - 1Arena gruesa 1 - 2Arena muy gruesa 2 - 4 Grava de gránulos 4 - 8Grava de guijones 8 - 16Grava de guijarros 16 - 256Bloques o cantos rodados > 256
8.1.8.2 Forma de los granos. Williams, Turner y Gilbert70, sostienen que inicialmente los granos
____________68WILLIAMS; TURNER y GILBERT, Op. cit., p. 290.69LEET y JUDSON. Op. cit., p. 112.
70WILLIAMS; TURNER y GILBERT, Op. Cit., p. 296 - 300. tienen formas variadas, tales como tabulares y prismáticos y algunos son redondeados. Con el tiempo y el transporte tienden a adquirir formas esféricas. Un grano es bien redondeado cuando sus aristas son lisas y pulidas, independiente de su forma y tamaño. El redondeamiento de los granos y su forma final depende de la dureza del mineral o del fragmento de roca, la cristalización, el medio y el tiempo de transporte.
8.1.9 Litificación y diagénesis. Leet y Judson sostienen que “los procesos de litificación convierten a los materiales sin consolidar, que forman rocas, en roca consolidada, coherente. El término se deriva de las palabras griega y latina que significan “rocas” y “hacer” respectivamente”71. Para las rocas detríticas, estos procesos son: cementación, compactación y desecación. Las rocas sedimentarias precipitadas se litifican por el entrecruzamiento o entreveramiento de los cristales de tamaño molecular al momento de su precipitación. La diagénesis equivale a los cambios sufridos por los sedimentos a relativamente bajas temperaturas. El carbonato de calcio precipitado como aragonito, puede recristalizar rápidamente a calcita, siendo éste un ejemplo típico de diagénesis. No
obliga a este escrito establecer las diferencias entre litificación y diagénesis, aunque la litificación sea la más empleada para explicar el origen de las rocas sedimentarias.
8.1.9.1 Cementación. Es un proceso de litificación de las rocas clásticas consistente en la ligazón de los fragmentos individuales mediante sustancias cementantes, que circulan entre los espacios porosos. Estos cementos disueltos en el agua, al encontrar condiciones diferentes en las cuencas de sedimentación, se precipitan produciendo la cohesión de los granos. Los cementos más importantes son calcita, hematites, limonita y sílice.
8.1.9.2 Compactación y desecación. Leet y Judson72, aseveran que los sedimentos de grano muy
pequeño presentan poros de tamaños muy reducidos que impiden la circulación de las sustancias cementantes, siendo ésta la razón por la cual las arcillolitas y las lodolitas no son cementadas. En una secuencia de estratos de grano fino el peso de los sedimentos superiores reduce, aún más, el espacio poroso y por consiguiente, el volumen de los sedimentos, cohesionándolos por compactación y transformándolos en rocas. Durante este mismo proceso el agua que ocupa los espacios porosos se expulsa, y los materiales o las rocas, por efecto de la desecación, se consolidan aún más.
8.1.9.3 Cristalización. Es una forma de litificación que al producirse presenta cristales entrelazados. La cristalización puede aumentar el tamaño de los minerales existentes o cristalizar nuevos minerales. Los cristales al momento de su precipitación se entrelazan y entrecruzan, dando a la roca aspecto duro y cohesivo. Williams, Turner y Gilbert73, afirman que los rasgos esenciales de las texturas cristalinas no clásticas, surgen del crecimiento o agrandamineto de los cristales en
____________71LEET y JUDSON, Op. Cit., p. 113.
72Ibid., p. 113.
73WILLIAMS; TURNER y GILBERT, Op. cit., p. 290. un agregado, y se describen mejor considerando las etapas de su desarrollo. Los cristales de una solución que primero se precipitan son pequeños y están envueltos por una solución saturada quelos nutre y en la que pueden crecer libremente. En contacto con la solución, los cristales iniciales se adhieren a cualquier superficie sólida o se formarse en suspensión.
8.2. ROCAS SEDIMENTARIAS D ETRÍTICAS, FRAGMENTARIAS O CLÁSTICAS
Emmons, Allison, Stauffer y Thiel74, describen las rocas sedimentarias clásticas más importantes,
como rocas compuestas por minerales arcillosos como illita, montmorillonita, caolinita y bentonita, así como por sílice y calcita. Arcillolitas, Shales, Lutitas son rocas no cementadas con fragmentos inferiores a 1/256 mm y con tamaños intermedios entre limonita y conglomerado. El Gualanday Medio está compuesto por arcillolitas abigarradas. Pueden observarse en gran parte de zonas aledañas al canal de riego del Distrito de Riego de Usocoello, un kilómetro abajo de la bocatoma, en el corregimiento de Chicoral-Tolima. Estas arcillolitas tienen intercaladas abundantes costras de óxidos de hierro, de color rojo y amarillento, y de varios milímetros de espesor.Areniscas: rocas cementadas con detritos de 1/16 mm a 4 mm de diámetro. Las areniscas cuarzosas tienen más del 90% de fragmentos de cuarzo, son maduras, con granos bien redondeados y buena selección o “sorting”. Las arkosas son areniscas de composición feldespática, y las grauvacas son areniscas cementadas cuyos fragmentos son de diferente composición. El
Gualanday Inferior tiene areniscas cuarzosas, friables, con láminas de óxidos de hierro de varios milimetros de espesor y afloran sobre el canal de riego de Usocoello, un kilómetro abajo de la bocatoma y en inmediaciones de Chicoral-Tolima. Ver figura 32. Conglomerados: tienen fragmentos mayores de 4 mm, redondeados y de cualquier composición. La Formación Gualanday presente en los alrededores de Gualanday y Chicoral-Tolima tiene tres niveles bien definidos: el Superior, es conglomerático, ver figura 31; el Medio, arcilloso y el Inferior, arenoso. Los conglomerados y las areniscas son magníficos acuíferos y las arcillolitas se emplean con éxito en alfarería y en la elaboración de ladrillos. El relieve de los conglomerados es abrupto. Limolitas, lodolitas o fangolitas: rocas compactas, desecadas, no cementadas, con poros de diámetro reducido que impiden la circulación del agua con sustancias cementantes. Sus fragmentos varían entre 1/16 mm y 1/256 mm de diámetro. En los escarpes de la formación Gualanday, el relieve del nivel medio, compuesto por arcillolitas, es menos abrupto y la vegetación abundante; esto explica el mayor desarrollo de los suelos.Brechas: rocas idénticas a los conglomerados, aunque con fragmentos angulosos.Tillita: conglomerado con fragmentos depositado por el hielo.Creta: constituida por fragmentos de calcita de origen bioquímico en forma de esqueletos de animales y plantas oceánicas microscópicas. Es una caliza de grano fino mezclada con fragmentos pequeños de calcita.Coquina, lumaquela o caliza detrítica: caliza con fragmentos de grano grueso originada por la acumulación de pedazos de conchas y espículas. Estas rocas son de ambiente marino.
____________74EMMONS; ALLISON; STAUFFER y THIEL, Op. cit., p. 156 - 158.
8.3 ROCAS SEDIMENTARIAS DE ORIGEN QUÍMICO Y BIOQUÍMICO
Emmons, Allison, Stauffer y Thiel75 definen y clasifican estos tipos de roca. Son rocas formadas por la precipitación de sustancias químicas debido a la acción de procesos orgánicos e inorgánicos. Seguidamente se exponen las rocas sedimentarias que tienen este origen.
1. Calizas: cuando las rocas primarias cálcicas se meteorizan dan bicarbonatos de calcio en solución. Si el agua de estas soluciones se evapora en cantidades suficientes, debido al incremento de la temperatura y al descenso de la presión, precipitan la calcita y originan las calizas. Ver figura 33.
2. Travertino: depósitos de carbonato de calcio precipitado por las fuentes termales cuando el agua pierde temperatura y presión. Tienen aspecto poroso y esponjoso.
3. Tufas calcáreas: caliza porosa y esponjosa que se precipita en ríos, manantiales y en aguas someras. Las fuentes termales de El Rancho en Juntas- Tolima, presentan abundantes
depósitos de travertino y la mayoría de las quebradas en Payandé-Tolima, tienen depósitos de tufas calcáreas delgados.
4. Estalactitas: originadas por el goteo de aguas saturadas de CaCO3; crecen de arriba hacia abajo y tienen un conducto central por el cual escurre el agua con el carbonato disuelto.
5. Estalagmitas: poseen el mismo origen de las estalactitas, sin embargo, crecen de abajo hacia arriba y carecen de orificio. Las cuevas de Tuluní en Chaparral-Tolima presentan estalactitas y estalagmitas que conforman con el tiempo cavernas con Dientes de Tigre.
6. Chert o lidita: se forma por la precipitación de sílice hidratada. Su color depende de las impurezas, y si es de color oscuro contienen materia orgánica. La formación Payandé,
que aflora en el corregimiento de Payandé-municipio de San Luís-Tolima, exhibe excelentes afloramientos de lidita debajo del puente del río Coello, en la vía Buenos Aires-Payandé-Tolima. Estas rocas por su resistencia a la meteorización se utilizan como agregados inertes o áridos para la elaboración de concretos y triturados. Figura 34.
7. Dolomita: Huang76, la define: roca formada por carbonato de calcio y magnesio, de origen discutido. Se cree que la dolomita se deposita como tal, pero esto no es muy acertado pues actualmente no se está depositando dolomita, tal como lo demuestran los análisis de los lodos oceánicos. Se acepta más bien, que la dolomita se origina a partir de calizas debido a la sustitución del calcio por el magnesio. En el departamento del Tolima la dolomita es una roca muy escasa en relación con las calizas que aparecen engrandes volúmenes en la formación Payandé, permitiendo el asentamiento de fábricas decemento, como Cemex de Colombia
8. Evaporitas: son rocas compuestas por minerales precipitados de soluciones, después de la evaporación del líquido en que se encontraban disueltos. Las evaporitas se precipitan de acuerdo a su grado de solubilidad: las más solubles primero; por esto, el yeso y la anhidrita lo hacen primero que la halita. Dentro de la formación Gualanday, propia de la edad terciaria, es común, en el departamento del Tolima, la presencia de yeso. Los
____________75Ibid., p. 157.76HUANG, Op. cit., p. 322 - 323. Figura 34. Chert o lidita de la formación Payandé. Puente sobre el río Coello. Carretera Buenos Aires-Payandé. Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
depósitos de halita de origen evaporítico están restringidos al océano Atlántico, al departamento de la Guajira, aunque en Zipaquirá–Cundinamarca-, existen domos salinos.
8.4 ABUNDANCIA RELATIVA DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
Leet y Judson77, consideran que las areniscas, lutitas, lodolitas y calizas, forman el 99% de las rocas
sedimentarias y su abundancia individual es la siguiente: lutitas y lodolitas 45%, areniscas 32% y calizas 22%.
8.5 CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
La estratificación y el sorteamiento son las características más notorias de las rocas sedimentarias. La estratificación se manifiesta en las rocas, por las capas o estratos separados por planos paralelos a lo largo de los cuales, tienden a romperse. Cada plano de estratificación marca la terminación de un depósito y el principio de otro. En sentido geológico, se dice, que una roca está bien sorteada cuando todos los granos son de un mismo tamaño. Para los ingenieros civiles un material está bien sorteado, cuando da buena compactación, o sea, cuando presenta fragmentos de diferentes tamaños. La formación Honda, de edad terciaria, presenta niveles bien sorteados que los
____________77LEET y JUDSON, Op. cit., p. 114 - 115.ingenieros civiles utilizan para las vías carreteables por su excelente compactación, pues contienen fragmentos desde tamaño arcilla hasta grava.
La gradación es la disposición ordenada de tamaños de los granos que forman una roca sedimentaria y puede ser normal o invertida. Es normal cuando los granos grandes aparecen hacia la base; e invertida en caso contrario.
8.6 CUADRO DE CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
Las rocas sedimentarias se clasifican teniendo en cuenta el origen, la textura, el tamaño de los fragmentos y la composición de las sustancias precipitadas. Las texturas, el origen y el tamaño de los fragmentos se han tratado en capítulos anteriores. La composición de las sustancias disueltas que precipitan para originar las rocas sedimentarias de origen químico, inorgánico y bioquímico son calcita, halita, ópalo, dolomita y yeso, entre otras. La composición de los fragmentos de las rocas de textura detrítica, no determinan la clasificación de este tipo de rocas sedimentarias. Cuadro 2. Ordinariamente los cuadros de clasificación de las rocas sedimentarias ubican el carbón mineral o de piedra dentro de las rocas con textura clástica, pero no es porque corresponda a una roca o a un mineral, sino porque ordinariamente se encuentra dentro de las rocas sedimentarias clásticas como las arcillolitas. El cuadro 2, no contiene todas las rocas sedimentarias existentes; presenta apenas las más comunes y corrientes que se encuentran en el departamento del Tolima.
8.7 LAS ROCAS SEDIMENTARIAS Y SU RESISTENCIA A LA METEORIZACIÓN QUÍMICA
Bajo el mismo tipo de clima y condiciones ambientales, la inestabilidad de las rocas sedimentarias se atribuye casi en su totalidad a la composición mineralógica. Las calizas formadas por CaCO3 se meteorizan más rápido que los cherts o liditas compuestos por material silíceo. Las ortocuarcitas, areniscas cuarzosas, son más resistentes que las arkosas, areniscas feldespáticas, porque el cuarzo es un mineral más polimerizado que los feldespatos, y por lo tanto, resiste mejor a la meteorización química.
La cadena de cerros que se extiende entre San Luís y Piedras-Tolima, formando el Boquerón de Gualanday, está compuesto por rocas sedimentarias detríticas como conglomerados y areniscas y
arcillolitas de la formación Gualanday. En el Alto de Gualanday, afloran conglomerados, Nivel Superior-T3- y arcillolitas del Nivel Medio-T2. Los conglomerados exhiben pendientes altas, suelos poco desarrollados y escasa vegetación. Esto se debe, a la gran resistencia a la meteorización química de los minerales que forman los conglomerados como son el chert y el cuarzo. Las arcillolitas del Gualanday Medio, que obviamente están sometidas a las mismas condiciones climáticas de los conglomerados, tienen pendientes suaves, suelos más desarrollados y vegetación abundante, porque su composición mineralógica difiere de la de los conglomerados.
Las calizas son rocas que se disuelven aún en presencia de agua químicamente pura, y por ello, el agua de los ríos y las quebradas que las atraviesan, contienen abundantes carbonatos y bicarbonatos en disolución. Además, la parte superior de los afloramientos de calizas que reciben el agua lluvia, presentan rugosidades, producto de la disolución de la calcita, que es el principal mineral que la forma. Cuadro 2. Clasificación de las rocas sedimentarias.
ORIGEN TEXTURA TAMAÑO DE PARTÍCULA O COMPOSICIÓN
NOMBRE DE LA ROCA
DETRÍTICO CLÁSTICA
GRAVA O MAYOR CONGLOMERADOARENA ARENISCALIMO LIMOLITA, FANGOLITA
O LODOLITAARCILLA ARCILLOLITA, SHALE O
LUTITA
QUÍMICO INORGÁNICOCLÁSTICA Y NO CLÁSTICA
CALCITA, CaCO3 CALIZADOLOMITA, CaMg
(CO3)2
DOLOMITA
HALITA, NaCl HALITAYESO, CaSO4.2H2O YESOÓPALO, SiO4. nH2O CHERT O LIDITA
BIOQUÍMICO CALIZA POROSA ASOCIADA A AGUAS
SOMERAS
TUFA CALCÁREA
CALIZA POROSA ASOCIADA A AGUAS
CALIENTES
TRAVERTINO
CALIZA CON FÓSILES CALIZA FOSILÍFERA***RESTOS
VEGETALESCARBÓN MINERAL
Fuente: LEET, Don y JUDSON, Sheldon. Fundamentos de Geología Física. 4ª Ed. México : Limusa, 1980. p. 114. Complementado por el autor.
Los cherts o liditas que afloran en el puente sobre el río Coello, en la carretera que conduce desde Buenos Aires a Payandé-Tolima, a pesar de estar muy fracturados, carecen de meteorización química. Lo anterior, se debe a su alto contenido de sílice, que como se ha repetido con insistencia, es un tectosilicato altamente polimerizado y muy resistente a la meteorización química.
9. METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS
El metamorfismo puede entenderse como metamorfosis, vale decir, como cambios de formas. En sentido geológico, son cambios sufridos por las rocas preexistentes en estado sólido , bien sean ígneas, sedimentarias o aún metamórficas, como consecuencia de intensas variaciones en la temperatura, presión y ambiente químico, todos producidos por las mismas fuerzas que pliegan, fallan, inyectan magmas y elevan o deprimen las masas rocosas interiores. El metamorfismo se produce en el interior de la tierra, por debajo de la zona de meteorización y por encima de la zona de fusión de las rocas. Los agentes de metamorfismo corresponden a elevadas temperaturas y presiones y a la acción de los agentes químicamente activos, como aguas calientes, fenómenos hidrotermales, y gases calientes, fenómenos neumatolíticos. Cada uno de los agentes define un tipo de metamorfismo: de contacto, térmico o pirometamorfismo, de calor, regional, de presión o enterramiento; la presión, y el metasomático lo tipifican los gases y las aguas calientes. El Grupo Cajamarca es un conjunto de rocas que afloran en la carretera Ibagué-Cajamarca-La Línea, y en el cañón del río Combeima, está formado por esquistos cuarzo-sericíticos-grafitosos, esquistos negros, esquistos cloríticos-actinolíticos-plagioclasa, esquistos verdes, y en menor proporción por cuarcitas, cuarcitas micáceas y mármoles. Estas rocas tienen extensión regional y su metamorfismo obedece al incremento de la presión; a mayor enterramiento mayor grado de metamorfismo. Los esquistos verdes y negros son los más abundantes y corresponden al material parental de la Unidad Suelo Combeima, definida para el departamento del Tolima, por la Federación Nacional de Cafeteros. Estas rocas son muy antiguas, más de 1.200 millones de años, tienen textura foliada, como las hojas de un libro, y están muy fracturadas y replegadas, por eso, ocasionan abundantes deslizamientos de masas que afectan frecuentemente la carretera Ibagué-Cajamarca-La Línea-Tolima y a las obras civiles del cañón del río Combeima.
Los mármoles de Payandé se derivan de las calizas de color negro, con abundante materia orgánica y algo de sílice y arcilla, que afloran copiosamente en la región y que se transformaron por efecto del calor suministrado por la inyección del cuerpo magmático, denominada Stock* de Payandé. Estos mármoles, en consecuencia, exhiben matamorfismo térmico, de contacto o pirometamorfismo. Las variedades de los mármoles obedecen al color y al tamaño de los cristales. Los colores estéticos y los granos grandes determinan los mayores precios. En Payandé, existen mármoles con débil metamorfismo, de color gris y granos apenas perceptibles megascópicamente, cuyo precio es bajo y se denominan Gris Payandé. También se encuentran mármoles blancos, con alto grado de metamorfismo térmico, y con granos hasta de 4 cm de diámetro, cuyo costo es alto y son calizas que soportaron elevadas temperaturas, lo cual permitió la volatilización de la materia orgánica, cambiando su color de negro a blanco, y el crecimiento de los cristales, recristalización. Se debe recordar que los cristales de CaCO3 de la caliza son microscópicos.
____________
*Cuerpo ígneo intrusivo, plutónico, de cualquier forma, edad y composición, aunque con afloramientos menores a 100 km2 La diferencia con el batolito radica en el tamaño pues el batolito tiene afloramientos mayores a 100 km2.En la mina abandonada de cobre localizada en Payandé-Tolima, en las zonas de contacto entre los mármoles y el Stock de Payandé, de composición cuarzodiorítica, existen mineralizaciones metasomáticas, producidas por la acción de fluidos hidrotermales que escapan del magma en proceso de enfriamiento y se alojan en los mármoles, ocasionando minerales nuevos como la wollastonita, resultante de la combinación de sílice con el carbonato de calcio de las calizas. La mina abandonada de El Sapo localizada en Rovira-Tolima, también es un depósito metasomático de cobre.
Conforme a Huang78, el término metamorfismo fue utilizado por primera vez en 1832, y se define
ahora, como el cambio en estado sólido de la composición mineralógica y de la presentación de las rocas, como resultado de variaciones de las condiciones físico-químicas, bajo las cuales se formaron. Las rocas metamórficas se originan bajo la acción de elevadas temperaturas, presiones y fluidos químicamente activos, sobre rocas preexistentes, ya sean ígneas, sedimentarias o aún, las mismas metamórficas. Las rocas sufren transformaciones en estado sólido, pues si se llegaran a fundir por la acción de elevadas temperaturas, originarían un magma y posteriormente una roca ígnea, antes que una metamórfica. Siendo así, el término metamorfismo se refiere concretamente a los cambios de textura y composición que sufren las rocas en estado sólido.
9.1 AGENTES GENERADORES DEL METAMORFISMO
“Los agentes del metamorfismo son el calor, la temperatura y los fluídos químicamente activos”79, según lo expresado por Huang.
9.1.1 Calor. Es el agente más importante, actúa en forma directa e indirecta; se cree que sin calor no podría existir metamorfismo en las rocas, de la misma forma que sin agua, sería imposible que se presentara la meteorización. El calor está asociado a cuerpos magmáticos, fluidos calientes y al gradiente geotérmico que influye en las rocas con metamorfismo regional o de enterramiento.
9.1.2 Presión. La presión normal sobre las rocas que se encuentran enterradas a profundidades de 9.000 m a 12.000 m, es de 2.800 a 4.200 kg/cm2, presiones suficientes para que las rocas fluyan en estado sólido o en forma plástica. Este flujo ocasiona movimientos intergranulares, planos de deslizamientos, cambios de textura, reorientación de granos, crecimiento de cristales, es decir, la presión produce cambios en estado sólido que es justamente el metamorfismo. La presión, en un punto determinado de una cuenca geológica, es el producto de la profundidad y del peso específico medio de las rocas.
9.1.3 Fluidos químicamente activos. Las soluciones hidrotermales, aguas calientes, que se desprenden al final de la solidificación de magmas, se desplazan fuera de la cámara magmática y
____________78HUANG, Op. cit., p. 399.
79Ibid., p. 403 - 406.reaccionan con las rocas circundantes. A veces, agregan, cambian o sustituyen iónes a los minerales para generar nuevos minerales. Si contienen elementos de interés económico, originan yacimientos minerales de Metasomatismo de Contacto. Se reitera, en Mina Vieja, Payandé- Tolima, el Stock de Payandé, roca ígnea intrusiva cuarzodiorítica, suministró los fluidos mineralizantes
que se alojaron en los mármoles adyacentes al cuerpo ígneo, originando mineralizaciones de polisulfuros metálicos, denominados Skarn. Igualmente, las calizas marmorizadas reaccionan con los fluidos químicamente activos liberados por el cuerpo intrusivo, produciendo minerales metasomáticos como wollastonita, figura 35.
Figura 35. Cristales de wollastonita, resultantes de la acción hidrotermal de la sílice hidratada , liberada durante la intrusión del Stock de Payandé, sobre el carbonato de calcio de las calizas del Payandé. Mina Vieja. Payandé-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
9.2 TIPOS DE METAMORFISMO Leet y Judson80 dicen que cada agente determina un tipo de metamorfismo, sin excluir a los que actúan en menor intensidad, y pueden ser de contacto, térmico o pirometamórfico, dinámico o cataclástico y regional o dinamo-térmico. Si, por ejemplo, el agente predominante es el calor, el
____________80LEET y JUDSON, Op. cit., p. 308.metamorfismo es de contacto, térmico o pirometamorfismo, aunque la presión y los fluidos químicamente activos hayan intervenido en menor proporción. Una roca metamórfica puede ser nuevamente metamorfoseada por un agente diferente y sus características corresponden al último agente que produjo el nuevo metamorfismo.
9.2.1 Metamorfismo de contacto, térmico o pirometamorfismo. Se produce en contacto o cerca de cuerpos ígneos intrusivos calientes, en proceso de enfriamiento, por efecto de temperaturas de
300 ° C a 800 º C. Produce minerales típicos como diópsido, wollastonita y otros silicatos de Ca y Mg, y cambios estructurales como los observados en los mármoles de Payandé-Tolima. Figura 36.
Figura 36. Mármol de Payandé, cristales de calcita de color claro y hasta de 4 cm de diámetro. Mina de mármol adyacente a la entrada principal de la mina de cobre Mina Vieja. Payandé-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
Se amplía el proceso mediante el cual se formaron los mármoles de Payandé, así: las calizas plegadas de la formación Payandé fueron intruídas por el Stock de Payandé, cuerpo magmático caliente en proceso de cristalización que se intruyó siguiendo las fracturas existentes. Una vez emplazado el cuerpo ígneo dentro de las calizas, se inició la transferencia de calor en todas las direcciones, para posteriormente enfriarse y originar la roca ígnea intrusiva. El calor transferido recalentó en mayor proporción a las calizas inmediatamente adyacentes al plutón y menos, a las calizas más lejanas. Vale decir, se generaron Isotermas cuyo valor decrecía al alejarse del cuerpo intrusivo. Las calizas, por el proceso descrito, se transformaron en mármoles; los de colores más claros y granos de mayor tamaño son los adyacentes al cuerpo ígneo intrusivo, o sea, que el metamorfismo se manifestó por cambio de color de la roca y el aumento en el tamaño de los cristales de calcita. Las calizas son de color oscuro, carecen de cristales megascópicos y se utilizan como materia prima básica para la elaboración del cemento en la fábrica de Cemex, en la planta de Caracolito de Buenos Aires-Ibagué-Tolima. Los mármoles son de color claro y el tamaño de sus cristales depende de su proximidad al cuerpo generador de calor. La materia orgánica de las calizas, que las torna de color negro, se volatiliza por efecto de las altas temperaturas, y por esto, los mármoles son de color claro a gris como el Gris Payandé. Los mármoles de mejor calidad por su mayor tamaño del grano, son los más altamente recristalizados, y en Payandé, se extraen de las canteras ubicadas adyacentes a la entrada principal de la mina de cobre Mina Vieja. Figura 36.
9.2.2 Metamorfismo regional o dinamo-térmico. Según Leet y Judson81, este metamorfismo tiene lugar en áreas extensas, con frecuencia de muchos kilómetros cuadrados y a varios miles de metros de profundidad. Este metamorfismo se produce por elevadas presiones resultantes del peso de los
sedimentos y por el calor debido al enterramiento de las rocas. Se repite: el Grupo Cajamarca que aflora en la cordillera Central, sobre la carretera Panamericana Ibagué- Cajamarca-La Línea y en el cañón del río Combeima, tiene varios kilómetros de longitud y miles de metros de espesor; pues aflora desde el Norte de Antioquia hasta el Sur del Tolima. Está compuesto principalmente por esquistos negros cuarzo-sericíticos-grafitosos, figura 37, son foliados y fuertemente plegados y fracturados, y por esquistos verdes cloríticos- actinolíticos-feldespáticos, igualmente replegados y fracturados que, comúnmente, aparecen en lajas de diversos espesores, las cuales se emplean Figura 37. Esquistos cuarzo-sericíticos-grafitosos, esquistos negros, del Grupo Cajamarca, con cristales de pirita de hierro cúbica y oxidada. Metamorfismo regional y foliación de varios milímetros de espesor. Carretera Ibagué-Cajamarca-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
____________81Ibid., p. 309.como piedra de ornamentación en fachadas de edificios y casas de habitación. Figura 38. Estas rocas son de metamorfismo regional dinamo-térmico y tienen pequeñas Intercalaciones de cuarcitas,
Figura 38. Esquistos verdes, cloríticos-actinolíticos-plagioclasa mostrando su textura foliada y su aspecto lajoso que los habilita para ser utilizados como piedra de ornamentación en exteriores de obras civiles. Villarrestrepo-Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
cuarcitas biotíticas y mármoles. Asociados a los esquistos verdes y por acción hidrotermal aparecen mineralizaciones de talco. Las rocas del grupo Cajamarca que afloran en el Tolima son el material parental de la Unidad Suelo Combeima, definida por la Federación Nacional de Cafeteros81.
9.2.3. Metamorfismo dinámico o cataclástico. De acuerdo a Williams, Turner y Gilbert82, este metamorfismo se forma cerca de zonas de fracturas y fallas debido a la transformación de las rocas por las altas presiones de deformación. Sobre el trazo de la falla de Cocora, en el cauce del río del mismo nombre y en el carreteable Ibagué-Laureles-Dantas-Tolima, aparece una franja de neisalargada, delgada, y paralela al trazo de la falla, de composición granodiorítico. Estos neis provienen de la granodiorita del batolito de Ibagué y las bandas de color blanco sonplagioclasa, ortoclasa y cuarzo, mientras que las negras están constituidas por minerales como biotita y hornblenda. El alineamiento y el bandeamiento de los minerales se deben a los esfuerzos de compresión generados durante el desplazamiento relativo de los bloques de la falla de Cocora.
____________81COLOMBIA. FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS, Op. cit., p. 35.
82WILLIAMS; TURNER y GILBERT, Op. Cit., p. 216 – 226.9.3 TEXTURAS DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS
Para Leet y Judson83, las rocas metamórficas tienen texturas foliadas y no foliadas. No debe confundirse foliación con exfoliación: el primer término se refiere a las rocas metamórficas y el segundo, a ciertos minerales.
9.3.1 Texturas foliadas. Las rocas foliadas presentan bandas de minerales planos o alargados, ordenados en franjas paralelas. La foliación es sinónimo de clivaje y puede o no coincidir con la estratificación de la roca sedimentaria que dio origen a la metamórfica. Cuando coincide con la foliación es paralela, y cuando no, es cruzada. Dependiendo del espesor de las bandas y del grado de metamorfismo se tienen los diferentes tipos de foliación. Las rocas metamórficas foliadas se
distinguen de las sedimentarias estratificadas porque sobre los planos de exfoliación se observa cierto lustre, producido por los minerales micáceos, tipo sericita y clorita.
9.3.1.1 Apizarrada. Las pizarras presentan bandas separadas por distancias microscópicas y son rocas de bajo grado de metamorfismo.
9.3.1.2 Filítica. Las bandas en las filitas son apenas visibles a simple vista y sus hojuelas son más gruesas que las de las pizarras. En la parte superior o tope del Grupo Cajamarca y debido a la baja presión de enterramiento, aparecen filitas negras grafitosas, con bandas apenas perceptibles y lustre sericítico. Todas estas rocas están fuertemente plegadas y fracturadas, lo cual incide en la poca estabilidad de la vía Ibagué-Cajamarca-Armenia.
9.3.1.3 Esquistosa. Los esquistos tienen láminas claramente visibles; las superficies de clivaje esquistoso son más rugosas que las apizarradas y filíticas y exhiben pequeños pliegues sinclinalesy anticlinales, dentro de los cuales es común encontrar segregaciones de cuarzo y calcita de varios centímetros de espesor.
9.3.1.4 Neísica. Los neis se caracterizan por bandas por lo general de unos cuantos milímetros y hasta pocos centímetros de espesor de diferente color y composición. Las bandas son alternas y de color claro y oscuro. Según Williams, Turner y Gilbert, los “neis son rocas irregularmente bandeadas de grano grueso, en los cuales la esquistosidad está más bien pobremente definida debido a la preponderancia de feldespato y cuarzo sobre los minerales micáceos”84.En el carreteable Ibagué-Dantas-Cocora-Tolima, la falla geológica de Cocora afectó la granodiorita del batolito de Ibagué, dando origen a un neis granodiorítico.
9.3.2 Textura no foliada o granuda. Las rocas metamórficas con texturas no foliadas o granudas presentan aspecto granulado y se caracterizan porque al partirse, no lo hacen por los bordes de los granos sino a través de ellos. Estas rocas se parecen a las sedimentarias no clásticas.
____________83LEET y JUDSON, Op. cit., p. 111 - 113.
84WILLIAMS; TURNER y GILBERT, Op. cit., p. 191.
9.4. TIPOS DE ROCAS METAMÓRFICAS
La variedad de las rocas metamórficas depende del tipo de roca original y de la clase de metamorfismo. Se clasifican de acuerdo a su textura, sin embargo, usualmente, se le agrega el nombre de algún mineral que presente en cantidades abundantes como neis biotítico y cuarcita biotítica. Seguidamente se exponen las rocas metamórficas más conocidas en el departamento del Tolima.
Pizarras: corresponden a la parte superior del Grupo Cajamarca y son rocas de bajo grado de metamorfismo, originadas a partir de lutitas, shales o arcillolitas por metamorfismo regional o de presión. El metamorfismo genera micas clorita y biotita, minerales máficos indicadores de bajo grado de metamorfismo. Las pizarras presentan diversidad de colores; el negro, es debido al contenido de materia orgánica que se transforma incipientemente en grafito. Afloran en el cañón del río Combeima, en Ibagué-Tolima.
Filita: son pizarras con mayor grado de metamorfismo regional y mayor tamaño de los folios. Cuando la temperatura de formación es superior a 250 ° C ó 300 º C, los cristales de biotita y la clorita que la componen, dan hojuelas de mayor tamaño, con superficies de foliación definidas y brillo sedoso. Sus minerales más comunes son remanentes de arcillas, que no lograron transformarse en biotita, cuarzo en granos muy finos, clorita y moscovita.
Esquistos: son las rocas más abundantes formadas por metamorfismo regional. En el Grupo Cajamarca aparecen tanto esquistos cloríticos- actinolíticos-plagioclasa, esquistos verdes, figura 38, como esquistos cuarzo-sericíticos-grafitosos, esquistos negros, figura 37. Se rompen siguiendo la dirección de los minerales laminados, como las micas, y contienen cantidades abundantes de cuarzo y feldespatos. Los esquistos verdes son más masivos y con menos diaclasas que los negros. En los planos de foliación de las filitas y los esquistos se advierte cierto brillo o lustre ocasionado por la sericita, mica similar a la biotita aunque en escamas diminutas, y a la clorita que es una mica de grano fino de color verde manzana y rica en Mg. Afloran en las carreteras Ibagué-Nevado del Tolima e Ibagué-La Línea-Tolima.
Neis: son rocas de metamorfismo regional con bandas u hojas de varios milímetros de espesor, de diferente color y composición. Los folios generalmente son negros y blancos y aparecen alternadamente. Se encuentran en el cañón del río Cocora en Ibagué-Tolima.
Mármoles: la mayoría de los mármoles se originan por metamorfismo térmico o de contacto, aunque dentro del Grupo Cajamarca aparecen pequeños lentes de mármoles de grano fino y de metamorfismo regional. Se forman a partir de la recristalización, crecimiento de minerales, de calcita o dolomita, presentes en calizas y dolomitas. Carecen de foliación y el tamaño de los minerales corresponde al grado de metamorfismo que presenten.Figura 36.
Cuarcita y cuarcita micácea: rocas de metamorfismo de contacto o regional, derivadas de areniscas o sedimentos cuarzosos y cuarzo-arcilloso Si se forman a partir de ortocuarcita, arenisca exclusivamente cuarzosa, da una cuarcita pura, sin embargo, si la roca original era cuarzo-arcillosa, se generan cuarcitas micáceas.Anfibolitas: son rocas de minerales de tamaño medio a grueso, compuestas principalmente de hornblenda y plagioclasa. Su foliación se debe al alineamiento paralelo de los prismas de hornblenda; sin embargo, es menos clara que en la textura esquistosa.
9.5 TABLA DE CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS
Se expone el cuadro de clasificación más sencillo y que contiene las rocas de metamorfismo regional que afloran en el departamento del Tolima. En la primera columna, se encuentra el nombre de la roca original, vale decir, de la roca que sufrirá el metamorfismo. En la fila superior, aparecen las zonas metamórficas, que se representan en la segunda fila por minerales, que incrementan su grado de metamorfismo de izquierda a derecha, es decir, la sillimanita es el mineral que contienen las rocas de más alto grado de metamorfismo, mientras que la clorita aparece en las rocas con más bajo grado de metamorfismo. A partir de la cuarta fila y dependiendo del grado de metamorfismo y del tipo de roca original, se encuentran los nombre de las diferentes rocas metamórficas. El esquisto o neis de cuarzo-mica-granate se origina a partir de la misma roca que el esquisto de cuarzo-mica; se diferencia, porque el esquisto de cuarzo-mica es de más bajo grado de metamorfismo que el esquisto o neis de cuarzo-mica-granate. La diferencia está marcada por el granate que es un mineral típico de rocas metamórficas con alto grado de metamorfismo. Williams, Turner y Gilbert señalan que las rocas metamórficas se clasifican “en función de los criterios texturales y mineralógicos que generalmente se reconocen en los ejemplares de mano” 85.
9.6 LAS ROCAS METAMÓRFICAS Y SU RESISTENCIA A LA METEORIZACIÓN FÍSICA Y QUÍMICA
En el Tolima, las rocas metamórficas del Grupo Cajamarca afloran en el flanco Oriental de la Cordillera Central y se aprecian muy bien sobre la carretera Ibagué-Cajamarca-La Línea y en el cañón del río Combeima. Son de edad paleozoica y por ser tan antiguas han sufrido varios eventos tectónicos que las fracturaron y plegaron intensamente. Más del 80% de estas rocas son esquistos verdes y negros y el resto, cuarcitas, cuarcitas micáceas y lentes delgados de mármoles. Las cuarcitas, las cuarcitas micáceas y los esquistos verdes y negros son foliados, contienen minerales micáceos con exfoliación basal y además, por su fuerte fracturamiento y deformación su meteorización física es acentuada. Lo anterior, explica los grandes movimientos de masas que ocurren en la vía Ibagué-La Línea y las amenazas permanentes en localidades del cañón del Combeima como Villarrestrepo y Juntas-Tolima, donde se producen grandes delizamientos de masas y ocasionalmente el represamiento del río Combeima y de algunos de sus afluentes. Composicionalmente las rocas del Grupo Cajamarca son variadas y por esto presentan meteorización química diferencial. Los mármoles, por estar formados por CaCO3 muy soluble aún en agua pura, se disuelven con facilidad; si se tiene en cuenta que la solubilidad es un proceso de meteorización química, puede afirmarse que se meteorizan químicamente con rapidez, originando carbonatos y bicarbonatos de Ca y Mg. Las aguas carbonatadas, utilizadas como riego en cultivos mecanizados transitorios degradan la calidad de los suelos, porque al precipitar carbonatos
____________85Ibid., p. 189 – 192.Cuadro 3. Clasificación de las rocas con metamorfismo regional.
ROCA ORIGINAL
ZONA METAMÓRFICA
BAJO GRADO GRADO MEDIO ALTO GRADO
ROCAS METAMÓRFICAS
LUTITA, SHALE O ARCILLOLITA
PIZARRAFILITA
PIZARRACON
BIOTITA
FILITA CON BIOTITA Y GRANATE
ESQUISTO DE BIOTITA,
GRANATE, ESTAUROLITAESQUISTO O
NEIS DE SILIMANITA
ARENISCA ARCILLOSA
ARENISCA MICÁCEA
ESQUISTO DE CUARZO-MICA ESQUISTO O NEIS DE MICA-
GRANATEARENISCA DE
CUARZOCUARCITA
CALIZADOLOMITA
MÁRMOL
BASALTO ESQUISTO VERDE DE CLORITA- ANFIBOLITA- ANFIBOLITA
ACTINOLITA-PLAGIOCLASA EPIDOTAGRANITO GRANITO NEIS DE GRANITORIOLITA RIOLITA ESQUISTO O NEIS DE
RIOLITA
Fuente: BILLNG, P., Marland. The geology of New Hampshire. Part II: Bedrock Geology. Manchester, Granite State : Press. 1956. p. 139. Complementado por el autor.
y bicarbonatos dentro de sus espacios vacíos, disminuyen la porosidad.
Los esquistos verdes son más masivos que los negros y tienen, además de la plagioclasa, silicatos de magnesio presentes en la clorita y la actinolita. Se derivan de basaltos, se descomponen químicamente con facilidad y la textura que predomina en los suelos que originan es arcillosa.
Los esquistos negros provienen de arcillolitas carbonosas; por tener cuarzo y grafito se meteorizan con menor velocidad que los verdes, aunque la sericita, mica biotita en láminas muy pequeñas, se meteoriza con rapidez, pues corresponde a un silicato ferromagnesiano que se forma a altas temperaturas, con poca polimerización y exfoliación basal fina.
Las cuarcitas se derivan de areniscas cuarzosas; debido a la alta estabilidad del cuarzo se meteorizan químicamente con dificultad. Si tienen micas, biotita o sericita, su meteorización se acelera y los nutrimentos para los suelos se incrementan.
Por su abundancia, los esquistos verdes y negros, definen las características de los suelos de la Unidad Combeima, que presentan textura predominantemente arcillosa y son de mediana a alta fertilidad.
10. METEORIZACIÓN
Es el proceso intermedio entre las rocas que son sólidos compactos y los suelos que contienen fluidos y sólidos, aunque sus componentes no están totalmente cohesionados, sino que corresponden a material suelto. La meteorización transforma las rocas y los minerales individuales, quitándoles su cohesión, modificando otras propiedades físicas, y variando la composición química bien de los minerales que forman las rocas o de los minerales que aparecen en forma individual. Las rocas y los minerales no meteorizados son compactos, generalmente de colores definidos, sin manchas de óxidos, aspecto limpio y de fácil identificación. En los suelos, los minerales están alterados, son difíciles de identificar, están manchados, tienen colores difusos y aparecen sueltos, individualizado o son fáciles de disgregar, cuando aún se encuentran juntos. Algunos suelos se compactan, sin embargo, aún así, sus fragmentos son más fáciles de separar que los minerales en las rocas frescas que no se han alterado. Los cambios entre las rocas y los suelos se deben a la acción de la meteorización, la cual tiene lugar exclusivamente sobre la superficie del terreno. Los suelos se forman sobre la superficie del terreno y si se encuentran por debajo de ella, corresponden a suelos sepultados, por fenómenos de movimientos de masas o por flujos de lodos, entre otros. Suelos como los que se advierten en las calicatas que se construyen en la zona plana de la granja de Armero de la Universidad del Tolima y el presente sobre el talud de la carretera Gualanday-Chicoral-Tolima, inmediato al puente sobre el río Coello, actualmente no son superficiales, porque fueron sepultados por flujos de lodos de origen volcánico, lahars, una vez se formaron y se desarrollaron superficialmente.
En términos sencillos, la meteorización es el conjunto de modificaciones causadas en las rocas por los agentes atmosféricos, el agua, hidrosfera, y los seres vivos, biosfera.
La meteorización es física y química. La física, fragmenta los minerales y las rocas; para meteorizar físicamente un mineral o una roca, basta con golpearlos, fragmentarlos y reducirlos a pedazos cada vez más pequeños. No aparecen nuevos compuestos químicos, aunque se tengan mayores áreas para que los agentes químicamente activos actúen sobre las mismas, facilitando así, la posterior descomposición química de los minerales. Cuanto tipifica a la meteorización química es la aparición de nuevos compuestos químicos, siendo necesario alterar la estructura molecular de los minerales. La pirita de hierro es un sulfuro, FeS2, que por acción del agua y en presencia del oxígeno, hidrólisis y oxidación, produce ácido sulfúrico, H2SO4, y sulfato ferroso, FeSO4. Como se advierte, la estructura
molecular inicial de la pirita de hierro se modificó completamente, formando compuestos químicos diversos y muy diferentes a los que inicialmente se combinaron químicamente. Las meteorizaciónes química y física son concomitantes, es decir, se producen al mismo tiempo y la presencia de una, facilita la aparición de la otra. Los animales meteorizan las rocas física y químicamente, por esto, algunos autores pretenden introducir la meteorización biológica, como un tercer tipo, lo cual no es aceptable porque los animales no llevan a cabo procesos diferentes a los físicos y químicos.
Expresado en otras palabras, la meteorización, es el paso intermedio entre las rocas y los minerales, que los estudia la geología, y la generación de los suelos, tema muy afín a las ciencias agrícolas. Gorshkov y Yakushova86, la definen como la transformación de los minerales individuales y de los minerales que forman las rocas, debido a la desintegración mecánica o a la descomposición química originadas por fluctuaciones de temperatura, efectos mecánicos, la acción del CO2, H2O, H2CO3 y O2 y por la intervención de los organismos vivos y las plantas. Por lo expuesto, existe entonces, marcada interrelación entre la litosfera, la atmósfera, la biosfera y la hidrosfera, que origina transformación en los minerales de las rocas.
De acuerdo a Gorshkov y Yakushova87, las rocas se forman bajo condiciones termodinámicas y fisicoquímicas específicas, bien sea en el interior de la tierra, en los ambientes magmáticos-metamórficos o en el fondo de los océanos y lagos. Cuando estas rocas afloran en la superficie de la tierra aparecen condiciones diferentes, que les hace perder su estabilidad y se transforman bajo la acción de diversos factores. Estas transformaciones no son uniformes y sus minerales se desintegran o se descomponen, apareciendo fragmentos de menor tamaño o minerales completamente diferentes a los inicialmente presentes. En síntesis, las rocas se meteorizan bajo condiciones ambientales que difieren notoriamente de las condiciones que prevalecían en los ambientes geológicos de formación.
La meteorización es un fenómeno estrictamente endógeno y es sinónimo de intemperismo. El vocablo en inglés es “weathering” y se refiere a la acción del clima sobre las rocas que afloran en la superficie del terreno. Por lo anterior, la meteorización es más intensa en la parte exterior de las rocas y disminuye hacia el interior de las mismas.
No se debe confundir la meteorización con la acción hidrotermal o de aguas calientes, o con los efectos neumatolíticos de gases calientes, porque la meteorización es un fenómeno superficial y los fenómenos hidrotermales y neumatolíticos ocurren a profundidad y salen al exterior en las cercanías de cuerpos magmáticos o de ambientes metamórficos.
La meteorización de los minerales individuales y de los formadores de rocas dan lugar a productos de acarreo y residuales. Los primeros se transportan a distancias más o menos largas por los agentes erosivos y viajan en el aire disueltos en el agua como coloides o arrastrados como fragmentos o detritos, y dan origen a las rocas sedimentarias o a los suelos transportados. Los segundos, aparecen en el lugar de transformación de las rocas, son formaciones continentales denominadas eluvios y parte de ellos, forman los suelos residuales.
10.1 TIPOS DE METEORIZACIÓN
Existe la meteorización física y la química, aunque también se habla de la biológica por la gran importancia de los seres vivos en la transformación superficial y somera de los minerales y las rocas.
Aunque los seres vivos son agentes importantes de meteorización, no definen ni caracterizan a la
____________86GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 83.
87Ibid., p. 85. pretendida meteorización biológica, porque sólo generan fragmentación y descomposición química de las rocas, que producen cambios que encajan dentro de los producidos por la meteorización física y química. Es preciso entonces, no confundir agentes de meteorización, por importantes que sean, con tipos de meteorización. Lo anterior lo enuncian con respecto al tema Gorshkov y Yakushova88.
10.1.1 Meteorización física. Es el proceso por el cual los minerales y las rocas se rompen en fragmentos más y más pequeños como resultado de la energía desarrollada por fuerzas físicas. Este tipo de meteorización se caracteriza porque se producen fragmentos cada vez más pequeños, pero, nunca por la descomposición química de los mismos. Esta meteorización se causa por una gran variedad de factores; los que juegan papel importante son aquellos que producen movimientos mecánicos de las partículas que forman las rocas anulando los enlaces o trabazones de sus minerales. La naturaleza específica de destrucción de las rocas por meteorización física, depende del factor que los envuelve. En algunos casos, el movimiento ocurre dentro de la roca misma sin la acción de agentes mecánicos externos tangibles, por ejemplo, el cambio de volumen de las rocas originado por fluctuaciones de temperatura, que se denomina meteorización térmica. En otros casos, la destrucción se causa por la acción de agentes mecánicos externos, tal como las grietas producidas por la congelación del agua dentro de los poros de las rocas, el crecimiento de cristales, y la acción del engrosamiento de las raíces de las plantas en las fracturas de las rocas. Lo anterior, corresponde a la meteorización mecánica. La figura 39 indica la meteorización física de una roca ígnea, granodiorítica que, a través de las diaclasas, se han desprendido bloques de menor tamaño. Por los planos de fisura dejados por la meteorización física se introdujeron agentes químicamente activos que descompusieron los minerales, oxidando a algunos de ellos, como a la biotita, y manchando la roca con óxidos de hierro y manganeso. La biotita alterada químicamente por la pérdida del hierro, se torna de color menos oscuro hasta llegar a convertirse en mica blanca, o sea, en moscovita. Generalmente, en las playas oceánicas se observan arenas cuarzosas blancas con pequeñas escamas de un mineral que brilla al sol y que puede ser moscovita o biotita que ha perdido totalmente el hierro. Dentro de las arenas cuarzosas se encuentran fragmentos de color oscuro de magnetita, muy resistentes a la meteorización química, por lo que reciben el nombre de resistatos. Las llamadas arenas negras comunes en las playas de mares y ríos están compuestas principalmente por cuarzo y magnetita.
10.1.1.1 Meteorización térmica. Gorshkov y Yakushova dictaminan que la meteorización térmica: “es la más difundida y opera por el influjo de las variaciones de temperatura, causantes
de un desigual calentamiento y enfriamiento de las rocas. Por efecto de las variaciones de
temperatura, los granos de minerales que forman las rocas son sometidos a dilataciones y contracciones sucesivas. Debido a la lentitud con el que el calor penetra en el interior de
la roca, la expansión provocada por el calor actúa con mayor efecto en la partes superficiales que en las interiores. De idéntica manera actúa el enfriamiento”89.
____________88Ibid., p. 80.
89Ibid., p. 81.
Figura 39. Granodiorita del batolito de Ibagué diaclasada, con meteorización física y parcialmente meteorizada por la acción de agentes químicamente activos. Al lado izquierdo, los minerales ferromagnesianos: tipo hornblenda y biotita, están oxidados, y en el derecho, están sin meteorizar. Quebrada Ambalá. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
Las contracciones de los minerales en las noches, debido a la baja temperatura, se cambian por las altas dilataciones diurnas, que producen la desintegración de las rocas, máximo teniendo en cuenta que los minerales poseen diferentes coeficientes de expansión lineal y volumétrica. El resultado es la aparición de grietas paralelas y el desconchamiento. Algunas rocas como la granodiorita del batolito de Ibagué, cuando se fragmentan en climas con elevadas temperaturas y poca precipitación pluvial, tienen desconchamiento similar a las túnicas u hojas de un repollo.
Gorshkov y Yakushova90, dictaminan que las rocas son poliminerales, o sea, están formadas por dos o más minerales y éstos tienen diferentes factores de expansión volumétrica, deformándose diferencialmente con las fluctuaciones de temperatura. Los minerales presentan también diferente expansión lineal, dependiendo de la dirección cristalográfica, y es más del doble en una dirección que en otra. Se exponen los coeficientes de expansión volumétrica de 4 minerales así:
____________ 90Ibid., p. 81.Mineral Temperatura (º C) Coefi. Exp. Vol. (mm)Cuarzo 20 310x 10-6 Ortoclasa 20 170x 10-6
Hornblenda 20 284x 10-6
Biotita 20 200x 10-6
Los coeficientes de expansión lineal de la calcita y el cuarzo para dos direcciones, se exponen a continuación:
Mineral Temperatura (º C) Dirección Coef. Exp. Lin. (mm)Calcita 20 Eje C Paralelo 25,6x10-6
Calcita 20 Eje C Perpendicular 55,0x10-6
Cuarzo 20 Eje C Paralelo 7,5x10-6
Cuarzo 20 Eje C Perpendicular 13,7x10-6
10.1.1.1.1 Factores que inciden en la meteorización térmica. Gorshkov y Yakushova91, describen sucintamente los principales factores incidentes en la meteorización térmica, así:
Color de las rocas: las de color negro se meteorizan más rápidamente que las de color claro, porque el negro absorbe mayor cantidad de energía.Rocas de diferentes colores: se meteorizan más rápidamente que las de un solo color, porque los minerales, debido a los diversos colores, no absorben, en la misma proporción, la energía calórica.Tamaño de los granos de las rocas: las rocas de grano grueso se meteorizan con mayor rapidez, porque la dilatación o contracción de los minerales depende de una constante fija y del tamaño del mineral, luego el producto será mayor cuando el tamaño de los fragmentos aumenta; esto hace perder más fácilmente la cohesión entre los minerales que forman las rocas.Fracturas de las rocas: las rocas fracturadas se meteorizan más rápidamente que las no fracturadas, porque el calor penetra a mayor profundidad a través de las mismas. Adicional al calor, penetran los agentes químicamente activos que descomponen a mayor profundidad minerales como la biotita y marcan la dirección de las líneas de diaclasas por la coloración café-rojizo de las mismas. Figura 40.Fluctuaciones de temperatura: el principal factor de meteorización térmica son las fluctuaciones fuertes de la temperatura. El efecto de las estaciones climáticas es menos fuerte que el clima del trópico debido a la carencia de fluctuaciones, puesto que la temperatura cambia paulatinamente cuando se pasa de una estación climática a otra, en contraste con los climas tropicales donde la temperatura puede descender y precipitar abundante lluvia, después de presentarse temperaturas elevadas y carencia de lluviosidad. La meteorización térmica se observa en todos los tipos de climas, no obstante, es más marcada en zonas de fuertes fluctuaciones de temperatura, aire seco y ninguna o muy poca capa vegetal. La insolación es alta en los desiertos que tienen baja precipitación, 200 a 300 mm/año, cielo claro y cambios fuertes de temperatura: bajo cero en las noches y 40 ó 50 º C., en el día.
____________91Ibid., p. 81 – 85.
Figura 40. Líneas de diaclasas de color café-rojizo, marcadas por la oxidación de biotitas y en menor proporción hornblenda. Granodiorita del batolito de Ibagué. Cantera ubicada al frente del Hotel del Campo. Carretera Ibagué-Boquerón-Cajamarca-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
Insolación: es la cantidad de energía en forma de luz y de calor que cae sobre la unidad de superficie, en la unidad de tiempo. A mayor insolación, mayor meteorización térmica.Altura de las rocas: en las montañas altas con pendientes pronunciadas, donde el aire es transparente, la insolación es mucho más fuerte que en las zonas bajas adyacentes. El material rocoso producido por la meteorización es rápidamente erosionado por acción de la gravedad y por esto, la roca fresca siempre permanece expuesta a la meteorización. La erosión intensa impide que el perfil del suelo se desarrolle totalmente y en estos casos, es muy común la ausencia de uno o de varios horizontes del suelo.Denudación: es el proceso de destrucción de las rocas y el movimiento del material desintegrado a las partes bajas, debido a la carencia de material de cobertura que impida o retarde la meteorización y la erosión. Ante la ausencia de cobertura vegetal el impacto de las gotas de agua de las lluvias es fuerte. Tipo de clima: los climas con fluctuaciones notorias de temperatura aceleran la meteorización térmica. En los desiertos de clima caliente las fluctuaciones de temperatura son muy acentuadas. En el día, se dan temperaturas cercanas a 40 º C y en la noche, temperaturas bajo cero.
10.1.1.2 Meteorización mecánica. Leet y Judson92, afirman que es el proceso por el cual las rocas
____________92LEET y JUDSON, Op. cit., p. 86 - 87.se destruyen debido a la acción mecánica de agentes externos como: congelación del agua dentro de los poros de las rocas, crecimiento de cristales en los espacios vacíos y fracturas de las rocas; y la acción de las raíces, las plantas, el hombre y los animales. El agua presente en los poros o en las fracturas de rocas que aparecen en zonas de temperaturas bajas, incrementa su volumen del 10% al 11%, al desarrollar presiones, en las paredes de las aberturas o poros, de varios cientos de kg/cm2, que hacen fallar la unión de los minerales. Este fenómeno se conoce como meteorización de heladas o “froosting” y obedece a la presencia y congelación del agua en los espacios porosos o en las pequeñas fracturas de las rocas. Esta meteorización de heladas es típica de los desiertos de clima frío. Los arenales de los nevados del Ruíz, del Tolima o de cualquier otro, se originan a partir
de la desintegración de lavas andesíticas y basálticas por la acción del agua congelada dentro de sus poros. Los fragmentos tienen tamaño arena y grava y aparecen completamente frescos, es decir, sin la acción de la meteorización química, debido a las bajas temperaturas, aunque la precipitación pluvial es abundante.
La cristalización de sales se manifiesta en regiones desérticas, donde la radiación solar es alta y la precipitación pluvial es baja. Las soluciones salinas pierden agua y se precipitan, pasando del estado líquido al sólido; lo anterior, genera presión de poros que terminan por desintegrar las rocas que las contienen. Este fenómeno ocurre en los desiertos de clima caliente como el de La Tatacoa, en Villavieja-Huila.
Las raíces de las plantas producen acción mecánica sobre las fracturas de las rocas, aumentando su tamaño y fragmentándolas, tal como sucede en las obras civiles, que terminan fracturadas y fragmentadas por la acción de las raíces de los árboles, que crecen cerca o dentro de las mismas. Adicional a lo anterior, la vegetación exuberante produce abundante oxígeno libre y dióxido de carbono, compuestos acelerantes de la meteorización química. En síntesis, la vegetación, así como los animales, ocasiona meteorización física y química simultáneamente.
Los rasgos culturales introducidos por el hombre contribuyen a los procesos de meteorización mecánica. El movimiento y el transporte de material rocoso desde canteras y la construcción de locaciones para obras civiles, son ejemplos típicos. Este tipo de meteorización es antrópica. La acción del hombre es importante, pues, basta observar ciudades como Bogotá-Colombia, y pensar en la gran cantidad de materiales de construcción extraídos de las canteras y empleados en la construcción del sinnúmero de obras civiles, que conforman a esta urbe populosa.
Los animales cavadores producen un triple efecto: agujerean y desmenuzan el terreno, mezclan materia orgánica y vegetal con la mineral y descomponen los minerales de los cuales extraen algunas sustancias para su desarrollo y crecimiento. Las lombrices de tierra, cuando construyen sus coprolitos, llevan a cabo estas tres funciones. Los animales denominados topos, que hacen sus madrigueras bajo tierra, contribuyen notoriamente a la meteorización mecánica.
10.1.2 Meteorización química. Es el resultado de la interacción de las rocas con los constituyentes químicamente activos de la atmósfera, la biosfera y la hidrosfera. Los minerales en sus ambientes primarios o de formación son estables, sin embargo, cambian en los secundarios, donde prevalecen condiciones diferentes. El orden de resistencia a la meteorización química de algunos grupos de minerales es el siguiente: óxidos > silicatos > carbonatos y sulfuros. Los óxidos se forman bajo condiciones ambientales, generalmente, en presencia del agua, y en estas mismas condiciones deben meteorizarse. Por esto, su meteorización es lenta, pues no existen contrastes marcados entre las condiciones termodinámicas y fisicoquímicas de formación y de meteorización.
10.1.2.1 Importancia del agua en la meteorización química. Emmons, Allison, Stauffer y Thiel93, consideran que para que se produzca la meteorización química es preciso modificar la estructura molecular de los minerales, adicionando, cambiando o desalojando elementos químicos. Estos cambios son más comunes en los silicatos, por ser los minerales más abundantes. El agua es importante en la modificación de la estructura molecular de los minerales y por ende, en la generación de la meteorización química. Si no existiera, la meteorización química sería imposible o demoraría infinitamente. Se puede afirmar, que sin agua, sería imposible la meteorización química, de la misma forma que sin la influencia del calor, no se produciría el metamorfismo de las rocas. El agua se disocia en iónes hidrógeno, H+, e hidróxilo, OH- . Además, contiene iónes en disolución, procedentes de otras sustancias químicas. Como estos iónes son átomos cargados eléctricamente,
pueden reemplazar a los iónes de los minerales o reaccionar con ellos, cuando se ponen en contacto con el agua que los contiene, destruyendo así, su estructura cristalina original. Los iónes de Na, K, Ca y Mg tienden a disolverse en las soluciones que los rodean. Los compuestos de Fe y Al se hidrolizan y forman hidróxidos relativamente insolubles. La sílice queda, generalmente, como suspensión coloidal en el agua.
10.1.2.2 Sustancias químicamente activas y procesos de meteorización química. Conforme a Gorshkov y Yakushova94, las sustancias químicamente activas que producen la meteorización química son H2O, CO2, H2CO3, O2 y los ácidos orgánicos. Los procesos que se dan durante la meteorización química son: oxidación, hidratación, disolución, hidrólisis y carbonatación.
10.1.2.2.1 Oxidación. La oxidación de los minerales y de las rocas tiene lugar en la naturaleza, en presencia de O2 libre y del agua. Sin agua la oxidación sería lenta o nula. El oxígeno es el agente químico más poderosos después del agua y en la atmósfera aparece en un 21%, mientras que disuelto en el agua su cantidad es de 30% a 35%. La meteorización química por oxidación está controlada por el espesor de la zona de oxidación o Superficie de Oxidación, y por el Potencial de Oxígeno que depende de la naturaleza de la roca, su porosidad, las fracturas y la intensidad de circulación del agua y de los gases. La oxidación es muy superficial porque el oxígeno penetra poco por debajo de la superficie del suelo y el oxígeno, disuelto dentro del agua, disminuye a medida que se profundiza.
Emmons, Allisons, Stauffer y Thiel afirman que: “el aire y el agua rompen los silicatos de hierro, tales como piroxenos*, anfiboles* y olivino y ____________93EMMONS; ALLISON; STAUFFER y THIEL, Op. cit., p. 132 - 133.94GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 89. *Silicatos máficos o ferromagnesianos, vale decir, ricos en Fe y Mg.
convierten sus hierros ferrosos en férricos (hematites), en hidróxidos (gohetita, limonita), con simultáneos cambios de color, de verde o negro a rojo, amarillo o pardo. Puede también ocurrir desoxidación o reducción local por materia orgánica. Cerca de las raíces de los árboles y bajo ciénagas o turberas, los colores brillantes pueden cambiarseen sombríos y pueden blanquearse”95.
El oxígeno ataca a los minerales de hierro tales como piroxenos, augita y olivino; anfíboles, actinolita y hornblenda, entre otros, y máficos o ferromagnesianos, en general. De esta manera, convierte sus hierros ferrosos en férricos, hematites, hidróxidos, gohetita, y ocasiona cambios simultáneos de color, por ejemplo: de verde o negro a rojo, amarillo o pardo.
La figura 39 indica una roca ígnea intrusiva, tipo granodiorita del batolito de Ibagué, con dos zonas diferenciadas por el color, que indican la parte fresca y la meteorizada. La separación consiste en una línea presente en algunas diaclasas de la roca y que corresponden a fracturas a través de las cuales, penetraron los agentes químicamente activos y produjeron la descomposición química de los minerales, en especial, la oxidación de los silicatos ferromagnesianos, ricos en Fe y Mg, como la hornblenda, la augita y la biotita. Esta meteorización química originó el color amarillo-café, típico del proceso de oxidación, que se produce por la acción del oxígeno sobre los iónes metálicos de los minerales mencionados y se cataliza por la presencia del agua. Las hornblendas y las biotitas cuyo olor original es negro, pasan paulatinamente a café al perder el hierro y los óxidos de hierro que se producen, pueden permanecer en los suelos residuales o ser transportados por el agua a otros
lugares. La meteorización física se manifiesta en la fragmentación de la roca originada por las diaclasas; y la química, por la generación de nuevos minerales, óxidos de hierro, gracias a la acción de agentes químicamente activos, principalmente, sobre los dos minerales mencionados, que son los más inestables, por ser silicatos poco polimerizados. Muchas rocas sedimentarias como areniscas, figura 32, arcillolitas y conglomerados tienen inclusiones de minerales de hierro y presentan colores carmelitos-amarillentos, indicando que han sido oxidadas. Las arcillas del Gualanday Medio tienen diferentes colores, debido a los variados estados de oxidación de los minerales de hierro que contienen. Presentan, igualmente, abundantes costras de óxidos de hierro de colores amarillo, café y rojo y de varios milímetros de espesor.
La figura 38 muestra manchas de limonita, Fe2O3. nH2O dentro de planos de foliación de esquistos negros, que se originaron a partir de la oxidación de pirita de hierro en presencia de agua. Este es un ejemplo típico de los procesos de oxidación en una zona de meteorización, donde se presenta la interacción del oxígeno y el agua con los sulfuros formados en un medio reductor. Gorshkov y Yakushova96, afirman que en presencia del oxígeno libre del aire y del agua, los sulfuros se tornan inestables y son sustituidos, poco a poco, por sulfatos y óxidos. De forma esquemática, esta alteración se puede representar del modo siguiente:
Pirita de hierro, FeS2 + nO2 + mH2O FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe2O3. nH2O, Limonita.
____________95EMMONS; ALLISON; STAUFFER y THIEL, Op. cit., p. 132.
96GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 89.En la primera etapa, se forma sulfato ferroso, FeSO4, que al sufrir un proceso ulterior de oxidación, se convierte en sulfato férrico, [Fe(SO4)3], producto inestable que, a su vez, se trasforma en hidróxido férrico o limonita, por la acción del oxígeno y del agua. De este modo, la pirita de hierro se convierte en limonita que, bajo condiciones ambientales, es el más estable de los óxidos.
La fayalita u olivino de hierro, en presencia de agua y oxígeno da hematites y ácido silícico, así:
2Fe2SiO4 + O2 + 4H2O 2Fe2O3 + 2H4SiO4
La biotita, al oxidarse en presencia del ácido carbónico y del agua, da como producto de la meteorización, el bicarbonato de Mg y el K, la limonita, el ópalo y el agua, así: K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2 + O2 + 20H2CO3 + nH2O 4KHCO3 + 8Mg(HCO3)2 + 2Fe2O3. nH2O + 4SiO2. nH2O + 10H2O
10.1.2.2.2 Hidratación. Según Gorshkov y Yakushova97, la hidratación es la adición química de moléculas de agua a los minerales de una roca, para formar nuevos minerales, principalmente, hidrosilicatos e hidróxidos. El agua puede retirarse nuevamente de los minerales cuando su temperatura se eleva a 400 º C; esto significa, que este tipo de reacción química es reversible. La carbonatación va, generalmente, unida a la hidratación. Por hidratación, la hematites produce limonita: Fe2O3 + nH2O Fe2O3. nH2O
Al hidratarse, el sulfato cúprico desecado se convierte en azul de vitriolo, así:
CuSO4 + 5H2O CuSO4.5H2O
La anhidrita, en presencia del agua, origina el yeso:
CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O
10.1.2.2.3 Hidrólisis. Cuando el agua reacciona con ciertos compuestos y produce doble descomposición, el proceso se denomina hidrólisis. El agua se combina no en forma molecular, sino disociada en iónes hidrógeno, H+ e hidróxilo, OH-. Gorshkov y Yakushova98, dicen que durante la hidrólisis, la red cristalina del mineral se modifica de acuerdo al cambio en la composición de los iónes que la integran, y aún, puede ser reemplazada por una nueva, diferente de la primaria y que corresponde a los minerales recién formados. Estas reacciones no son reversibles. Cuando se combina el pentabromuro de fósforo con agua disociada, da como resultado ácido fosfórico y bromuro de hidrógeno:
Pbr5 + 4H2O H3PO4 + 5HBr
____________97Ibid., p. 90.
98Ibid., p. 91.10.1.2.2.4 Disolución. Se presenta en ciertos minerales o compuestos que tienen la propiedad de disolverse en el agua como el yeso, la halita, el mármol y las calizas.
10.1.2.2.5 Carbonatación. Cuando los minerales que contienen Ca, Mg, Na o K reaccionan con aguas carbonatadas, forman carbonatos o bicarbonatos. Este proceso de meteorización química se llama carbonatación99. Todas las aguas superficiales contienen CO2 que al reaccionar con el agua, forman ácido carbónico; este se ioniza y genera H+, HCO3= y CO3=. . Estos iónes reaccionan con Ca, Mg, Na y K, y constituyen los carbonatos y los bicarbonatos.10.1.2.3 Factores que facilitan la meteorización química. Según Leet y Judsonn99, corresponden al tamaño de las partículas y a la composición química de las rocas y por ende, a los minerales.
El tamaño de las partículas es factor determinante porque la meteorización química sólo se da, cuando los agentes químicamente activos se ponen en contacto con las sustancias a descomponer. Cuanto mayor sea el área de contacto más fácil es el ataque químico. Por ejemplo, si se toma un guijarro y se muele hasta convertirlo en polvo, la sumatoria de las áreas perimetrales correspondientes a cada uno de los pequeños fragmentos, es mayor que el área de contacto del guijarro inicial, y los fragmentos son rápidamente meteorizados. Un cubo unitario tiene 1 pulg.3 de volumen y 6 pulg.2 de superficie. Si se divide el cubo unitario en cubitos de ½ pulg. de lado, se obtienen 8 cubos con el mismo volumen, pero con 12 pulg.2 de superficie. Una subdivisión posterior en cubos de ¼ pulg. de lado, dará 64 cubos, con 24 pulg.2 de superficie. Lo anterior, demuestra que cuando se disminuye la longitud del lado de los cubos, la superficie aumenta notoriamente, como puede observarse en la figura 41. Cuando se requiere disolver una sustancia sólida efervescente rápidamente, se fragmenta en pequeñas partes, procedimiento que agiliza su disolución.
En cuanto a la composición, los minerales ácidos, o sea, muy silíceos, ofrecen mayor resistencia a la meteorización química y por consiguiente, es más lenta; si son básicos o ultrabásicos, es decir, si contienen mucho hierro o magnesio ocurre lo contrario debido a que los primeros, se forman en condiciones fisicoquímicas similares a las presentes en los sitios de meteorización y por esto, los contrastes son bajos. Además, los minerales ácidos tienen mayor grado de polimerización.
10.2 FACTORES GLOBALES DE METEORIZACIÓN
Los factores de los cuales depende la meteorización, según Gorshkov y Yakushova100 son: clima, organismos vivos, roca madre o parental, topografía o relieve y el tiempo de la meteorización. Los incrementos de temperatura agilizan la meteorización de las rocas. Por cada 10 º C de aumento en la temperatura, se duplican las reacciones químicas. En los climas de bajas temperaturas predominan los fragmentos, tal como ocurre en los arenales del Nevado del Tolima, donde la fragmentación de las rocas obedece a la meteorización de heladas. Los elementos del clima son: temperatura, precipitación pluvial, humedad relativa, vientos y luz. La temperatura y la
____________99LEET y JUDSON, Op. cit., p. 91.
100GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 89.Figura 41. Relación entre volumen, tamaño y superficie de las partículas de los minerales.
Fuente: LEET, Don y JUDSON, Sheldon. Fundamentos de Geología Física. 4ª Ed. México : Limusa, 1980. p. 91. Complementado por el autor.
precipitación pluvial son los más importantes.
Las zonas con temperaturas altas producen descomposición de los minerales, apreciable en las regiones de clima tropical donde los suelos tienen perfiles bien desarrollados.
La alta precipitación favorece el crecimiento de la vegetación; esta, produce abundante oxígeno y dióxido de carbono que agilizan la descomposición de las rocas. Las zonas húmedas presentan
también, perfiles bien desarrollados, mientras que las áridas, tienen suelos con poca vegetación, pobre desarrollo de sus horizontes y a menudo, carecen de algunos de ellos.
El clima, la composición y el tamaño de los minerales de las rocas parentales determinan el tipo de meteorización y la textura de los suelos. El hombre produce meteorización física y química por las alteraciones que introduce al medio, especialmente, con la extracción de materiales líticos, con la construcción de obras civiles y con los procesos industriales.
Las plantas desintegran y descomponen las rocas. Al crecer, sus raíces se introducen por las fracturas y cuando mueren, se convierten en espacios vacíos por donde penetran los agentes químicamente activos. Las plantas, además, aceleran la producción de ácidos orgánicos que atacan a las rocas. Por otro lado, transforman a las rocas al extraer de ellas, elementos minerales y agua para su alimentación. Algunos árboles con raíces profundas, aceleran la meteorización física por incremento de las aberturas de las diaclasas. Posteriormente, producen meteorización química, pues los agentes químicamente activos penetran a través de las grietas y descomponen los minerales de las rocas.
Las tierras planas contienen más agua y la meteorización química es mayor. Las zonas de relieve alto y pendientes empinadas, tienen mayor erosión y el material descompuesto, es fácilmente arrastrado produciendo nuevas superficies de erosión. Las partes altas de las rocas sufren mayor insolación porque el espesor de la capa de gas de la atmósfera es menor y los rayos solares penetran hacia la litosfera con menos difusión y mayor facilidad.
10.3 LA SERIE DE CRISTALIZACIÓN DE BOWEN Y LA VELOCIDAD DE LA METEORIZACIÓN QUÍMICA
Leet y Judson101, indican que rocas como el basalto de color oscuro, compuesto por plagioclasa y minerales ferromagnesianos y peso específico alto, se descomponen químicamente con rapidez. Por el contrario, el granito que es blanco, tiene un peso específico medio a bajo y está formado por cuarzo, plagioclasa, ortoclasa, biotita y hornblenda, se meteoriza lentamente. Estas dos rocas ígneas se diferencian, ante todo, por su composición mineralógica y por no tener la misma velocidad de meteorización química. Por tanto, existe relación entre la composición química de los minerales, la temperatura de formación, el color y la velocidad de meteorización química.
Leet y Judson102, teniendo en cuenta las observaciones de campo y los experimentos de laboratorio, ordenaron los minerales de las rocas de acuerdo a la velocidad de la descomposición química, y de esta manera establecieron las siguientes conclusiones:
1- El cuarzo es muy resistente al intemperismo químico.2- Los feldespatos de Ca y Na, plagioclasas, se descomponen más rápido que los de K, como
la ortoclasa.3- La plagioclasa cálcica, anortita, tiende a meteorizarse más rápidamente que la sódica, albita.4- El olivino es menos resistente que la augita y en la mayoría de los casos se meteoriza a
mayor velocidad que la hornblenda.5- La mica biotita se descompone químicamente en forma más lenta que otros minerales
oscuros y la mica moscovita, que es blanca, es más resistente que la biotita.
Las conclusiones de las observaciones de campo y laboratorio, sugieren un arreglo similar al
____________
101LEET y JUDSON, Op. cit., p. 96.102Ibid., p. 96.Figura 42. Serie de cristalización de Bowen, para los silicatos esenciales, que forman rocas ígneas.
Fuente: S. a. PRINCIPIO DE REACCIÓN DE BOWEN. [En línea]. s. c.: s. e., s. f. [Citado el 20 de noviembre de 2006 3:00]. 19 KB. Disponible en Internet: www. Gea.ciens.ucv.ve/--s/omonac/tema5/bowen. Formato htm.
presente, en la Serie de Reacción de Bowen, para la cristalización de los magmas. Figura 42.
Bowen103 descubrió que, a partir de los magmas, los silicatos no se formaban a la misma temperatura, sino que lo hacían a diferentes temperaturas y tiempos y además, que se podían ordenar en dos series de cristalización. Cada uno de los minerales integrantes las dos series, continua y discontinua, se derivan del mineral precedente, como resultado de una reacción química con el líquido remanente del magma. Así mismo, observó que los minerales formados a altas temperaturas, cristalizaban primero y se meteorizaban químicamente con facilidad, porque tenían baja polimerización. En síntesis, los minerales que cristalizan primero, a partir de un magma, lo hacen a temperaturas altas, tienen baja polimerización y se meteorizan químicamente con rapidez. Estos minerales son de color oscuro, ferromagnesianos, como la biotita, la augita y la hornblenda. También, originan rocas de color oscuro y peso específico alto. Los minerales félsicos, ricos en Si y Al, son de colores claros al estilo del cuarzo y de los feldespatos, cristalizan a temperaturas intermedias a bajas, son altamente polimerizados y su meteorización química es lenta. El olivino, mineral formado a más alta temperatura, presenta fuerte contraste con las condiciones
____________103BOWEN, N., L. The evolution of the Igneous Rocks. 2ª Ed. Princeton, N. J : Dover Publication, 1956. p. 48.
ambientales en que se meteoriza; esto, lo torna inestable y se descompone rápidamente. El cuarzo, mineral que cristaliza a más baja temperatura, presenta menos contrastes entre las condiciones de meteorización y formación y es el más resistente a la meteorización química.
10.4 METEORIZACIÓN DIFERENCIAL
Leet y Judson104 la definen como el fenómeno por el cual los minerales se meteorizan en las rocas a diferentes velocidades. Esto, se debe a la composición de los minerales y a la intensidad de los agentes de meteorización. En una roca como la granodiorita, con minerales oscuros y claros, y de diferente composición, la meteorización se inicia por los minerales ferromagnesianos que son silicatos poco polimerizados y por lo tanto, resisten menos la meteorización química. Así mismo, dos rocas idénticas sometidas a diferente clima, no se meteorizan con la misma velocidad
10.5 METEORIZACIÓN QUÍMICA DE LAS ROCAS ÍGNEAS
Los minerales esenciales de las rocas ígneas son silicatos siálicos como cuarzo, ortoclasa, plagioclasa; y minerales ferromagnesianos como biotita, augita y hornblenda. Cada uno de estos minerales se presenta en concentraciones mayores al 10% y determinan el tipo de roca de acuerdo a su ocurrencia y al porcentaje en que se ecuentren. Leet y Judson105, aseveran que el cuarzo es un mineral relativamente estable y la meteorización química lo afecta lentamente, tal como puede apreciarse en la figura 43, donde aparece sin alterar, en contraste con los demás minerales que están meteorizados químicamente. Los granos son angulosos, anhedrales; la meteorización química, con el transcurrir del tiempo, los redondea, por la disolución de sus aristas. Estas soluciones al precipitarse originan sílice coloidal u ópalo, para, posteriormente, dar origen a las liditas. Ver figura 34. Vale la pena insistir, que el cuarzo es estable porque es el último mineral que cristaliza en las rocas ígneas, a baja temperatura y presión, razón por la cual es anhedral, ya que debe ocupar los espacios dejados por los minerales que le antecedieron en la cristalización, y que tienen formas cristalográficas más o menos definidas.
Los feldespatos cristalizan antes que el cuarzo en la Serie de Reacción Discontinua de Bowen. Los feldespatos presentes en las rocas ácidas, como el granito y la granodiorita, se meteorizan en segundo lugar, y adquieren color blanco pulvurulento, típico de las arcillas caoliníticas. Figura 42.
Estos silicatos de aluminio, al combinarse con el agua, adquieren la composición típica de las arcillas, y corresponden a silicatos de Al hidratados.
Leet y Judson106, afirman que el ácido carbónico se produce por la solubilidad del CO2 en el agua. Cuando la ortoclasa, feldespato potásico, se pone en contacto con H2CO3, se forman sales solubles
____________104Ibid., p. 98.105Ibid., p. 91.
106Ibid., p. 92.Figura 43. Granodiorita del batolito de Ibagué que muestra la resistencia a la meteorización química. Cuarzo inalterado, feldespatos medianamente meteorizados y ferromagnesianos, como biotita y hornblenda, con alto grado de oxidación manifiestan su avanzada descomposición química. Afloramiento ubicado en el chircal al frente del Hotel del Campo; carretera Ibagué-Boquerón- Cajamarca-Tolima, de por medio. 2006.
Fuente: el autor.
carbonatadas con sílice:
2(KALSI3O8) + H2CO3 + H2O AL2Si2O5 (OH)4 + K2CO3 + 4SiO2
Cuando se mezclan dos partes de ortoclasa, con una de ácido carbónico, más una parte de agua se obtiene arcilla, más carbonato de potasio y sílice. En esta reacción el ión hidrogenión, H+, del agua, reemplaza al K+ de la ortoclasa, para formar el nuevo mineral arcilloso.
Keller y Fredericson107, opinan que las plantas descomponen también a la ortoclasa. Dentro del suelo, la raíz que está rodeada por cargas negativas, atrae los iónes de hidrógeno, y si existen
______________107KEELLER, W., D. y FREDERICKSON, A., F. Role of plants and colloidal acids in the mechanism of weathering. New York : American Journal Science CCL, 1952. p. 603.fragmentos de ortoclasa cerca, el H+ pasa a la ortoclasa desalojando el K+, requerido por las plantas como nutrimento.
10.5.1 Minerales de arcilla. De acuerdo a lo expresado por Huang108, los silicatos de aluminio hidratados, formados por la descomposición de feldespatos y otros silicatos aluminosos, se llaman, colectivamente, minerales arcillosos. Uno de los minerales más comunes es la caolinita, Al4Si4O10 (OH)8; otro, es la montmorillonita, (OH)4Al4Si8O20. nH2O. La illita o mica hidratada es un mineral arcilloso que contiene el potasio esencial, no obstante, su cantidad es menor que la requerida para formar una mica; podría describírsele como intermedia entre la mica y la montmorillonita. Por sustitución del Mg o del Fe por Al, especialmente en la montmorillonita, la composición de los minerales arcillosos puede variar en forma considerable, a partir de las fórmulas químicas dadas. Sin
embargo, en lo interno, el ordenamiento estructural de sus iónes sigue varios patrones por lo que definen varios tipos. Algunos, son estructuralmente muy similares a las micas y pueden ser llamados arcilla, tipo mica, como la montmorillonita e illita.
Todos los minerales arcillosos tienen estructura en capas o láminas y clivaje perfecto, de tal manera, que poseen hábito hojoso o escamoso como las micas. En la caolinita los iónes están ordenados de una manera muy diferente y su patrón define al grupo caolín, de minerales arcillosos, como la caolinita, halloysita, dickita y nacrita.
10.6 METEORIZACIÓN Y SUELOS
Pérez S, Humberto indica que: “para que las rocas se meteoricen deben estar expuestas a la intemperie y el agua, que es el
agente más activo de la meteorización, se posa sobre las mismas, al igual que el oxígeno, ocasionando procesos como hidratación, hidrólisis, disolución y oxidación. El oxígeno, elemento químico muy abundante en el aire y en menor proporción disuelto en el agua, tiende a reaccionar con la parte exterior de las rocas, en forma simultánea con el agua, y ataca principalmente a los minerales, que tienen elementos químicos metálicos, como el hierro y al manganeso.
Simultáneamente, las fluctuaciones de temperatura dilatan y contraen los minerales componentes de las rocas, ocasionando la disgregación y la fractura de los mismos, permitiendo así, que los agentes químicamente activos ya mencionados, penetren a mayor profundidad, junto con otros como el CO2, H2CO3, los ácidos orgánicos y vegetales y algunos microorganismos. Todo lo anterior, comienza a generar compuestos químicos nuevos, como el ácido clorhídrico, a manera de ejemplo, el cual también es químicamente activo y contribuye al proceso de descomposición química de los minerales. Los pedazos son cada vez más pequeños, menos frescos y más manchados, obteniéndose así la fragmentación, que es la condición más fácil de determinar para clasificar un material como suelo, en contraste con las rocas, que son cuerpos compactos. No obstante, a medida que estos fragmentos se hacen cada vez más pequeños, para un mismo volumen de material,
____________108HUANG, Op. cit., p. 301 - 304.
se incrementa notoriamente el área de exposición de los mismos, facilitando esto, el contacto de los agentes químicamente activos con losfragmentos a meteorizar, y por ende, la descomposición de nuevos minerales que trae como resultado una fragmentación mayor y la generación de compuestos adicionales químicamente activos. Esta acción se asimila a una progresión geométrica y permite que la meteorización sea cada vez más profunda, y que la acción del agua, gravitacional o no, comience a precisar los diversos horizontes de los perfiles de los suelos.
Pero no todo el material que se meteoriza permanece In situ; parte, es erosionado y transportado en forma sólida o disuelta para dar origen a las rocas sedimentarias clásticas y precipitadas. El material restante, permanece en el mismo sitio donde se meteorizó, dando origen a los suelos residuales, y a través de sus horizontes, se advierte la transición de los mismos a la roca madre que les dio origen. Si los suelos residuales, posteriormente, son erosionados y depositados en regiones planas, aledañas a los cauces de ríos y quebrada, ocasionan los suelos transportados, cuyos horizontes en nada se parecen a las rocas o a los depósitos rocosos que los subyacen”109.
Resumiendo, concomitantemente se dan los procesos de desintegración y descomposición y por último procesos de oxidación y recementación, que tienden a compactar a los suelos.
____________109PÉREZ S., Humberto. Geología del suelo : Minerales, rocas y su meteorización. DIPLOMADO EN SUELOS. (2º: 2003. Ibagué). Notas del módulo de Geología. Ibagué : Universidad del Tolima. Facultad de Ingeniería Agronómica, 2003. p. 9 – 10.
11. SUELOS
Millar, Turk y Foth110, aseveran que el suelo puede concretarse como una mezcla natural de materia mineral, materia orgánica, agua y aire. Igualmente, aseveran que el 50% del suelo corresponde a material sólido, materia orgánica más materia mineral, y el 50% restante a fluidos como el agua y el aire, de lo cual se colige que el 50% del suelo corresponde a espacios porosos. Los porcentajes de los sólidos y los fluidos varían de acuerdo al lugar y al tipo de suelo.
El perfil de un suelo es un corte vertical o una vista de frente del mismo; está formado por horizontes, que se distinguen, principalmente, por el color. El horizonte A es el más externo; presenta color negro, alto contenido de materia orgánica, y textura arenosa. El B, debe su color al estado de oxidación de algunos minerales que contienen Fe y Mg, y es el más representativo del suelo; su textura es predominantemente arcillosa. El horizonte C, es de color claro y textura granular, y su material parental está parcialmente fresco y parcialmente descompuesto. Figura 44.
La meteorización de los minerales y de las rocas produce residuos no consolidados que sirven como material de origen para la evolución del perfil del suelo. Estos materiales expuestos a la intemperie y bajo condiciones favorables, permiten el establecimiento superficial de las plantas, lo cual explica el
alto contenido de materia orgánica del horizonte A, que es el superficial. La descomposición de la materia orgánica genera nutrimentos para las plantas correspondientes a otro ciclo de crecimiento vegetal. Las plantas y animales que se alimentan de los residuos orgánicos se convierten en una parte del complejo total de la materia orgánica del suelo. El espesor de los suelos es variado y está comprendido entre la superficie del terreno y la profundidad a la cual se encuentra la roca sin meteorizar o la presencia de raíces de plantas. La extensión lateral depende de la morfología del terreno.
Conforme a Gorshkov y Yakushova111, los procesos de meteorización, en la parte más exterior de la corteza terrestre, se hallan estrechamente ligados con los procesos formadores de suelos. Los suelos son el producto de meteorización de las rocas y ocupan una posición definida dentro de la corteza de meteorización, formando la parte más esponjosa y exterior de ella.
11.1 COMPOSICIÓN EN VOLUMEN DE LOS SUELOS
De acuerdo a lo expresado por Millar, Turk y Foth112, aproximadamente el 50% del volumen de los
____________110MILLAR C., E.; TURK L. y FOTH H, E. Fundamentos de la ciencia del suelo. Méjico, Buenos Aires : Agencia para el Desarrollo internacional, 1975. p. 14.
111GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 100.
112MILLAR; TURK y FOTH, Op. cit., p. 14.Figura 44. Horizonte C, textura granular y minerales sueltos medianamente meteorizados. Suelo derivado de la granodiorita del batolito de Ibagué. Chircal ubicado al frente del Hotel del Campo, carretera Ibagué-Boquerón-Cajamarca-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
suelos son espacios vacíos o poros; el 50% restante, corresponde a sólidos. Los espacios porosos
pueden estar ocupados, total o parcialmente, por agua y/o aire. La fracción sólida, la forman material mineral o sustancias orgánicas. La fracción mineral, relaciona estrechamente los suelos y las rocas, a través de los procesos de meteorización.
11.2 PROCESOS EDAFÓGENOS
Según Gorshkov y Yakushova113, la formación de los suelos depende de los mismos factores que producen la meteorización de las rocas y son: clima, material parental, organismos vegetales y animales, relieve del terreno, morfología y edad de las rocas. Aunque todos estos factores intervienen en la formación de los suelos, el factor biológico y, ante todo, la acción de las plantas, es determinante. Por esto, los suelos se desarrollan intensamente hasta la zona de penetración de las raíces.
11.2.1 Perfil y horizontes del suelo. El agua, que disuelve parte de las sustancias del suelo, desempeña papel importante en la formación de su perfil. Las sustancias disueltas son arrastradas____________113GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 101. por el agua, principalmente, hacia abajo, y pueden separarse por recristalización o coagulación. El transporte hacia arriba, también es posible, por capilaridad. De esta manera, se enriquecen algunos horizontes y se empobrecen otros. Cuando prevalece el transporte de sustancias hacia abajo, se van destacando, en el perfil del suelo, varios horizontes genéticos. Según Millar, Turk y Foth114, en el campo, los horizontes se describen de acuerdo al color, la textura, la estructura, la consistencia, la presencia de nódulos o concreciones y el pH. Todos los suelos tienen horizontes orgánicos y minerales.
Millar, Turk y Foth115, dicen que horizontes orgánicos se encuentran en la parte superior del suelo y descansan sobre los horizontes minerales. Tienen más de 30% de materia orgánica, si la fracción mineral es más de 50% de arcillas; y menos de 20% de materia orgánica, si la fracción mineral no contiene arcilla. Estos horizontes son el O1 y O2.
El horizonte O1 se caracteriza por ser el más superficial y contener materia orgánica sin descomponer. La materia orgánica es visible e identificable a simple vista y se le denomina comúnmente “hojarasca”. En el horizonte O2 la materia orgánica está descompuesta y por lo tanto irreconocible. Los horizontes minerales contienen menos de 20% de materia orgánica y son A, B y C, con sus respectivos subhorizontes.
El horizonte A se distingue por ser la zona de fuerte lavado o lixiviación, donde se ha perdido arcilla, hierro y aluminio, y se han concentrado cuarzo y otros minerales resistentes a la meteorización química, de tamaño arena y limo. Contiene materia orgánica que se identifica por ser superficial y tener color negro. El horizonte B se caracteriza por la concentración de arcillas, Fe, Al, humus, sólo o en combinación, concentración residual de arcillas y concentración de costras que le dan colores de oxidación más notorios que los horizontes de abajo. Este horizonte es el más representativo del suelo y el que se debe muestrear para realizar cualquier tipo de análisis. El horizonte C muestra los minerales de la roca parcialmente descompuestos, con arcillas y acumulaciones de carbonatos de Ca, Mg y sales solubles. Las acumulaciones de Fe y sales propician la cementación.
La figura 45 muestra el perfil de un suelo que es una vista de frente o un corte vertical del mismo. En ella, se aprecian el horizonte B, de color café; y el C, con textura granular y de color claro, por su poca meteorización. Suarez116, opina que el suelo se extiende desde la superficie del terreno, hasta
la profundidad a la cual los minerales que componen la roca carecen de meteorización, vale decir, están inalterados; o hasta donde profundicen las raíces de las plantas. El espesor de los perfiles no es uniforme y depende de la intensidad de los factores que intervienen en la formación de los suelos. De todas formas, el límite inferior de los suelos no es fácil de establecer.
____________114MILLAR; TURK y FOTH, Op. cit., p.18 – 20.
115Ibid., p. 238.116SUAREZ D, Jaime. Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales: Capítulo VI, Suelos residuales. Bucaramanga : Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniería Civil, 1998. p. 185 – 191.Figura 45. Horizontes B y C, suelo derivado de la granodiorita del batolito de Ibagué. Chircal ubicado al frente del Hotel del Campo. Carretera Ibagué-Boquerón-Cajamarca-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
11.3 CLASIFICACION DE SUELOS DE ACUERDO AL TRANSPORTE
Los suelos se clasifican en residuales y transportados.
11.3.1 Suelos residuales. Afloran sobre las rocas que los originaron, es decir, aparecen In Situ*. Muestran transición gradual hacia el subsuelo y exhiben los horizontes edafógenos, bien desarrollados. Figura 46. Suarez117, señala que a estos suelos no se les puede aplicar el concepto convencional del tamaño de sus componentes, debido a que con frecuencia se presentan agregados. Sin embargo, sostiene el autor, cuando el suelo se manipula, se rompen y se vuelven, progresivamente, más finos. Por ejemplo, cuando aparecen en el suelo residual agregados tamaño grava, pueden convertirse en limos, durante las actividades de excavación del mismo.
Muchos de los suelos residuales están asociados a coluviones o resultan de la meteorización de materiales provenientes de los deslizamientos de masas, en las zonas de ladera. El suelo residual indicado por la figura 46, está localizado dentro del perímetro urbano de Ibagué, sobre la meseta del
____________*En su sitio; que se formó en el lugar donde aparece.117Ibid., p. 16.
Figura 46. Perfil de un suelo residual, eluvio. Muestra sus horizontes orgánicos y minerales. Meseta de Ibagué. Avenida 60ª con avenida Guabinal. Casco urbano de Ibagué- Tolima. 2006
Fuente: el autor
mismo nombre, y su roca madre es la granodiorita del batolito de Ibagué, presente en el flanco Oriental de la cordillera Central. Por deslizamientos de masas, estas rocas descendieron hasta la meseta y allí se meteorizaron.
11.3.2 Suelos transportados. Se derivan de los residuales y son transportados, desde el lugar donde se originan, hasta su posición actual. Están formados por materiales que no se meteorizaron o sólo lo hicieron parcialmente. Son suelos desarrollados sobre materiales sueltos transportados.
Emmons, Allison, Stauffer y Thiel anotan que: “los suelos transportados son los que se derivan de un regolito o de otros suelos anteriores y son transportados a su situación actual desde sus sitios de origen. En gran parte, están formados por materiales que no se meteorizan o que lo han sido parcialmente. Deben su
situación actual a algún agente transportador tal como agua de escorrentía, viento, bloques de hielo móviles o gravedad. Como estos agentes desarrollan diferentes grados de actuación, los suelos transportados pueden ser desde el grano muy fino hasta grava gruesa. Varían también en composición química; ciertos suelos transportados por glaciares
son muy fértiles, por estar formados a partir de rocas que no han sido lixiviadas por el agua de ciertos minerales requeridos para la alimentación de las plantas”118.
____________118EMMONS; ALLISON; STAUFFER y THIEL, Op. cit., p. 143 - 144.11.4 TEXTURA DE LOS SUELOS
Millar, Turk y Foth, afirman: “… un suelo no está formado únicamente por un separado. Comúnmente, cuando menos, pequeñas cantidades de la mayoría de los separados están presentes. El primer paso en la clasificación por textura, por lo tanto, es agruparlos sobre la base proporción de los diferentes separados presentes. Estos grupos están designados como clases de suelos, los cuales se denominan de acuerdo con el separado o separados que más contribuyan a sus características. Eso no significa que a una clase se le nombre necesariamente de acuerdo con el separado presente en la máxima cantidad”119.
La textura, expresa entonces, el tamaño relativo de los componentes o separados del suelo, o sea, que se relaciona con su finura o grosor. Más específicamente, la textura es la proporción relativa de arena, limo y arcilla, contenida en un suelo.
La textura se determina por métodos de campo y de laboratorio. En el campo se establece a través del tacto, y se realiza haciendo resbalar una porción del suelo entre los dedos, después de habérselos remojado, convenientemente. El suelo se comprime, entre el pulgar y el índice, desplazando el primero, sobre el segundo. La ausencia de lisura o arenosidad, la facilidad para formar una bola y la firmeza de ésta, lo mismo que la constitución de una cinta, al resbalar la porción del suelo entre los dedos, su desmenuzamiento o rozamiento indican aproximadamente, las clases de texturas que son de conocimiento público, y que se detallan a continuación:Arenoso franco: áspero al tacto, mancha ligeramente los dedos y cuando está húmedo, forma bolas que se desmenuzan con facilidad.Franco arenoso: ligeramente áspero; si se comprime seco, forma un terrón que se desmenuzafácilmente. Mancha los dedos y cuando el terrón está húmedo, es difícil de destruir.Franco: suelo ni muy áspero ni muy suave; ligeramente plástico, forma bolas resistentes cuando se humedece, mancha los dedos y no constituye cintas.Franco limoso: cuando está seco, se nota en el suelo en forma de terrones, que se desmenuzan con facilidad. Entre los dedos se siente suave y harinoso. Cuando se amasa húmedo produce sensación suave y lisa de mantequilla o talco y forma bolas que se manipulan, sin que se rompan. Ligera tendencia a formar cintas.
11.5 LA METEORIZACIÓN DE LAS ROCAS Y LOS NUTRIMENTOS DEL SUELO
Los minerales componentes de las rocas poseen los macro y micronutrimentos demandados por las plantas, aunque algunos no se aportan al suelo, en las cantidades que se necesitan; por ello, el complemento de los nutrimentos generados por la descomposición de la materia orgánica, es de gran valor e importancia. En textos corrientes de suelos y fertilidad de suelos se afirma que el N no es aportado por los minerales; no debe olvidarse que minerales como la nitratina, NaNO3, y el nitro, KNO3, contienen N y se encuentra en algunos suelos en proceso de descomposición. En este caso,
____________119MILLAR; TURK y FOTH, Op. cit., p. 46.
el N que se fija del aire supera, por ejemplo, el que aporta la nitratina, aunque por esto, no se debe desconocer su existencia.
Sin embargo, los minerales individuales y los contenidos en las rocas requieren ciertos procesos para poner estos nutrimentos a disposición de las plantas, que a veces, pueden ser asimilados, transportados o simplemente, permanecer como elementos constitutivos del suelo. Como ya se anotó, estos procesos corresponden a la meteorización, que inicialmente desintegra las rocas -meteorización física- y posteriormente, descompone los minerales -meteorización química-. La meteorización química conlleva la destrucción de la estructura molecular de los minerales, para generar nuevos compuestos químicos o simplemente para disociar sus iónes, que pueden o no ser tomados por las plantas. En primer lugar y con base en la composición química de los minerales, se relacionan algunos de ellos, que aportan macronutrimentos y después, varios minerales que suministran micronutrimentos presentes en los suelos.
Azufre: es un componente secundario de algunas rocas ígneas y proviene de la descomposición química de piritas y sulfatos. En las rocas volcánicas, aparece en forma primaria. Ver figuras 9 y 10.
Potasio: las fuentes mayores de potasio son los productos formados por la meteorización de ortoclasa, microclina, biotita, figura 16, moscovita, KAl2(AlSi3O10)(OH)2, leucita, KAlSi2O6, y nefelina (Na,K)AlSiO4, minerales abundantes en rocas ígneas y metamórficas.
Magnesio: las dolomitas, rocas sedimentarias precipitadas, son la fuente más común de Mg. En las rocas ígneas, el Mg procede de minerales como olivino, biotita y hornblenda, (Ca,Na)2-
3(Mg,Fe,Al)5Si6(Si,Al)2O22(OH)2, serpentina, Mg3Si2O5(OH)4, talco, Mg3Si4O10(OH)2, diópsido, CaMgSi2O6, tremolita Ca2Mg6Si8O22(OH)2,clorita, (Mg,Fe)3(SiAl)4(OH)2(Mg,Fe)3O10(OH)6, y actinolita, Ca2(Mg,Fe)5Si8
O22(OH)2. Estos son los minerales de ambientes metamórficos que más aportan Mg. Las calizas ordinariamente contienen alguna proporción de Mg, que liberan mediante disolución. Ver figura 32.
Calcio: proviene, en gran parte, de la disolución de calcita, aragonito, dolomita, anhidrita y yeso. Las rocas ígneas y metamórficas generan el Ca a partir de minerales como apatito, wollastonita, fluorita y de algunos feldespatos, anfíboles y piroxenos. Frye120, señala que el Ca y el Mg son elementos químicos favorables en el agua de irrigación, debido a que contrarrestan los efectos negativos del Na. Sin embargo, las aguas demasiado duras, que se usan para irrigar, ocasionan dificultades, ya que alteran el pH y la textura del suelo, al depositar costras calcáreas de color blanco.
Nitrógeno: proviene, en cantidades reducidas, de minerales como el nitro y la nitratina. La mayoría lo fijan las plantas del aire y, en alguna proporción, lo toman de la materia orgánica presente en los suelos.
____________120 FRYE, C., Alberto. Fertilidad de suelos : Dinámica de nutrientes. DIPLOMADO EN SUELOS (“2º: 2003. Ibagué). Notas del módulo de fertilidad de suelos. Ibagué : Universidad del Tolima. Facultad de Ingeniería Agronómica. Agosto-diciembre de 2002. p. 4 – 14.
Fósforo: la fuente primaria de este elemento es el apatito, mineral típico de rocas ígneas. Las liditas o plaeners, rocas sedimentarias de la formación Guadalupe, presentes, por ejemplo, en la cantera Cunira sobre la carretera Chicoral-Coello-Tolima, de edad cretácica y ambiente marino, denominadas rocas fosfóricas; son fuentes secundarias de P. La roca fosfórica, cuando se emplea como abono, se muele a malla -200 y se aplica, en forma directa, sobre suelos con potencial de
hidrógeno ácido. La asimilación del P es lenta, cinco o más años, y por ello, sólo se utiliza para cultivos permanentes.
Las fuentes naturales primarias de los micronutrimentos son las rocas ígneas que contienen algunos de los minerales aportantes de Br, Zn, Cu, Fe, Mn y Mo. Frye121, asevera que las rocas ígneas básicas a ultrabásicas, con bajo contenido de cuarzo y ortoclasa y altos porcentajes de minerales ferromagnesianos, aportan más macronutrientes catiónicos que las ácidas. Sin embargo, en general, estas contienen más Br y Mo. Las rocas secundarias como las sedimentarias, contienen menor cantidad de elementos menores que las ígneas, exceptuando el Br, que en ellas se presenta en mayor concentración.
Los micronutrimentos más comunes se encuentran, principalmente, en los siguientes minerales:
Hierro: existen en la corteza terrestre muchas fuentes de Fe y los minerales o grupos de minerales más importantes que pueden aportarlo a los suelos son los piroxenos, anfíboles, piritas, biotita y granate, entre otros. Cuando estos minerales se meteorizan, liberan Fe en forma de óxidos, hidróxidos y óxidos hidratados, tipo Fe2O3 – hematites - , brucita – Mg(OH) y Fe2O3. nH2O – limonita. Los óxidos en estado ferroso son insolubles y cuando se tornan férricos son solubles.
Boro: se conocen aproximadamente 100 minerales que contienen B, aunque los más importantes son bórax, ulexita, kernita y colemanita. Las rocas sedimentarias tienen la mayoría de los minerales de B; se forman en ambientes evaporíticos y generalmente, asociados a arcillolitas.
Zinc: esfalerita, smithsonita, cincita, franklinita, gahnita, hemimorfita, darsenita, willomita y wurtzita son minerales que contienen Zn. Los más importantes son los dos primeros; se encuentran en todo tipo de rocas y en las mineralizaciones de polisulfuros metálicos.
Cobre: se encuentra como elemento nativo; además, en varios minerales y grupos de minerales como los sulfuros, óxidos y carbonatos, entre otros. Calcopirita, antlerita, azurita, bornita, calcantita, cuprita, calcosina, crisocola y malaquita, son minerales que tienen Cu.
Manganeso: pirolusita, manganita y rodocrosita son los minerales de Mn, más conocidos. Así mismo, astrofilita, bustamita, columnita, espesartina, galaxita, holandita, hubnerita, jacobsita, litiofilita, piemontita, pirofanita y tantalita, son minerales que tienen Mn.
Molibdeno: molibdenita, ilsemanita, wulfenita y powelita son los minerales que aportan Mo a los suelos.
____________121Ibid., p. 9.11.6 SUELOS DE LA MESETA DE IBAGUÉ
La Meseta de Ibagué está formada por un paquete de rocas sedimentarias del Cuaternario, de orígen fluvio-volcánico, horizontales y con ligeras inclinaciones, en dirección de las localidades de Alvarado y Doima-Tolima. Las rocas sedimentarias son conglomerados, areniscas conglomeráticas, conglomerados arenosos, areniscas arcillosas y arcillas compactas e impermeables. Los fragmentos son de cuarzo, cenizas volcánicas, andesitas, esquistos negros y verdes, cuarzodioritas, granodioritas y ocasionalmente, cuarcitas, cuarcitas micáceas y mármoles que constituyen el material parental o las rocas madres de los suelos presentes. Los suelos, debido a su juventud y a la poca precipitación pluvial de la zona, son poco desarrollados, tienen fragmentos de gravas, y su
espesor es reducido. En términos generales, presentan un horizonte A con un espesor promedio de 13 cm a 18 cm, que descansa sobre una capa impermeable que impide la infiltración del agua a profundidades mayores. Estas características son apropiadas para el cultivo del arroz porque este, requiere suelos inundados y tiene una profundidad radicular, inferior a 20 cm.
Sobre los suelos de los alrededores de la antigua planta de cementos de Buenos Aires, hoy propiedad de Cemex y limítrofe con la carretera central Ibagué-Espinal, los bloques de andesitas que afloran sobre la superficie del terreno, los árboles, los alambres de púas, los bebederos del ganado y los techos de las construcciones, presentan costras de carbonato de calcio, CaCO3, de varios milímetros de espesor, emitidas por las chimeneas de la planta de cemento de Buenos Aires, no obstante el traslado de la fábrica a Caracolito, en la vía Buenos Aires-Payandé, hace casi, diez años. Figura 47. A pesar que el espesor de las costras de CaCO3 disminuye a medida que se alejan
Figura 47. Carbonato de calcio granulado depositado en forma aérea sobre andesitas. Meseta de Ibagué. Hacienda La Palma. Buenos Aires-Tolima. 2007.
Fuente: el autor.del foco emisor, la contaminación se extiende más de un kilómetro, a la redonda. En la hacienda La Palma, por sólo nombrar una, cuando se aplica ácido clorhídrico al 10% de concentración, el suelo efervece, o sea, que se produce CO2 y H2O, al reaccionar el HCl con el CaCO3. Actualmente, y debido a la acción del carbonato de calcio, los suelos son básicos, aunque habitantes de la región*, aseguran que antes de instalarse la fábrica de cemento, eran ligeramente ácidos, 6,5. El carbonato de calcio, debido a su alta solubilidad, se ha infiltrado a través del suelo alcanzando profundidades mayores a 10 cm, tal como se pudo establecer a través de la elaboración de calicatas. El cambio del pH, la precipitación de CaCO3 en los poros del suelo, la drástica pérdida de porosidad y, por consiguiente, la disminución de la aireación y la humedad del suelo, unidas al alto contenido de CaCO3 en el agua de riego que disuelve el CaCO3 superficial, diezmaron la calidad agrícola del suelo, obligando a la siembra de cultivos más tolerables al CaCO3 como algodón y soya, entre otros, pero menos rentables que el arroz.
Como se aprecia, los agricultores de la Meseta de Ibagué, región de Buenos Aires-Tolima, han sufrido grandes pérdidas económicas por el cambio de cultivos o por la disminución de las cosechas de arroz, además del desmedro de las propiedades físicas y químicas de sus suelos. En la actualidad, se trabaja en la recuperación del pH, y para ello, se experimenta con la aplicación de azufre en polvo que, al humedecerse y producir una sustancia ácida, podría disminuir el potencial de hidrógeno de los suelos a niveles neutros o ligeramente ácidos. Mediante prácticas agrícolas se busca, igualmente, recuperar las propiedades físicas de los suelos, aunque es una labor costosa y a largo plazo.
____________* ENTREVISTA con Nicolás Laserna S. Propietario de la Hacienda Potreritos. Buenos Aires-Tolima. 10 de nero de 2001.
12. EL AGUA SUBTERRÁNEA
12.1 GENERALIDADES
La contaminación progresiva y la fuerte demanda puntual del agua superficial, con el tiempo, incrementa la necesidad de utilizar el agua del subsuelo. Gibson y Singer, manifiestan que “más del 97% del agua potable en nuestro planeta, (excluyendo a las capas de hielo polar y los glaciares), se encuentra bajo tierra. Si bien, no es práctico extraer toda esa agua por razones económicas y de otro tipo, las cantidades recuperables excederían, sin duda, los depósitos existentes de agua potable de la superficie que se encuentran en ríos y lagos”122. Lo anterior, ratifica la importancia del agua del subsuelo, más cuando se afirma que el agua superficial se está acabando, debido a la degradación del entorno, lo cual no es del todo cierto, porque se conserva, casi la misma cantidad de agua, así se distribuya de manera diferente. El crecimiento de los asentamientos humanos aumenta, progresivamente, la presión puntual sobre el agua superficial. Si a esto, se suma la irregularidad de los caudales de los ríos y quebradas que suministran el agua para los acueductos,
se podría pensar que el agua superficial es, cada vez, más escasa. Se asevera incluso, que la causa de la tercera guerra mundial será la disponibilidad y propiedad del agua, afirmación que de ser cierta, podría obviarse, utilizando el agua subterránea. La tecnología actual permite prospectar el agua del subsuelo con mayor precisión y la perforación de pozos profundos, día a día, es más tecnificada y menos costosa. Además, el conocimiento sobre el agua subterránea aumenta y por ello, progresivamente, se utiliza en mayor cantidad.
El agua del subsuelo se encuentra en acuíferos y su captación se realiza por medio de pozos, galerías, drenes y trincheras; los primeros, son los más utilizados.
12.2 DEFINICIÓN, IMPORTANCIA Y USOS
Según lo afirmado por Emmons, Allison, Stauffer y Thiel, “el agua que satura los poros y grietas del suelo y de las rocas por debajo de la superficie terrestre se llama agua subterránea o agua freática”123. Algunas rocas y depósitos líticos de materiales sueltos contienen espacios vacíos o poros, comunicados entre sí, que permiten la circulación del agua del subsuelo. Los espacios porosos aunque pequeños, algunas veces, alcanzan hasta el 40% del volumen de las rocas que los contienen, de tal manera, que el agua no se almacena en grandes cantidades, en cavernas ni en voluminosos huecos, por debajo de la superficie del suelo. La importancia del agua subterránea radica en la pureza y en la accesibilidad. La pureza obedece a
____________122GIBSON P.; Ulric y SINGER D., Rexford. Manual de los pozos pequeños. 2ª reimpresión. Méjico : Limusa, 1979. p. 150–151.
123EMMONS; ALLISON; STAUFFER y THIEL, Op. cit., p. 317.la filtración, la sedimentación y al “Muelle Natural” de las bacterias, que las hace desaparecer, una vez se infiltran dentro de los poros de las rocas. Las condiciones que encuentran las bacterias, por debajo de la superficie del terreno, difieren mucho de las presentes en los organismos del hombre y de los animales, condiciones que se requieren para su crecimiento y desarrollo. Lo anterior, se basa en lo afirmado por Gibson y Singer124.
Los poros de las rocas se asimilan a los rodillos porosos de los filtros caseros empleados para “purificar” el agua que se utiliza en las labores domésticas. La purificación del agua subterránea está determinada por el diámetro de los poros y por el espesor de las capas que debe atravesar, de tal modo, que entre mayor sea la filtración y menor el diámetro de los poros, mayor es la purificación natural del agua. La filtración del agua en el subsuelo favorece la sedimentación de sustancias contaminantes, máximo, si se tiene en cuenta que la velocidad del desplazamiento del agua subterránea es baja y con flujo laminar*.
La accesibilidad permite captar el agua del subsuelo en el lugar que se necesita, no obstante carecer de fuentes de aguas superficiales, en lugares cercanos. Los oasis en los desiertos son excelentes ejemplos de la existencia de agua subterránea, en sitios extremadamente áridos. Son manantiales cuya zona de recarga se encuentra en lugares muy apartados de donde aflora el agua; así, la zona de circulación del agua es de varios kilómetros de longitud y por lo tanto, se requiere gran continuidad lateral de los acuíferos que permiten la circulación del agua, a través de sus espacios porosos. En los acuíferos de la Meseta de Ibagué, la zona de recarga es el flanco Oriental de la cordillera Central, localizada a varios kilómetros de distancia de los pozos productores.
El agua del subsuelo de los continentes, aunque no es pura, casi siempre es potable y de mejor calidad bacteriológica que el agua superficial. Por lo general, contiene sustancias disueltas, producto de su circulación a través de los poros de las rocas y del contacto con los minerales que forman estas rocas, algunos de los cuales son muy solubles, como los carbonatos de calcio y magnesio. Físicamente, el agua del subsuelo es, casi siempre, clara, incolora, con poca o ninguna sustancia en suspensión, aunque sí, en disolución, y con temperatura relativamente constante. Cuando contiene óxidos de hierro disueltos, pasa de ser incolora a ser rojiza, tal como sucede en la Sabana de Bogotá-Colombia, donde es preciso airearla, para precipitar los óxidos de hierro; posteriormente, debe ser filtrada para retenerlos. Las aguas subterráneas se utilizan, de ordinario, para labores domésticas, consumo de las personas y de los animales, agricultura e industria.
12.3 ORIGEN DEL AGUA SUBTERRÁNEA
Gorshkov y Yakushova125, sostienen que el 98% del agua del subsuelo es agua superficial, proveniente del Ciclo Hidrológico, que se infiltra a través de los poros de las rocas. Ver figura 47.
____________124GIBSON y SINGER, Op. cit., p. 3 - 4.
*Flujo en el que todas las partículas se desplazan a la misma velocidad.125GORSHKOV y YAKUSHOVA, Op. cit., p. 187 - 190.El resto, 2%, corresponde a Aguas Vírgenes o Magmáticas, provenientes de la condensación delvapor de agua que exhalan los cuerpos magmáticos en proceso de enfriamiento; así mismo, a Connatas o Fósiles, aguas atrapadas dentro de las rocas sedimentarias clásticas al momento de su formación y a aguas de Formación Química, como la presente en forma molecular, H2O, en los minerales hidratados como el yeso, cuya fórmula química es CaSO4. 2H2O, y que ceden el agua para transformarse en anhidrita, CaS04.
Del agua precipitada en forma de lluvia, cerca de una tercera parte, escurre en forma de masa móvil o escorrentía para alimentar los ríos y quebradas; otra tercera parte, se evapora o evapotranspira por las hojas de las plantas; y la tercera parte restante, se infiltra a través de los poros de las rocas, constituyendo el 98% del agua que se encuentra bajo la superficie del terreno. Figura 48. Cuando la deforestación es creciente y la cobertura vegetal escasa, el volumen de agua de escorrentía aumenta y la infiltración se disminuye, y por lo tanto, la recarga de los
Figura 48. El ciclo hidrológico y el flujo del agua subterránea. 2006.
Fuente: WIKIPEDIA-LA ENCICLOPEDIA LIBRE. Agua subterránea. [En línea]. s. c.: la enciclopedia, s. f. [Citado el 5 de septiembre de 2006 11:00]. Formato PDF, 31 KB. Disponible en Internet: es.wikipedia.org/wiki/Agua_subterránea. Complementado por el autor.
acuíferos disminuye. La cobertura vegetal actúa a manera de esponja que retiene el agua lluvia y la cede, en forma lenta y constante, facilitando la recarga del agua del subsuelo y la regularización del caudal de los ríos y quebradas. Se afirma que los bosques son fábricas de agua; la anterior afirmación significa que, una abundante vegetación y cobertura vegetal, retiene el agua proveniente del Ciclo Hidrológico, favorece la infiltración y disminuye la escorrentía. La cuenca hidrográfica del río Chenche en Coyaima-Tolima está deforestada y carece de cobertura vegetal; por esto, cuando llueve copiosamente, el río crece en forma desmesurada y se desborda, ocasionando inundaciones; no obstante, a las pocas horas, está casi seco.
12.4 DISTRIBUCIÓN VERTICAL DEL AGUA SUBTERRÁNEA
Gibson y Singer126 afirman que el agua proveniente del Ciclo Hidrológico, que se percola a través de los poros de la rocas, desciende hasta donde encuentra una capa impermeable, y a partir de allí, comienza a acumularse, hasta alcanzar, algunas veces, la superficie del terreno para formar zonas pantanosas. Cuando los espacios porosos de una roca ubicada por debajo de la superficie del terreno, están completamente llenos de agua, se define la Zona Saturada, ZS; su parte superior se denomina Nivel Freático, NF. En la figura 49, se observa el agua
Figura 49. Tipos de acuíferos y de pozos perforados. 2006.
Fuente: WIKIPEDIA-LA ENCICLOPEDIA LIBRE. Agua subterránea. [En línea]. s. c.: la enciclopedia, s. f. [Citado el 5 de septiembre de 2006 11:30]. Formato PDF, 31 KB. Disponible en Internet: es.wikipedia.org/wiki/Agua_subterránea. Complementado por el autor.
proveniente del Ciclo Hidrológico; la percolación aproximada de la tercera parte de la misma; la evaporación, EV, y la evotranspiración, EVP, del agua que no hace parte del flujo subterráneo. Por encima del Nivel Freático y hasta la superficie del terreno, se encuentra la Zona Vadosa, ZV,donde los espacios porosos están ocupados en parte por agua y el resto, por aire. Se divide en Zona del Suelo, profundidad hasta la cual llegan las raíces de las plantas; Zona Intermedia, compuesta por aguas gravitacionales y no gravitacionales y Zona Capilar, agua no gravitacional que asciende, verticalmente, por entre los poros de las rocas, desde la Zona saturada. En síntesis, el agua
subterránea se encuentra distribuida, de manera vertical, en la Zona Vadosa y la Saturada. La zona efectiva para la captación del agua subterránea a través de pozos, es la Saturada. Figura 50.
____________126GIBSON y SINGER, Op. cit., p. 7 - 8.
Figura 50. Distribución vertical del agua subterránea. 2006.
Fuente: S. a. Agua subterránea. [En línea]. s. c: s. e., s. f. [Citado el 31 de marzo de 2007 1:00] 13 KB. Disponible en Internet: www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/water/groundwater.sp. Complementado por el autor.
12.5 ACUÍFEROS
Los acuíferos son rocas o depósitos rocosos, generalmente sedimentarios, porosos, permeables y con poros de diámetro mayor a 5x10-2 mm; este es el diámetro crítico para que el agua circule, libremente. En condiciones naturales, deben recibir el agua superficial, almacenarla, transportarla y cederla a la superficie del terreno. Cuando ceden el agua en forma natural aparecen los manantiales, descargas superficiales y gravitacionales de agua subterránea en depresiones del terreno, debidas al corte de las capas o depósitos acuíferos por la superficie del terreno. Figura 49 f.
Gibson y Singer127, aseveran que los acuíferos libres o freáticos son aquellos que aparecen en contacto con la superficie del terreno y en donde la presión del agua es igual a la presión atmosférica; esto, se manifiesta porque el nivel del agua dentro del pozo construído para extraerla, es igual al nivel existente dentro del acuífero Figura 49, g. Los confinados, son acuíferos que contienen agua a presión y corresponden a una capa permeable, areniscas y conglomerados o depósitos de arenas y gravas, dentro de capas impermeables como arcillolitas. Se reconocen porque el nivel del agua dentro de los pozos, es más alto que el nivel del agua dentro de la capa confinada, alcanzando algunas veces la superficie del terreno, sin necesidad de bombeo. Dichos acuíferos se conocen con el nombre de acuíferos confinados saltantes. Figuras 49 h.
_____________127Ibid., p. 12 - 14.
La figura 51 muestra el pozo profundo La Palmera I, perforado en la Meseta de Ibagué, Hacienda La Palmera de Doima-Tolima. En ella, se aprecia la parte superior de la tubería de revestimiento que sobresale 0,5 m por encima de la superficie del terreno y la tapa que se coloca para evitar que se introduzcan por la boca del pozo, objetos extraños. Se observa, además, agua en forma de
Figura 51. Pozo profundo La Palmera I construido sobre un acuífero artesiano saltante. Hacienda La Palmera. Doima-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
“regadera”, sin necesidad de bombeo, que indica la presencia de un acuífero artesiano saltante. El caudal, que llega a la superficie en las condiciones descritas, es de 3 L/seg, sin costo alguno de bombeo. Estos acuíferos se presentan porque en la Meseta de Ibagué es común encontrar areniscas porosas y permeables confinadas dentro de lentes arcillosos, confinantes e impermeables. La figura 52, indica los tipos de rocas presentes en el Abanico o Meseta de Ibagué; aunque en ella predominan los conglomerados, se aprecian lentes de areniscas, arcillolitas y areniscas arcillosas. Los conglomerados y las areniscas son las capas confinadas por las cuales se desplaza el agua a presión; y las arcillolitas, que son impermeables, son las capas confinantes.12.6 CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA
Emmons, Allison, Stauffer y Thiel exponen que: “el hombre prehistórico usaba el agua de los manantiales, arroyos, ríos y lagos; sus
ciudades se construían en lugares donde se podía obtener agua con facilidad en la superficie. Sin embargo, con el progreso de la civilización se necesitaron grandes cantidades de agua en regiones donde no existía agua superficial o donde estaba
Figura 52. Capas horizontales y planas de conglomerados, areniscas, areniscas conglomeráticas y conglomerados arenosos de la Meseta o Abanico de Ibagué, de edad cuaternaria. Carretera Buenos Aires-Payandé. Tolima. 2006.
Fuente: el autor
demasiado contaminada para el uso doméstico. La búsqueda de agua se presenta en los tiempos históricos más primitivos, especialmente en China e India. En Babilonia se construyeron obras de riego 2.000 años antes de Jesucristo. En la actualidad se riega más tierra en la India por medio de pozos que utilizando los ríos”128.
El crecimiento de los asentamientos urbanos obligó a la extracción del agua subterránea utilizando captaciones; estas consiten en obras de ingeniería que se construyen con el propósito de extraeragua del subsuelo, como las trincheras, los drenes o avenamientos y los pozos. Los más usados son los pozos y pueden ser: someros y profundos si tienen, menos o más, de 40 m de profundidad. Los pozos se caracterizan por ser excavaciones verticales o casi verticales, con diámetros muy inferiores a la profundidad. Dentro de los pozos someros, están los excavados o aljibes, los barrenados, los hincados y los de Jetting. Estos últimos, se elaboran mediante chorros de agua a presión. Los pozos hincados se construyen introduciendo, por percusión, tramos de filtros y tubería ciega. Estos pozos son de construcción artesanal y se hacen en lugares donde no existen fragmentos rocosos, de mayor tamaño a las gravas.
Los aljibes se excavan a pico y pala; son los pozos someros más usados, a pesar de que suministran agua de deficiente calidad fisicoquímica y bacteriológica debido a las deficiencias en su diseño, construcción, localización y explotación. Los aljibes de la vereda Potrerillo, en Coello-Tolima, así como los existentes en la mayoría de las zonas planas y áridas del país, están muy
____________128EMMONS; ALLISON; STAUFFER y THIEL, Op. cit., p. 333. contaminados, porque se ubican cerca de lavaderos, habitaciones, pistas de fumigación, corrales y aún, de letrinas, que aportan contaminación bacteriológica y química. Además, muchos carecende motobombas para extraer el agua y en su defecto, utilizan baldes y otros utensilios, que se manipulan en la boca del pozo, ocasionando que parte del agua extraída regrese contaminada a la captación. Figura 53.
Figura 53. Pésimo diseño, ubicación, construcción y explotación de un aljibe. Vereda Potrerillo-Chicoral-Tolima. 2007.
Fuente: el autor.
Los pozos profundos tienen más de 40 m de profundidad y se construyen con las mismas técnicas empleadas en la industria petrolera, aunque, a menor escala. Debido a su mayor profundidad, diseño y construcción, suministran mayor volumen de agua y de mejor calidad que, los pozos someros. Figuras 51 y 54.
12.7 CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA
El crecimiento de los asentamientos humanos, la progresiva industrialización, el incremento del uso de agroinsumos en la agricultura y el deficiente manejo y explotación de los pozos, contaminan en gran proporción el agua del subsuelo. El agua subterránea se contamina con facilidad y dada la reducida velocidad de los flujos subterráneos, su purificación es lenta y puede durar, hasta varias decenas de años. Figura 55.
Como se observa en la figura 55, la contaminación de cualquier tipo, alcanza rápidamente los niveles freáticos, y contamina a su vez, el agua del subsuelo. La contaminación se difunde siguiendo la morfología del terreno y lentamente, ya que el agua subterránea tiene flujo laminar.Figura 54. Pozo profundo La Palmera II. Hacienda La Palmera. Doima-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
En cuanto a los agentes contaminantes, existen los biológicos y los químicos. Los primeros, desaparecen más rápidamente y, por lo tanto, su difusión es reducida. Los segundos, tienen mayor
Figura 55. Contaminación del agua subterránea.
Fuente: CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL MEDIO AMBIENTE. Contaminación de las aguas subterráneas: Problemas de aguas subterráneas en España. [En línea]. s. c.: s. e., s. f. [Citado el 31 de marzo de 2007 1: 00]. 13 KB. Disponible en Internet: www.tecnun.es/Asignaturas/Ecología/Hipertexto/03AtmHidr/133-AgCont.difusión debido a la dificultad para su eliminación. La contaminación que produce una letrina, un lavadero, es de tipo biológico. En arenas de tamaño medio a fino, los contaminantes desaparecen, después de avanzar sobre las mismas, 30 m a 50 m de distancia. La contaminación química, como la que se presenta por una pista de fumigación, se elimina después de atravesar 50 m a 100 m, de
arenas de grano medio a fino. Por lo anterior, la contaminación bacteriológica se considera puntual y la química, difusa.
Se puede afirmar, que una vez contaminada el agua subterránea por sustancias químicas, su purificación natural es eterna; en algunos casos, tardará más de cien años. La contaminación bacteriológica por su parte, desaparecerá al cabo de pocos años.
La descontaminación del agua del subsuelo es natural y se produce por filtración y asentamiento de la contaminación y por el muelle natural de las bacterias. Gracias a esta característica, el agua subterránea es una fuente de agua potable.
En la Meseta de Ibagué las aguas subterráneas se contaminan principalmente por las siguientes razones:
1. El relleno sanitario Combeima de Ibagué, Fase I y Fase II, presente en la vía que de Mirolindo conduce al aeropuerto de Perales, abandonado en la actualidad, carece de cierre técnico-ambiental y de geomembrana impermeable en su base. Esto permite la percolación de sus lixiviados y el escurrimiento de los mismos, hacia las quebradas Aguasclaras y Aguasucia que lo delimitan, y que son afluentes del río Chipalo. De esta forma, el agua usada, en su mayor parte, para sembrar arroz en la Meseta de Ibagué, es agua contaminada.
2. El horno dispuesto para la incineración de residuos sólidos peligrosos, residuos hospitalarios y de clínicas odontológicas, centros de salud, droguerías y similares, ubicado en el mismo lote del relleno sanitario Combeima, funciona deficientemente y contamina las fuentes hídricas superficiales y parte del flujo de agua subterráneo.
3. Las tuberías de conducción de las aguas servidas de Ibagué, negras y grises, acusan filtraciones en su recorrido que determinan la contaminación de los flujos subterráneos.
4. Más del 90% de las aguas negras de Ibagué no tienen tratamiento alguno y así, se vierten a los cursos superficiales de agua, propiciando la infiltración de parte de ellas. La planta de tratamiento de aguas residuales de El Tejar, procesa menos del 10% de las aguas servidas de Ibagué y su funcionamiento exhibe fallas protuberantes. Existen, en la Meseta de Ibagué, algunas plantas de procesamiento de aguas residuales, que procesan cantidades ínfimas, y que fueron construídas para obtener la licencia de construcción de las respectivas urbanizaciones.
5. Muchos barrios marginales de Ibagué carecen de alcantarillado y las aguas servidas de sus viviendas, corren sobre la superficie del terreno, originando la infiltración parcial de las mismas, y por ende, la contaminación del agua del subsuelo.
6. Los cultivos de la Meseta de Ibagué son mecanizados y transitorios y demandan la aplicación de grandes cantidades de insumos agrícolas químicos, que se infiltran parcialmente.
7. Algunas empresas industriales, vierten sus aguas servidas, medianamente tratadas o sin tratamiento alguno, a las quebradas de la Meseta de Ibagué. Por consiguiente, generan contaminación química del agua y aun, el cambio de su color. Estas aguas contaminan las fuentes superficiales y parte del flujo subterráneo.
8. La deficiente operación del relleno sanitario de La Miel, ubicado en Buenos Aires-Ibagué-Tolima, también propicia la percolación de lixiviados y la contaminación del agua subterránea y superficial.
12.8 EL AGUA SUBTERRÁNEA EN LA MESETA DE IBAGUÉ
El agua subterránea, en Colombia, se emplea poco, debido a los altos costos que demanda la perforación y a la inexistencia de tarifas diferenciales de energía eléctrica, necesaria para el funcionamiento de las bombas que se requieren para llevar el agua hasta la superficie, algunas veces, desde grandes profundidades. Por el elevado costo de algunos predios rurales, las tarifas de energía eléctrica son muy altas; su precio es equiparable al de las de propiedades urbanas de estrato socioeconómico 6, en Ibagué. Sin embargo, los avances tecnológicos en la prospección del agua del subsuelo; la ligera disminución en el costo de perforación de los pozos profundos; los incentivos del Gobierno Nacional para la adecuación de tierras, mediante el suministro del riego; el mayor conocimiento de las características y propiedades del agua del subsuelo, permiten advertir un progresivo incremento en el uso de este valioso recurso.
La Meseta de Ibagué es una región plana, figura 56, de vocación agropecuaria, con agricultura mecanizada y aceptable infraestructura de riego; así mismo, posee suficientes tierras adecuadas
Figura 56. Panorámica del Abanico o Meseta de Ibagué, geoforma plana, y al fondo los cerros de la formación rocosa sedimentaria del Guadalupe. Doima-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
que carecen, parcialmente, de agua superficial para el cultivo del arroz. El agua del riego proviene de las cuencas del río Combeima, la quebrada Cay y el río Chipalo. Como el agua para el consumo de los habitantes de Ibagué se toma de las dos primeras fuentes, cada vez que se inaugura un nuevo barrio en Ibagué, se disminuye en unos cuantos litros, el agua destinada para la agricultura de la Meseta. Por esta razón, desde hace ya varios años, se vienen perforando un gran número de pozos profundos para la extracción del agua subterránea, que si bien, no siempre incrementan la frontera agrícola, evitan el atraso o pérdida de los cultivos, en épocas de intenso verano.
Desde el punto de vista geológico, la Meseta de Ibagué es un gran paquete de rocas sedimentarias horizontales o ligeramente inclinadas, en dirección de Alvarado y Doima-Tolima. Pertenece al cuaternario y su origen es fluvio-volcánico; está compuesto por areniscas, arcillolitas y conglomerados. Ver figura 52. Hacia el norte, es delgado y descansa sobre las rocas ígneas impermeables, presentes en el flanco Oriental de la cordillera Central. Al Sur, limita con rocas de
diferente composición y permeabilidad de la cadena de cerros de la formación Gualanday, existentes entre San Luis y Piedras-Tolima. Figura 55. El río Coello, le sirve de límite al Occidente; y por el Este, limita con rocas ígneas y sedimentarias de la formación Gualanday. Hacia el Sur y el Este, aumenta su espesor hasta alcanzar más de 300 m. Si se tiene en cuenta la Hidrogeología, la Meseta corresponde a un gran depósito de aguas subterráneas, con acuíferos confinados a semiconfinados, algunos de los cuales son saltantes, como los existentes en los pozos de las haciendas El Recreo, El Chaco y La Palmera, en Doima-Tolima, entre otros. Figura 51. La zona de recarga para este gran acuífero es el flanco Oriental de la cordillera Central y el agua circula a través de areniscas, areniscas conglomeráticas, conglomerados arenosos y conglomerados, figura 52, hasta encontrar las rocas sedimentarias de la formación Gualanday, que sirven de barrera impermeable y propician el estancamiento del agua y el ascenso de la misma, en los niveles fráticos de las rocas portadoras del agua del subsuelo.
El caudal de algunos pozos profundos es alto y mayor a 75 L/seg, como el de las Haciendas Teucalí, Monterrey, Waterloo y el Hato de Doima, en Doima-Tolima. Los pozos con los caudales descritos, alcanzan, máximo, 170 m de profundidad; los que se construyen en las inmediaciones de Doima, son menos profundos. La calidad fisicoquímica y bacteriológica del agua es aceptable para consumo humano y para uso en labores agrícolas e industriales, a pesar de ser, ligeramente, carbonatada. El agua extraída del pozo profundo que se perforó en Fibratolima, empresa ubicada sobre la carretera Ibagué-Aeropuerto de Perales, se empleó en la sección de estampados, ya que contenía concentraciones tolerables de óxidos de hierro y carbonatos.
La figura 54 corresponde al pozo profundo de La Palmera II, cuyo caudal es de 65 L/seg, aproximadamente. El pozo es artesiano-surgente y tiene 90 m de profundidad. Se perforó sobre sedimentos de la Meseta de Ibagué y el agua es de excelente calidad fisicoquímica y bacteriológica. Tiene bomba sumergible de 2 impulsores, motor sumergible de 65 KWA y la energía la suministra una planta de ACPM, de 110 KWA. El agua se utiliza para ensanchar la frontera agrícola en cultivos de arroz y ocasionalmente, de sorgo y de algodón, aprovechando que cuenta con motor diesel, para el suministro de energía a las bombas de los pozos, a costos más bajos que los de la energía eléctrica, suministrada por Enertolima.
13. GEOMORFOLOGÍA
Según Thornbury129, la geomorfología estudia las formas del relieve terrestre o la topografía de la litosfera, y es una rama de reciente definición dentro de la geología. Se materializa a través de las geoformas, que son cuerpos rocosos tridimensionales con forma, volumen, espacio, peso y características especiales, que una vez descritas, se identifican con facilidad otras idénticas, en cualquier parte donde aparezcan. Las geoformas, formas del relieve, no son individuales ni se explican por sí solas, pues hacen parte del todo de la tierra y de un sinnúmero de procesos encadenados y secuenciales, que sucedieron como resultado de la evolución del planeta.
La figura 57 muestra en primer plano, una geoforma plana que corresponde a remanentes del relleno del cauce del río Combeima por flujos de lodo y bloques de rocas, provenientes del volcán-
Figura 57. Geoformas planas y abruptas. Cañón del río Combeima. Carretera la variante Ibagué-Armenia. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
nevado del Tolima. Al fondo, se observa la geoforma de los cerros y montañas del batolito de Ibagué, formados por rocas ígneas intrusivas. Las quebradas que corren por esta geoforma tienen pendientes altas y abundantes saltos y cascadas, que aceleran la erosión y por ende, los procesos de degradación.
____________129THORNBURY, William, D. y WILLIAM, D. Principios de Geomorfología. Buenos Aires : Editorial Kapelusz, 1996. 627 p. 13.1 CICLO GEOMORFOLÓGICO
La forma actual que exhibe, por ejemplo, el Abanico o la Meseta de Ibagué, ha variado desde su formación y seguirá modificándose, a medida que el tiempo pase. Según Thornbury130, estas variaciones, conocidas como Ciclo Geomorfológico, sucedieron y están sucediendo dentro del tiempo geológico que se mide en millones de años, y por ello, es posible que no se identifiquen, dado que la vida del hombre es muy limitada en relación con el tiempo de los procesos geológicos. Los paisajes naturales, inicialmente, tienen juventud y con el modelamiento de los agentes externos, llegan a su vejez. Sin embargo, este proceso puede ser interrumpido por la acción de agentes internos, como movimientos tectónicos, que producen fracturas, deformación y levantamientos de zonas deprimidas.
En su juventud los cauces de los ríos, como el del Combeima y algunos de sus afluentes, presentan valles con forma de V, con grandes saltos y cascadas, paredes de pendientes abruptas y empinadas; son encajonados y la velocidad de las corrientes superficiales es alta, con gran capacidad de transporte y por lo tanto, con alto poder erosivo. Figura 58. Más abajo, el cauce en mención, muestra un valle en forma de U, con escarpes suaves y corrientes hidrográficas de velocidades bajas, con poca capacidad de transporte y bajo poder erosivo, y con gran capacidad de sedimentación o deposición de sedimentos.
Figura 58. Quebrada afluente del río Combeima mostrando valle en V, de paredes empinadas, grandes cascadas y saltos. Cañón del río Combeima. Villarrestrepo. Ibagué-Tolima. 2006.
Fuente: el autor.
____________130Ibid., p. 65 - 80. 13.2 ETAPAS DE LAS FORMAS DEL RELIEVE
Según Pedraza131, el desarrollo de las formas del relieve se debe al proceso evolutivo de la superficie terrestre, por la la acción combinada de procesos internos, propios de la dinámica de la corteza; y de procesos externos, que dependen en gran parte de la acción del clima, de los seres vivos, incluido el hombre, y de la acción de fenómenos extraterrestres, como la caída de un meteorito en la tierra. Los procesos endógenos crean megarrelieves como cordilleras, por ejemplo, la Central de Colombia y conos volcánicos, entre otros. Se encargan, además, de levantar o hundir continentes. Los procesos externos corresponden a la gradación y son: agradación, sedimentación, degradación y erosión. La figura 52, muestra un proceso de degradación de la meseta de Ibagué, por la erosión ocasionada por el río Coello; dicha erosión afectó sus propios depósitos, hasta alcanzar una profundidad cercana a los 150 m, por debajo del nivel plano de la meseta.
Como se anotó con anterioridad, las geoformas tienen dos etapas: la de formación y la del modelado. El clima determina modalidades en la erosión y en el tipo de formaciones vegetales. Por esta razón, la elaboración de formas de relieve, también depende de los paleoclimas, presentes en un determinado lugar. Dackombe y Gardiner132, consideran que, los afloramientos de rocas, son geoformas que corresponden a lechos rocosos antiguos, sobre los cuales se han depositado materiales recientes, generalmente de edad cuaternaria, como llanuras de inundación y conos aluviales, entre otros.
13.3 EL CUATERNARIO , EL CLIMA Y SU RELACIÓN CON LAS GEOFORMAS Lugo133 opina que, gran parte del relieve actual tiene edad inferior al cuaternario, que se inició hace cerca de dos millones de años. La edad de las rocas que conforman el resto del relieve es superior al cuaternario. A pesar de lo anterior, por antiguas que sean las rocas, sufren múltipes transformaciones en un lapso de dos millones de años; entonces, los relieves abruptos, terminarán
desapareciendo por efectos de la meteorización y la erosión. Se cree que, si en la actualidad, se presentan relieves altos de edad superior al Cuaternario, muy posiblemente, estuvieron cubiertos por sedimentos de menor edad, que se están erosionando en la actualidad.
La glaciación del pleistoceno fue el evento, de mayor importancia, durante el cuaternario y permitió que los glaciares se extendieran hacia latitudes más bajas y que gran parte de las montañas permanecieran bajo hielo, como en los alrededores de Manizales-Caldas. Allí, el volcán-nevado
____________131PEDRAZA, G., J. Geomorfología. Principios, Métodos y Aplicación. Madrid : Ed. Rueda, 1996. 320 p.
132DACKOMBE V., R. y GARDINER, V. Geomorphological field manual. London : George Allen y Uniwin publisher, 1983. 420 p.
133LUGO H., J. Elementos de Geomorfología Aplicada. Méjico : Instituto de Geografía. UNAM, 1988. 400 p.del Ruiz, cuya altitud actual está por encima de 4.800 m y presenta nieves perpetuas, extendió el hielo hasta los 2.700 m s n m. Durante la glaciación, el clima era seco y la vegetación pobre, condiciones que favorecieron la remoción de gigantescas cantidades de sedimentos, desde las vertientes hacia las zonas más bajas, originando depósitos cuaternarios de relieves planos, como los presentes en La Enea, paraje cerca de la capital caldense. Los valles glaciares en forma de U, son frecuentes por debajo de los 3.000 m s n m, y en ellos, se aprecia con claridad el modelado inducido por el hielo y algunos depósitos glaciares como morrenas, con grandes bloques estriados, producidos por la abrasión de los mismos, al ser transportados por el hielo.
Small1234 considera que el clima es determinante en la meteorización de las rocas, la generación de suelos y la presencia de fenómenos de remoción en masa. Los climas con temperaturas y precipitación pluvial alta, favorecen la meteorización de las rocas, la formación de suelos y la generación de materiales sueltos, susceptibles de erosionarse con facilidad. La precipitación pluvial abundante, acelera el desarrollo de la vegetación y la protección de los suelos. Las temperaturas altas favorecen la actividad bacteriana y limitan la generación de ácidos orgánicos que influyen en la disolución de los minerales que componen las rocas; por tal razón, la acidificación, de las aguas de infiltración, es superior en las zonas de climas fríos o templados. Una región con una estación de verano definida, determina la desprotección de los suelos y de las rocas durante una parte del año; esto, trae como consecuencia la acentuación de los fenómenos erosivos. Las regiones desérticas a semidesérticas, con poca precipitación pluvial, son susceptibles de erosión eólica o de la acción del agua, en forma torrencial, como en el desierto de La Tatacoa, en Villavieja-Huila. En los climas de páramo predomina la meteorización física, por efecto del congelamiento, lo cual suministra gran cantidad de fragmentos de poco tamaño que son fácilmente hidratados y removidos en dirección de la pendiente y originan depósitos como flujos de lodo, lahars y rocas. La destrucción de Armero-Tolima en 1985, se produjo por un deshielo causado por el calor expelido, a través del cráter Arenas, del Nevado del Ruíz. Al hidratarse, los materiales en depósito sobrepasaron el ángulo de reposo y se desplazaron por el cauce del río Lagunilla.
13.4 COMPILACIÓN DE ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS DE GEOMORFOLOGÍA
Gonzalo Duque E., resume algunos conceptos básicos de geomorfología, así:
“1. Los procesos físicos de hoy, operaron en el pasado geológico. 2. Las estructuras geológicas condicionan las formas del relieve. 3. El proceso geológico se expresa en la geoforma. 4. Cuando los diferentes agentes modelan la corteza, se producen las secuencias que evidencian tales etapas. 5. La complejidad es más común que la simplicidad en las geoformas. 6. La geología del Cuaternario domina la topografía. 7. La adecuada interpretación del paisaje exige conocer los cambios climáticos pasados.
8. La presión y la temperatura del clima regional son necesarios para entender los procesos
____________134SMALL J., R. The study of landforms: A text of geomorphology. London: Cambridge University Press, 1995. 313 p. geológicos pasados. 9. Se debe mirar la geología de hoy en el contexto de las geoformas pasadas”135.
13.5 GEOMORFOLOGÍA DE LOS ALREDEDORES DE IBAGUÉ
La información contenida en este subcapítulo se obtuvo, en su mayor parte, del informe ESTUDIO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO Y APTITUD URBANÍSTICA DE LA CIUDAD DE IBAGUÉ, elaborado en 1992, por el Instituto de Investigaciones en Geociencias, Minería y Química, INGEOMINAS, regional Alto Magdalena136.
La morfología de los alrededores de Ibagué se atribuye a la sedimentación fluvial, fluvio-volcánica y a los procesos erosivos y tectónicos, fenómenos que continúan activos, aunque con menor intensidad que en épocas anteriores, y que generan escarpes, pequeños conos de deyección, cárcavas y deslizamientos. INGEOMINAS, identifica cuatro grandes unidades geomorfológicas, las cuales aparecen en la figura 59, y son: Zona Montañosa, Jgd, Abanico fluvio volcánico, Qfv1, Qfv2 y Qla, Conos aluviales, Qav, y Terrazas del río Combeima, Qal, Qfv3 y Qfv4.
La zona montañosa corresponde a los cerros tutelares de Ibagué, batolito de Ibagué, con morfología quebrada y topografía abrupta. Con altitudes que varían entre 1.000 y 2.500 m s n m, sus laderas muestran pendientes entre 15° y 50º y el patrón de drenaje es dendrítico.
El abanico fluvio–volcánico lo forma el Abanico o Meseta de Ibagué, dada su importancia, se describe en el subcapítulo 13.6.
Los conos aluviales son varios cuerpos con forma de abanico y de poco tamaño, los cuales están ubicados al Norte y el Suroeste de Ibagué. A esta unidad geomorfológica pertenencen los conos aluviales de las quebradas El Tejar, Las Panelas y Cristal, y los conos donde se localizan los barrios La Gaviota, Ambalá, Ancón, Pablo VI y San Diego. Estas geoformas tienen pendientes entre 6° y 9º, superficies suavemente onduladas y patrón de drenaje paralelo a subparalelo. Por lo general, están cortados por las corrientes de agua principales, que los atraviesan, formando entalles de varios metros de profundidad.
Las terrazas del río Combeima es una unidad geomorfológica formada por varias terrazas escalonadas, presentes a lado y lado del río Combeima. Son posteriores a la sedimentación de la Meseta de Ibagué y conforman la llanura central del río mencionado. Las más antiguas son de
____________
135DUQUE ESCOBAR, Gonzalo. Manual de geología para ingenieros : Cap. 20. Geomorfología. [En línea]. s. c. s.e., s. f. [Citado el 19 de noviembre de 2006 7:30]. Formato hmt, 252 KB. Disponible en Internet: www.geocities.com/manualgeo_20/
136COLOMBIA. INSTITUTO DE INVESTIGACIONES EN GEOCIENCIAS, MINERÍA Y QUÍMICA. INGEOMINAS. Regional Alto Magdalena. Estudio Geológico-Geotécnico y Aptitud Urbanística de la Ciudad de Ibagué. Ibagué : INGEOMINAS, 1992. p. 11 - 16.
Figura 59. Perfil geomorfológico idealizado del valle del río Combeima a la altura de Ibagué-Tolima.
Fuente: COLOMBIA. INSTITUTO DE INVESTIGACIONES EN GEOCIENCIAS, MINERÍA Y QUÍMICA. INGEOMINAS. Regional Alto Magdalena. Estudio Geológico-Geotécnico y Aptitud Urbanística de la Ciudad de Ibagué. Ibagué : INGEOMINAS, 1992. p. 13.
origen fluvio-volcánico y se sitúan, aproximadamente, a 45 m por encima del nivel actual del río, y las más modernas son aluviales y se localizan hasta 3,5 m, por encima del nivel máximo, de las aguas del río Combeima.
13.6 EL ABANICO O MESETA DE IBAGUÉ
Es una geoforma de edad cuaternaria, plana, con forma de cono o abanico; su ápice se localiza en la zona de piedemonte, específicamente, en el paraje La Coqueta, aguas arriba de los tanques del acueducto de Ibagué, en la parte alta del barrio La Pola, de Ibagué. Su base limita con la cadena de montañas que se extienden entre las localidades de San Luís y Piedras-Tolima. Ver figura 56.
La Meseta de Ibagué es de origen fluvio-volcánico y para su formación, se agotaron los siguientes pasos:
1. Una erupción del volcán-nevado del Tolima.2. El deshielo parcial de sus nieves perpetuas.3. La hidratación de los sedimentos acumulados en las faldas del volcán, producto de la
meteorización de heladas.4. La superación del ángulo de reposo de los fragmentos hidratados y el transporte del
material rocoso a través del río Combeima, río que nace en el volcán-nevado del Tolima.5. La sedimentación en la Meseta de Ibagué del material transportado.6. La sedimentación de los flujos piroclásticos interestratificados con el material fragmentado. 7. La erosión de los flujos piroclástico y del material producto de la meteorización de heladas
transportados por el Combeima y otros ríos y quebradas menores, arrastrados desde el volcán-nevado del Tolima, junto con los que se incorporaron, a través de su recorrido.
Lo anterior, incluye varios procesos geológicos, secuenciales y encadenados, sucedidos dentro de un tiempo determinado para exhibir la geoforma actual, hoy sometida a procesos de degradación. Como se advierte, dilucidar la formación del Abanico de Ibagué implica, describir la génesis del mismo. Esto significa que la geomorfología no puede explicar una determinada forma de relieve, sin tener en cuenta las fuerzas y procesos que intervienen en la formación de la misma, a través de un determinado espacio de tiempo.La Meseta está formada por capas de areniscas, conglomerados, conglomerados arenosos, flujos piroclásticos, cenizas volcánicas y areniscas conglomeráticas, que contienen los mismos fragmentos rocosos que afloran a lo largo del río Combeima, como lavas andesíticas, esquistos negros y verdes, cuarcitas, mármoles, rocas piroclásticas y rocas ígneas intrusivas, correspondientes al batolito de Ibagué. Ver figura 52.
14. BIBLIOGRAFÍA
BILLNG P., Marland. The geology of New Hampshire. Part II : Bedrock Geology. Manchester, Granite State : Press Inc, 1956. 321 p.
BOWEN N., L. The evolution of the Igneous Rocks. Princeton, N. J : Dover Publication, New York, 1956. 151 p.
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