Origen, formación y Mineralogía de los Suelos

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ORIGEN, FORMACIÓN y MINERALOGÍA de LOS
SUELOS
Gabriel J. Montúfar Ch.
Maestría en Ingeniería Geotécnica Campus Central Universidad Tecnológica de Panamá
Resumen- Factores como el material parental y formadores biológicos además de agentes físicos y químicos como la
exfoliación y el intercambio catiónico dan origen a los suelos y minerales. Identificar la estructura de los suelos sobre todo
su composición mineralógica es fundamental ya que controla la forma, tamaño propiedades y comportamiento de los suelos.
En la formación de minerales arcillosos intervienen mecanismos de herencia, neoformación y transformación asimismo su
estructura y enlaces atómicos nos brindan información sobre el grupo de mineral arcilloso y sus propiedades. Dentro de la
interacción química entre el suelo y el agua la teoría de la Doble Capa Difusa nos explica los mecanismos por los cuales las
moléculas de agua se atraen a la superficie de la partícula de arcilla. Para conocer cómo se forma el suelo es necesario en-
tender la influencia del transporte, erosión y deposición de sedimentos, así como sus cambios post deposicionales por ende
se ahondará en estos conceptos y en los cambios físicos y químicos que ocurren durante la conversión del sedimento en
roca sedimentaria.
Palabras claves- átomo, ciclo, diagénesis, dipolo, enlace, estructura, mineral, roca, sedimento y suelo.
Abstract Factors such as parental material and biological formers as well as physical and chemical agents such as
exfoliation and cation exchange give rise to soils and minerals. Identifying the structure of soils over all their
mineralogical composition is fundamental as it controls the shape, size, properties and behavior of soils. In the
formation of clay minerals, mechanisms of inheritance, neoformation and transformation also take place. Their
structure and atomic bonds provide information on the clay mineral group and properties. Within the chemical
interaction between soil and water, the Diffuse Double Layer theory explains the mechanisms by which water
molecules are attracted to the surface of the clay particle. To know how the soil is formed it is necessary to
understand the influence of transport, erosion and deposition of sediments, as well as post-depositional changes,
therefore it will delve into these concepts and in the physical and chemical changes that occur during the sediment
conversion into sedimentary rock.
Keywords atom, cycle, diagenesis, dipole, bond, structure, mineral, rock, sediment and soil.
1. Introducción
Lo que motivó este artículo es profundizar sobre cómo se
originó y formó el suelo y sus minerales ya que esto nos
ayuda para el desarrollo de aplicaciones ingenieriles en be-
neficio de la humanidad, entendiéndose como suelo a la
aglomeración de agregados minerales que se pueden dividir
por procesos mecánicos o agua [1]. Para los ingenieros
geotécnicos es imprescindible comprender el suelo, es decir
conocer cuáles son sus propiedades ya que es fundamental
para el diseño y construcción de una obra civil y sin este
* Autor correspondiente:
gabrielmontufar@hotmail.com
entendimiento estaríamos llenos de inseguridad e incerti-
dumbre sobre los riesgos y circunstancias que afectan a las
estructuras, por ende, una buena inspección visual, recolec-
ción de información climatológica, sísmica y geológica
además de ensayos de laboratorio nos conducen a la elabo-
ración de un estudio de suelo que nos de seguridad sobre
nuestro trabajo y se traduzca en un diseño eficiente y eco-
nómico.
Los objetivos son conocer los agentes y factores que dan
origen a los suelos y minerales, comprender cómo la es-
tructura atómica de los minerales que forman el suelo afecta
sus propiedades y profundizar en la teoría de la doble capa
difusa sobre la interacción suelo-agua.
De manera general el artículo trata sobre cuáles son los
agentes que afectan tanto física como químicamente en la
2 Gabriel Montúfar: Origen, Formación y Mineralogía de los Suelos
evolución del suelo, se analizan sus propiedades de manera
individual y colectiva además de sus características geoló-
gicas. Es importante entender los mecanismos de formación
de los minerales y mo su estructura atómica altera sus
propiedades. Se abordará la teoría de la doble capa difusa,
que explica mo se da la interacción química entre el agua y
el suelo. Para conocer cómo se formó el suelo y sus propie-
dades es necesario tomar en cuenta los procesos de erosión,
transporte y deposición. Por último, se analizará cómo se da
la transformación de mineral arcilloso en roca y suelo a
través de un conjunto de procesos conocido como diagéne-
sis.
Estructura:
Comportamiento, Geología y Formación de los Suelos
Evolución de los Minerales Arcillosos
Estructura y Tipos de Enlaces Atómicos de los Mine-
rales
Interacción Química Agua-Suelo Teoría de la Doble
Capa Difusa
Erosión, Transporte y Deposición
Cambios Post Deposicionales en Sedimentos: Diagé-
nesis
2. Cuerpo Principal
2.1. Comportamiento, Geología y Formación de
Los Suelos
2.1.1 Comportamiento
Para analizar cómo actúa el suelo es necesario analizarlo
individual y colectivamente, características primordiales de
manera individual son la forma y el tamaño, y si nos refe-
rimos específicamente a las arcillas sería la composición
mineralógica. De manera colectiva el conjunto de partículas
presenta características principales como la densidad relativa
si se trata de un suelo no cohesivo y la consistencia si es
cohesivo.
El origen de los suelos debido a meteorización físi-
co-química de las rocas puede ser residual o transportado, un
suelo residual es aquel material proveniente de la roca que no
ha sido transportado desde su ubicación inicial y conserva
los planos de debilidad de la roca dentro de delimitadas
profundidades [5], un suelo se considera transportado si es
producto de la acción de factores de transporte que operan
sobre la roca o el suelo original entre estos tenemos volcanes,
ríos, viento y los glaciares, produciendo depósitos eólicos,
aluviales y glaciares. Los suelos también pueden originarse
mediante la descomposición de materia orgánica, estos son
creados en sitio debido a la agrupación de esqueletos sólidos
o trozos de animales.
2.1.2 Geología
Geológicamente la tierra se divide en corteza, manto
(superior e inferior), núcleo (interno y externo) y su radio
aproximado medido en el ecuador es de 6400 km. Una pro-
piedad geológica importante es el gradiente geotérmico, que
se define como el incremento de la temperatura con la pro-
fundidad [6]. Entre más grande sea el gradiente geotérmico
el magma incrementará su velocidad de solidificación y
producirá diminutas estructuras cristalinas debido a la falta
de tiempo para que reaccionen los átomos. La tierra está
compuesta por distintos elementos entre ellos los más
abundantes son el oxígeno, silicio, aluminio y hierro “Figura
1”.
Figura 1. Composición de la tierra
Fuente: Mitchell and Soga (2005)
El ciclo geológico es un proceso continuo de transforma-
ción que comenzó hace miles de millones de años y consiste
en cuatro fases que son remoción, deposición, formación de
sedimentos y movimientos de la corteza “Figura 2” [1]
Figura 2. Ciclo geológico simplificado
Fuente: Mitchell and Soga (2005)
2.1.3 Formación
Es importante mencionar que las rocas al igual que los
suelos están formados por unidades cristalinas pequeñas
conocidas como minerales. Un mineral con estructura com-
plicada de romper forma un suelo de grano grueso (estable)
pero otro mineral con estructura fácil de romper forma sue-
los de grano fino (más inestables).
Entre los principales factores que influyen en la forma-
ción de los suelos están:
-La materia que dio origen al suelo ya sea roca ígnea, se-
dimentaria o metamórfica.
-El agua que produce reacciones físico-químicas e induce
el proceso de hidrólisis y carbonatación.
-El relieve ya que el agua también actúa sobre la topo-
grafía de la región
-El clima porque determina el color del suelo.
-La temperatura debido a que la relación entre la canti-
dad de arcilla en un suelo y la temperatura es directamente
proporcional.
-El ser humano ya que construye y altera las condiciones
naturales.
Los principales agentes que actúan sobre la formación de
los suelos están divididos en dos grupos:
-Alteraciones físicas que producen la descomposición de
las partículas sin cambiar su composición original, por
ejemplo: erosión, exfoliación y alivio de cargas.
-Alteraciones químicas que producen la disminución de
tamaño de las partículas y el cambio químico de la roca
paterna, por ejemplo: oxidación e intercambio catiónico.
2.2. Evolución de los Minerales Arcillosos
Entre los procesos de formación de los minerales arci-
llosos por medio de meteorización tenemos a la herencia, en
esta el mineral se creó por reacciones en alguna etapa del
ciclo geológico y fue lo bastante estable como para conser-
var sus características iniciales. Otro proceso es la Neo
-formación, en esta el mineral se formó gracias a reacciones
entre otros minerales mediante solución o meteorización
química y el último mecanismo de formación es la trans-
formación, en esta el mineral se originó por medio de reac-
ciones, pero conserva algunas propiedades iniciales.
La composición mineralógica del suelo es fundamental
ya que establece la forma, tamaño y propiedades de las par-
tículas. Los minerales se pueden clasificar en primarios y
secundarios, se consideran primarios si conservan su es-
tructura cristalina auténtica y son secundarios si se originan
por medio de cambios entre minerales paternos [1].
2.3. Estructura y Tipos de Enlaces Atómicos de
los Minerales
Es importante mencionar que la estructura elemental de
gran parte de minerales son Tetraedro de Oxigeno-Sílica y
Octaedro de Alumina-Hidroxilos “Figura 3”.
Figura 3. Estructura básica de la mayoría de los minerales.
Fuente: Facultad de Agronomía -UBA Lic. Silvana Torri (2015)
Los silicatos están formados por dos elementos silicio Si
y oxígeno O, junto con otros elementos como aluminio Al,
hierro Fe y magnesio Mg. Los silicatos son la base de varios
minerales formados por un átomo de silicio tetraédricamen-
te dispuesto a cuatro átomos de oxígeno produciendo el
anión SiO44-.
Las arcillas se forman a partir de meteorización de fel-
depastos, micas y piroxenos, además se construyen a partir
de láminas de tetraedro de sílice integrando una red hexa-
gonal [7].
La estructura atómica de los minerales se forma a partir
de enlaces primarios y secundarios, los enlaces primarios
son los covalentes, nicos y metálicos. Los enlaces cova-
lentes se dan cuando dos o más átomos intercambian elec-
trones de su último nivel orbital para lograr la estabilidad,
los enlaces iónicos se originan por la atracción electrostática
generada por iones con cargas eléctricamente opuestas y los
enlaces metálicos son aquellos que se producen por atrac-
ción electrostática entre electrones y cationes localizados en
metales y que son libres de desplazarse. Entre los enlaces
secundarios tenemos a los enlaces de hidrógeno producto de
la atracción del extremo positivo de un dipolo con el extre-
mo negativo de una molécula cercana, los enlaces de pota-
sio son de tipo químico y se dan por la unión de láminas
tetraédricas continuas de minerales arcillosos ya que el po-
tasio K encaja en el hexágono disponible. Un tipo de enlace
secundario débil es la Fuerza de Van Der Walls, este se
forma por atracción y repulsión de dipolos inducidos o mo-
léculas.
Estructura de algunos minerales arcillosos:
Caolinita: forma laminar de mayor espesor, consiste en
capas continuas de láminas elementales de Sílice Gibbsita.
Configuración 1:1 y separación basal de 7.2 Å es la uni-
dad de medida equivalente a la millonésima parte de un
milímetro) “Figura 4”.
4 Gabriel Montúfar: Origen, Formación y Mineralogía de los Suelos
Figura 4. Formación de minerales Caolinita
Fuente: Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Origen y Formación de los
Suelos.
Illita: forma laminar, constituida por una lámina de
Gibbsita enlazada con dos láminas de Sílice. Configuración
2:1 y separación basal de 10 Å “Figura 5”.
Figura 5. Formación de minerales Illita
Fuente: Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Origen y Formación de los
Suelos.
Montmorillonita (smectita): forma laminar, tubular,
alargadas, constituida de una lámina de Gibbsita enlazadas
con dos láminas de Sílice. Configuración 2:1 y separación
basal de 9.6 Å “Figura 6”.
Figura 6. Formación de minerales Montmorillonita
Fuente: Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Origen y Formación de los
Suelos.
2.4. Interacción Química Agua-Suelo Teoría de
la Doble Capa Difusa
Para la ingeniería el agua se clasifica en intersticial (agua
de poros) y agua absorbida, el agua intersticial es aquella
que no se afecta por las interacciones inter-particulares,
mientras que el agua absorbida es la que es afectada por
este tipo de interacciones.
La teoría de la doble capa difusa (iónica) se refiera a la
interfase sólido-líquido y menciona una primera capa donde
se encuentra la carga en la superficie de la arcilla y una se-
gunda capa que corresponde a la capa difusa de iones adya-
centes a la superficie de arcilla que neutraliza sus cargas
negativas.
Entre las fuerzas que actúan sobre la doble campa difusa
tenemos la fuerza de atracción electrostática que es inver-
samente proporcional al cuadrado de la distancia entre la
arcilla y los cationes, la fuerza de repulsión electrostática y
la fuerza de difusión que es la que iguala la concentración
en todos los puntos.
Existen varios modelos de la capa difusa entre estos el
modelo de Helmholtz (1879), el de Gouy-Chapman
(1910-1913 y el de Stern (1924).
-Modelo de Helmholtz: una capa de cargas en una super-
ficie sólida y una capa rígida de iones de carga opuesta en la
solución.
-Modelo de Gouy-Chapman: una capa de cargas en una
superficie sólida y una capa difusa de iones con distribución
estadística en la solución.
-Modelo de Stern: una capa de cargas en la superficie só-
lida y otra capa de contraiones formada por una subcapa de
contraiones absorbida en forma rígida y una subcapa difusa
de iones en solución [8].
Figura 7. Doble Capa Difusa
Fuente: Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Origen y Formación de los
Suelos.
2.5. Erosión, Transporte y Deposición
La erosión es el desgaste que ocasionado en la superficie
de un cuerpo objeto de agentes externos (como el viento o
el agua) o por la fricción continua de otros cuerpos. El
transporte es el desplazamiento de los materiales erosiona-
dos en lugar específico para su posterior sedimentación en
otro material diferente. La sedimentación es el último pro-
ceso de la morfogénesis y se basa en la acumulación de
materiales luego de haber sido erosionados y transportados.
La erosión consiste en la eliminación física o química de
suelos, aluviones, coluviones, sedimentos o materiales no
consolidados. Se diferencia de la meteorización porque esta
es estática, es decir la erosión implica un transporte.
La erosión del suelo la provocan principalmente factores
como las corrientes de agua y de aire, en particular en te-
rrenos secos y sin vegetación, además el hielo entre otros.
La erosión del suelo reduce su fertilidad porque provoca la
pérdida de minerales y materia orgánica “Figura 8”.
Figura 8. Comparación de las curvas de erosión y transporte para aire y
flujo de agua. El aire es un agente erosivo un poco más efectivo que las
corrientes de agua para las partículas muy pequeñas, pero es inefectivo
para las partículas más grandes que las arenas.
Fuente: Mitchell and Soga (2005)
Si el transporte de sedimentos se da por agua puede
afectar el tamaño de los sedimentos reduciéndolo por solu-
ción, por abrasión en carga suspendida y por alguna abra-
sión e impacto en carga de tracción. Otro efecto del agua es
sobre la forma y redondez ya que ocasiona el redondeo de
las arenas y gravas, y sobre la textura de la superficie el
agua suaviza y pule las arenas y no tiene mucho efecto so-
bre el limo. El transporte de sedimentos por aire también
causa una reducción considerable de tamaño de partículas,
gran grado de redondez y una superficie escarchada. El
transporte por medio de hielo (glaciares) genera un impacto
y pulverización considerable, formas angulares y superfi-
cies dañadas. Si el transporte se da por gravedad entonces
el efecto sobre el tamaño es considerable, la forma que le da
a las partículas de sedimentos es angular y no esférica,
además produce una superficie dañada. [4]
La sedimentación consiste en el agrupar materiales erosio-
nados y transportados. Las propiedades de los depósitos
dependen del origen del agente de transporte. Por ejemplo,
si es a través de los ríos, mares o viento el material se depo-
sita cuando el desplazamiento en el medio disminuye por
debajo de la velocidad de deposición de la carga. En el caso
del hielo la deposición se origina cuando encuentra un obs-
táculo o cuando la masa de hielo alcanza su máxima exten-
sión [9].
2.6. Cambios Post deposicionales de Sedimentos: Diagé-
nesis
La diagénesis es una variedad de procesos que llevan a los
sedimentos a formar roca sedimentaria. De acuerdo con el
tipo de sedimento pueden formarse rocas detríticas, es decir
aquellas originadas de acumulación de fragmentos de rocas
meteorizadas y erosionadas o pueden formarse rocas no
detríticas es decir a partir de sustancias disueltas en agua y
constituidas por restos de organismos [10].
Posiblemente hay 3 requisitos que se deben cumplir para
que la diagénesis en un mineral arcilloso se dé, el primer
requisito es que haya suficientes elementos como potasio,
magnesio, aluminio y silicio. Esto se puede comprobar en
Arizona específicamente en Blue Mesa donde la Illita azul
“Figura 9solamente se foren los lugares done el pota-
sio estaba disponible.
Figura 9. Mineral arcilloso conocido como Illita azul.
Fuente: Athinarom.gr, 2017
El segundo requisito es que el ion que se combine debe
estar acompañado de energía de suficiente intensidad para
activar la reacción. La energía podría ser química (enlace
atómico fuerte), mecánica (alta presión) o térmica (alta
temperatura). El tercer requisito sería el tiempo geológico,
el paso de un largo periodo de tiempo puede que no sea
necesario siempre, pero hay ocasiones en que es una carac-
terística de ciertos sistemas geológicos y podría ser un re-
querimiento especial en ciertos casos [3].
Las arcillas depositadas en un ambiente sedimentario
como lo sería una cuenca son enterradas, calentadas y gra-
dualmente ingresan en el ambiente diagenético. Una reac-
ción importante que ocurre en las lutitas formadas a partir
de lodos que originalmente contenían Montmorillonita es la
conversión gradual de Montmorillonita en capas mixtas de
Illita- Montmorillonita con incremento en profundidad de
entierro y temperatura. Según Perry y Hower (1970) un
ejemplo sería en la costa del golfo en Estados Unidos
cuando la temperatura alcanza los 60ºC [2]. Según Hower
generalmente la reacción es
K-Feldepastos + Montmorillonita I-S + Cloro + Cuarzo (1)
3. Conclusiones
El origen de los suelos son las rocas y su formación es
producto de procesos en los que el material que los conforma
se transforma, es decir la meteorización. En la meteorización
6 Gabriel Montúfar: Origen, Formación y Mineralogía de los Suelos
la roca sufre desintegración y descomposición producto de
factores como el agua, el clima, el aire o el tiempo. Los
minerales son sustancias naturales, sólidos e inorgánicos que
poseen una estructura cristalina y que se forman como re-
sultado de procesos geológicos. Los minerales arcillosos son
muy abundantes y forman la matriz general del suelo, estos
minerales pueden ser muy variados, por ejemplo: la Illita,
Caolinita y Montmorillonita, cada uno se forma en condi-
ciones climáticas específicas y por sus características le dan
al suelo propiedades mecánicas distintas.
Para explicar la interacción agua-suelo surgió la teoría de
la doble capa difusa, el termino doble capa difusa describe la
superficie de la partícula cargada negativamente y la capa
dispersa de cationes, las características de esta capa son que
es una capa delgada de agua fuertemente enlazada y viscosa,
además la cantidad de cationes es inversamente proporcional
a la distancia entre los cationes y la partícula de arcilla.
Los procesos sedimentarios son aquellos que producen,
mueven, depositan y acumulan sedimentos y que intervienen
en la formación de las rocas sedimentarias. Forman parte del
ciclo sedimentario y ocurren sobre la superficie terrestre o a
poca profundidad bajo la superficie terrestre.
La diagénesis son procesos que alteran a un sedimento
cuando está sobre o cerca de la superficie terrestre. Las al-
teraciones como resultado de los movimientos de la Tierra y
del aumento de la presión, son de carácter metamórfico; sin
embargo, los cambios diagenéticos pasan paulatinamente a
ser metamórficos.
REFERENCIAS
[1] Barrios, Deeyvid Oscar Sáez. 2017. Origen y Formación
De Los Suelos. Mineralogía De Los Suelos. Panamá,
2017.
[2] Clay Mineral Formation and Transformation in Rocks
and Soils Eberl, D.D. 1984. Denver Colorado: Phil.
Trans. R. Soc. Lond, 1984. 80225.
[3] Diagenesis in Clay Minerals --- a Review. Keller, W. D.
Missoury, Columbia
[4] Soga, Mitchell and. 2005. Soil Formation. [aut. libro]
John Wiley & Sons. 2005.
[5] Beatriz, Cabrera Rivera y Tamara. Características geo-
técnicas de los suelos residuales del batolito de la Cor-
dillera de la Costa. Tesis Pregrado. 2007.
[6] Diccionario de Ciencias de la Tierra. España: Complu-
tense, 2000.
[7] Torri, Silvana. slideshare.net. [En línea] 10 de marzo de
2015. [Citado el: 11 de septiembre de 2017.]
https://es.slideshare.net/Shvana/unidad-1a-45676959.
[8] Jorge, Nelly Lidia. slideplayer.es. [En línea] 2016. [Ci-
tado el: 9 de septiembre de 2017.]
http://slideplayer.es/slide/10258333/.
[9] Erosión, Transporte y Sedimentación. María, Blog de.
2011.
[10] Hernández, Alberto. slideshare.net. [En línea] 24 de
julio de 2010. [Citado el: 12 de septiembre de 2017.]
https://es.slideshare.net/Alberkar/los-procesos-geolgic
os-externos-y-el-reliieve-2008-9.

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Montúfar Gabriel. (2017, septiembre 19). Origen, formación y Mineralogía de los Suelos. Recuperado de https://www.gestiopolis.com/origen-formacion-mineralogia-los-suelos/
Montúfar, Gabriel. "Origen, formación y Mineralogía de los Suelos". GestioPolis. 19 septiembre 2017. Web. <https://www.gestiopolis.com/origen-formacion-mineralogia-los-suelos/>.
Montúfar, Gabriel. "Origen, formación y Mineralogía de los Suelos". GestioPolis. septiembre 19, 2017. Consultado el 15 de Diciembre de 2018. https://www.gestiopolis.com/origen-formacion-mineralogia-los-suelos/.
Montúfar, Gabriel. Origen, formación y Mineralogía de los Suelos [en línea]. <https://www.gestiopolis.com/origen-formacion-mineralogia-los-suelos/> [Citado el 15 de Diciembre de 2018].
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