Geología General y Estructural

Procesos Exógenos

Javier Bahamonde

PROCESOS EXÓGENOS

Los procesos exógenos, son aquellos que ocurren en superficie a 1 atm y 24 oC y tienen la secuencia:

Meteorización

Erosión

Transporte

Depositación La meteorización corresponde a las transformaciones en superficie de las rocas que están fuera de su estado de equilibrio, es decir, en condiciones distintas, a las de su formación. Por ello, éstas buscarán volver a ese equilibrio. El retorno al equilibrio se produce mediante reacciones, donde las condiciones de equilibrio cambian las constante de equilibrio cuando cambian las condiciones del ambiente donde se encuentra la roca. Esta vuelta al equilibrio es la meteorización, la roca se adapta al ambiente y pasa a fases estables en superficie, mediante reacciones. Es decir, la roca va a cambiar sus características para equilibrarse a un nuevo estado cambiando sus minerales o fracturándose. La meteorización puede ser física o química. La meteorización física es la que tiene que ver con la

fragmentación de la roca en superficie, por lo general en condiciones de presión de confinamiento, que aumenta la superficie de contacto de los minerales de la roca con el ambiente, el agua que se congela durante la noche entre fracturas, una intrusión de sal, o incluso la penetración de una raíz en una

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fractura puede aumentar la superficie de fracturamiento. El aumento de la superficie es una función geométrica. Una fractura por metro es lo más general en las rocas, un conjunto de fracturas va aumentar la superficie. Si llevamos la fractura por metro a fractura por medio metro se produce el aumento de la superficie al doble y así cada vez al disminuir el tamaño de grano, es decir una fractura por menos metros cada vez aumentará la superficie de contacto entre el ambiente y los componentes de la roca.

En general, en las rocas en minería se encuentra una fractura por metro, en los botaderos son partículas de 10 cm de diámetro o de arista y el relave llega a los 0,1 mm, el aumento de la superficie se puede calcular. Los botaderos generan un aumento de 104 de la superficie original y en los relaves llega a 106 o 107. Meteorización química

En superficie se producen las reacciones, hidrólisis, oxidación, carbonitización, estas reacciones son las que buscan el equilibrio. Los silicatos por hidrólisis se transforman a arcilla, siendo el más lento la ortoclasa, el único que no pasa a formar arcilla es el cuarzo. Los minerales félsicos como los ferromagnesianos, se transforman en arcilla, en el caso de los ferromagnesianos, dejan soluble el magnesio y el hierro, éste puede precipitar. Todos los minerales se transforman a nuevas fases minerales estables en superficie, arcilla, óxidos aluminio, óxidos de hierro, por estas reacciones. La transformación de los minerales a estas nuevas fases de menor energía hace que se pierda la cohesión, por lo que la roca se transforma en suelo. Arcillas, óxidos de aluminio, de hierro, sales, y granos de cuarzo, que son refractarios (no se transforman), principalmente arcillas, cuarzo, óxidos de hierro, algo de muscovita o feldespato potásico quizás, y materia carbonosa, estos le dan el color al suelo. El oxido de hierro le da el color marrón. Los minerales que se transforman más rápido son los carbonatos, sulfatos, etc. que se forman en un ambiente reductor y pasan a superficie donde cambia a un ambiente oxidante, y se produce la transformación.

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Todos los sulfuros producen acido sulfúrico al oxidarse, que es un acido más fuerte que el carbónico, que siempre está presente. El acido carbónico produce la disolución de los carbonatos, que produce cavernas características de ese tipo de rocas. La oxidación de pirita produce acido sulfúrico, aumenta la hidrólisis. Los yacimientos metálicos tienen gran cantidad de pirita, incluso más allá de la zonas alteradas de mineralización. La disolución producida de los metales pesados por la acción de los ácidos, va a parar al agua y pasa a los ríos, etc. lo que obviamente produce contaminación. En resumen, tenemos tres reacciones, hidrolisis, carbonitización, oxidación, y una cuarta donde la materia orgánica se transforma en carbón. Todo esto lleva a las fases minerales, óxidos-hidróxidos de aluminio (bauxitas), óxidos-hidróxidos de hierro (limonitas).

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Al perder la cohesión las rocas, entonces están expuestas a los agentes de erosión. Loa agentes de erosión son:

- Gravedad - Agua - Hielo: es el más poderoso de los agentes erosivos. - Viento: es el más débil.

Estos al disminuir la cohesión de las rocas estos agentes se transforman en agentes de transporte, de posiciones de energía potencial alta en altura hacia cuencas donde se depositan los sedimentos. Solo consideramos la formación de sedimentos y su depositación, ya que estos procesos son los que ocurren en superficie, no se considera la compactación y cementación. En las cuencas se produce la precipitación de sedimentos (sedimentos químicos), y lo que no se disuelve se transforma a arcilla. Lo que se puede encontrar en los sedimentos son cuarzo, muscovita y feldespatos potásicos, los otros minerales es imposible encontrarlos en los sedimentos. La mayoría de las rocas sedimentarias son las lutitas que en su mayoría son arcillas. El suelo es la transformación de la roca (todo tipo de roca) sin considerar transporte.

El suelo tiene distintos horizontes. Horizonte D: aquí se encuentra la roca madre, desde la cual proviene el suelo. Roca fracturada. Horizonte C: son fragmentos de la roca madre en proceso de transformación. Horizonte B: aquí encontramos la depositación de tanto elementos que llegan desde el horizonte C y del A. Horizonte A: zona de lixiviación, el agua cae y disuelve, y lleva las sales disueltas hacia el horizonte B. El horizonte A y B tienen arcillas lavadas y cuarzo generalmente. En C ya hay fragmentos de roca más grandes.

La profundidad de suelo, depende del clima y del relieve, principalmente del relieve. Los relieves abruptos generan suelos delgados por el hecho de que la perdida de cohesión facilita la acción de la gravedad como agente de transporte, a su vez, los relieves planos generan suelos más profundos. En cuanto a clima, los climas áridos generan por lo general solo fragmentación por la inexistencia de fluidos que produzcan alguna reacción química, por el contrario, en climas húmedos se produce meteorización química por la presencia de agua que es el agente de transformación más importante, en ambos casos con las mismas columnas estratigráficas.

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Por ejemplo, en climas desérticos las calizas forman acantilados, en climas húmedos las calizas se disuelven y se generan cuevas que colapsan.

La figura muestra tipos de suelo en los Estados Unidos. Los suelos pedocales, pedalferes y lateríticos. Los suelos lateríticos se generan en zonas de alta precipitación y temperaturas moderadas a altas, lo que permite que se produzca meteorización química por lo que el horizonte B es muy desarrollado. A su vez en el Oeste de Estados Unidos (desierto de Arizona), el horizonte A y B casi no existen, se desarrolla fundamentalmente el horizonte C, porque no hay agua, no se generan, reacciones químicas. Hacia el centro aumenta el horizonte A crece .El horizonte B contiene altas cantidades de potasio y sodio, lo que permite el crecimiento de plantas. Uno de los materiales que más rápido se transforma es el vidrio volcánico, lo que produce suelo enriquecidos para la agricultura lo que se produce aquí en Chile, en el Valle Central. Los suelos lateríticos se producen en climas tropicales, donde llegan a los 5-6 metros de espesor, el desarrollo del horizonte B es muy grande. En Cuba también existe este tipo de suelo, pero ahora la roca madre es serpentina, rocas alteradas que proviene de las dunitas (90 % olivino forsteritico, 10 % espinela). La serpentina es un filosilicato de magnesio y el olivino forsterítico es un nesosilicato magnésico. Los olivinos magnésicos, pueden contener porcentajes de magnesio con níquel y cromo, estos se disuelven y precipitan y forman las concreciones ricas en óxidos fierro-manganeso, con cantidades importantes de níquel y cromo, por lo que estos suelos se explotan por níquel y cromo. En Cuba, hay afloramientos de roca oceánica. Si en vez de tener dunitas se tiene granito, se forma concreciones ricas en aluminio, hay bauxitas que son óxidos-hidróxidos de aluminio. Éstos se encuentran en el horizonte B. Los suelos

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lateríticos y las bauxitas se explotan. Estos yacimientos se encuentran en zonas tropicales como Surinam, norte de Brasil y Venezuela.

La pérdida de cohesión genera la remoción en masa, es lo primero que ocurre al perderse cohesión y esta remoción es ayudada por el ciclo hidrológico, que va a mover los productos de la meteorización.

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Ciclo Hidrológico.

La evaporación se produce principalmente en el océano, donde están los 2/3 del planeta está cubierta de agua. Esta condensa, forma nubes, la mayor parte de las precipitación caen en el océano, lo otro cae como lluvia o nieve en el continente, estas se trasladan desde las cumbres hacia las cuencas, de vuelta al océano, y se vuelve evaporar. Todo esto ha sucedido desde 4600 millones de años hacia atrás. Y todo esto produce erosión transporte y sedimentación cuando hay relieves positivos.

Las escorrentías son las que ayudan este proceso desde lugares altos a cuencas, hay escorrentía superficial ríos lagos o subterránea. El 97% del agua está en el océano, el 2,1% en los hielos, 0,65% son aguas subterráneas, un 0,01% está en los ríos. El resto está contenido en las plantas, animales, etc.

Escorrentía superficial y subterránea. Las aguas subterráneas, su ambiente se divide en dos zonas:

Zona de Aireación: la lluvia percola a través de esta zona, aquí los poros están llenos de aire.

Zona de Saturación o Acumulación: aquí los poros están llenos de agua. El límite entre estas dos zonas es el Nivel Freático. El llenado de la zona permeable tiene fondo donde la presión de confinamiento cierra el fracturamiento o donde hay afloramiento de roca.

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Un acuífero es un material permeable capaz de conducir agua, y el agua al igual que en superficie, va hacia zonas más bajas, la velocidad de escorrentía es más baja que en ríos ya que hay roce continuo. Entonces tenemos agua retenida por el suelo, después la zona de aireación (ambiente oxidante), luego la zona saturada. Y esa es la zona de aguas subterráneas. La recarga de las aguas subterráneas está determinada por el clima. El gráfico muestra la profundidad de agua de un pozo en una región de Estados Unidos. El nivel freático cambia con las condiciones climáticas por lo que la profundidad de agua también. Caso de Santiago y Chile en general. La urbanización no permite la recarga de aguas subterráneas, por lo que los pozos se encuentran cada vez más bajos, hasta que llegan y quedan colgados o secos, hay una sobre explotación de los pozos, el nivel freático baja a medida. Acuíferos y Acuicluidos Los Acuíferos son materiales que permiten el tránsito de agua y los acuicluidos son materiales que absorben agua se saturan y la retienen. Las arcillas son higroscópicas son acuicluidos. Hay una recarga por lluvia, se produce saturación, el agua escurre en los materiales permeables, estos son los suelos los sedimentos y las rocas fracturadas.

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El ejemplo muestra sedimentos con un lente de arcilla, donde se produce un nivel freático

colgado. Las presiones y los flujos de agua se calculan a través de la ley de Darcy que tiene que ver con las energías potenciales de dos puntos (P1y P2), muestra la trayectoria del flujo. Cuando adquiere temperatura permite que aflore.

El encuentro del nivel freático con la topografía produce la escorrentía superficial, el nivel de un lago o rio nos puede mostrar el nivel de aguas subterráneas, todo en base al nivel freático. El Mapocho tiene como material de cauce gravas, el nivel de aguas subterráneas es mucho mayor que el nivel superficial.