TEMA 5 - Interacció Aigua-Roca, Processos Geoquímics de Baixa Temperatura (2015)

Resumen Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Química - 1º curso
Asignatura Geoquímica
Año del apunte 2015
Páginas 4
Fecha de subida 04/05/2016
Descargas 30
Subido por

Vista previa del texto

Laura Moreno Gómez 1 1r Curs Grau Química, 2015 TEMA 5: INTERACCIÓ AIGUA-ROCA, PROCESSOS GEOQUÍMICS DE BAIXA Tª INTRODUCCIÓ - Composició aigües naturals→ depèn dels components (sòlid, líquid, gas) que entren en contacte amb el cicle hidrogeològic.
- Reaccions d’alteració superficial→ majoria de roques inestables amb l’aigua i altres agents atmosfèrics: - Absorció/Alliberament d’ions - Hidròlisi - Formació de sòls - Carbonatació - Reaccions de dissolució - Processos bioquímics - Transferència d’e- Etc - Aquests fenòmens, amb l’ajuda del transport→ soluts a l’aigua.
- Resum cicle d’alteració: La roca inicial es fracciona→ noves fases minerals i sol. + estables en condicions de la superfície.
- AIGUA: agent atmosfèric amb + poder. Provoca reaccions d’alteració i és el medi de transport dels soluts.
- Accelera les reaccions d’oxidació quan es troba amb contacte amb l’O2 de l’atmosfera.
- Amb CO2 dissolt, pH + àcid→ ↑ capacitat d’alteració (carbonats).
- Matèria orgànica→ agent reductor pels minerals oxidables. També, la seva descomposició genera àcids orgànics (actius sobre els ions metàl·lics).
- Microorganismes→ catalitzadors en les reaccions d’alteració i ajuden a sedimentar la matèria orgànica.
- Processos bioquímics a ↓Tª (tª ambient) → alteracions a les roques, perquè les condicions de creació i les de la superfície són molt ≠. [Roca inicial-------roca alterada-------solut].
- No podem accedir directament a la roca alterada perquè es troba a certa profunditat→ aquesta provoca nous minerals amb alteracions.
- Soluts→ alliberen la comp. que estava en la fase (s). Una forma de saber quins són és bombejar-los i portar-los a la superfície. Aquest compostos fan que l’aigua canviï de composició i podem esbrinar del tipus de roca alterada prové.
METEORITZACIÓ - Aproximació a l’equilibri d’un sistema format per roques, aire i aigua.
- Tipus: mecànica, química i bioquímica.
- El tipus dependrà de factors com la Tª i la disponibilitat d’aigua.
- Climes humits→ meteorització química - Climes freds→ meteorització física.
- Climes desèrtics→ escassa meteorització - Reaccions que es donen→ condicionen la composició de la roca i de l’aigua amb la que interacciona.
METEORITZACIÓ QUÍMICA - Canvi de composició de la roca, ≠ tipus: - Dissolució de minerals→ resultat a l’exposició d’aigua. Eficàcia del procés influenciada pel temps, el pH de l’aigua i la solubilitat dels minerals.
Sals i carbonats→ els + afectats.
Procés reversible, dissolucions→ donen lloc a dipòsits evaporítics) Els minerals + solubles no hi seran en fase (s). Trobem nitrats, carbonats, sulfats i borats.
- Carbonatació→ Reacció dels minerals amb H2CO3 (CO2 dissolt en H2O). Important en la meteorització dels carbonats. Àcid afavoreixen la dissolució d’alguns minerals.
Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015 - Hidròlisi→ Aigua actua com a reactiu i com a medi. H+ i OH- s’incorporen als nous minerals o soluts.
Olivina, es dissol totalment→ Mg2SiO4 + 4 H+ ↔ 2 Mg2+ + H4SiO4 Disponibilitat de H+ afavorida per la presència d’àcids.
L’olivina (Mg2SiO4 o Fe2SiO4) és un mineral formador de roques. Nesosilicat, no comparteix O. Es forma en profunditat i a la superfície pateix hidròlisi i queda en dissolució. El Mg 2+ queda en dissolució però l’ H4SiO4 a la llarga polimeritza i acaba originant un òxid de silici, tot i que això no passa de seguida per això ho deixem en forma d’àcid.
Compostos solubles i elements mòbils: Hidròlisi de feldspats→ procés de meteorització + comú, és lent i complicat. Resultat final: formació de minerals de les argiles i alliberament de cations i Si (en forma d’àcid silícic) al fluid que està en contacte amb la roca.
Feldspats són tectosilicats i tenen grau màxim de polimerització, comparteixen tots els O. Formats a l’escorça continental, tot i que no els trobem a la superfície.
La caulinita Al2Si2O5(OH)4 és un compost poc soluble, molt immòbil, és un silicat hidratat.
- Oxidació→ reaccions de pèrdua d’e- per part d’un àtom que dóna O formant òxids o OH (si s’incorpora H2O). De totes maneres, l’aigua és necessària per dissoldre O i accelerar el procés.
Oxidació de sulfurs (no estables) metàl·lics→sulfats, també molt habitual. Aquesta, produeix una certa acidesa.
Oxidació amb O atmosfèric és molt lenta, amb presència d’aigua és molt + ràpid.
Morfologia externa del minerals→ mostra l’ordenament intern, tot i que no sempre ve determinada per aquest ordenament, sinò per herència→ PSEUDOMORFS A vegades es produeixen pàtnies (recobriments d’alteració).
Òxids de ferro el procés d’oxidació no s’atura a la superfície, altres només s’oxiden superficialment.
- Reducció→Reaccions de guany d’e- per part d’un àtom, en cond. anaeròbies (p.e. sòls permanentment xops d’aigua i per tant pobres en O2). No es produeix en zones riques en oxigen, i per tant ha d’estar aïllat de l’atmosfera. Visualment ho veiem ja que les argiles es tornen pàl·lides.
- Hidratació→ Reaccions exotèrmiques que comporten la incorporació d’aigua a un mineral, en un estruc. cristal·lina. Provoca canvis en el volum i els torna més susceptible a les alteracions.
Susceptibles a alterar-se→ sulfats i argiles (fil·losilicats), xarxes 2D enllaços forts però entre làmines enllaços dèbils, on tenim grups OH.
METEORITZACIÓ BIOQUÍMICA Meteorització activada per organismes vius.
- Dissolució química→ Acció d’àcids orgànics i inorgànics provinents d’organismes vius.
- Quelació→ desaparició d’ions metàl·lics dels minerals per l’acció d’agents quelants d’origen orgànic, a causa de la formació de compostos organometàl·lics formant anells amb el centre metàl·lic immòbil (com el Fe o Al). Formen calats.
- Reducció bacteriana→ Pas de sulfats a sulfurs, quan els ions sulfat entren en contacte amb mat. org.
Present als sediments. És la biodegradació de mat. org. que allibera H+. La reacció d’oxidació pot formular-se com: [CH2O + H2O ↔ CO2 + 4 H+ + 4e-] Els e- obtinguts de l’oxidació→ reacció fermentació, reducció ferro, reducció sulfats o formació metà.
Organismes, també→ efecte biomecànic: disgregació (liquens i algues), perforacions (cucs), fracturació (arrels)...
Independenment del tipus de procés meteorític→ productes d’alteració similar (argiles, òxids, hidròxids de ferro i ions en dissolució).
2 Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015 Hi ha organismes que mengen el sediment i l’excreten, concentrant-hi la mat. org. Aquesta es biodegrada, el Fe que conté es va reduint formant una certa quantitat de sulfur de ferro (pirita).
IDENTIFICACIÓ DE LES REACCIONS D’ALTERACIÓ A PARTIR DE L’ANÀLISI DE FLUIDS - Reaccions silicats→argiles: produeixen ions en dissolució.
- L’anàlisi de les proporcions entre els anions de les aigües→ indica tipus de procés d’alteració o la comp.
de la roca que s’està alterant. Ex: en formació litològica, l’alteració de les plagiòclasis en caolinita no hi ha interferències d’altres fenòmens, podria identificar-se per les ↑[ ] de Cl- o SO42- i la relació Na/Ca de l’aigua serà molt propera a la de la roca.
- Si volem saber el tipus de roca mare a partir de les proporcions dels ions (només si no hi ha molta quantitat d’una espècie).Si a l’anàlisi de l’aigua hi ha [ ] importants de Cl - o SO42- pot indicar que hi ha altres processos que alteren la roca.
PROCÉS INVERS A LA METEORITZACIÓ: CIMENTACIÓ I DIAGÈNESI - METEORITZACIÓ: procés destructor de roques transformant-les en ciments i dissolucions.
- Cimentació i litificació→ processos inversos - Cimentació→ entre els grans d’un sediment, es produeix a partir reac. de precipitació que esdevenen a partir de dissolucions que impregnen els porus del sediment.
- Ciments + habituals formats per: Calcita (CaCO3), quars (SiO2) i òxids de ferro (hematites, Fe2O3). Altres són: dolomita, guix, halita, celestina, siderita, barita i goethita.
- Diagènesi→ inclou la cimentació i altres processos fisicoquímics que contribueixen a la transformació d’un sediment en una roca.
El + importants: compactació (o cimentació) i els mecanismes de pressió-dissolució (dissolució parcial de grans sedimentaris per efecte de la pressió).
ALTRES CONCEPTES LLIGATS A LA GEOQUÍMICA DE BAIXA TEMPERATURA INTERCANVI IÒNIC - Subtitució d’ions (gen. cations units a la superfície d’un complex de canvi) per ions presents en la dissolució.
- Processos importants quan es produeix un contacte nou fluid-roca, en equilibris amb contaminants atmosfèrics i en períodes curts de temps perquè a llarg termini les [ ] de cations intercanviables es troben en equilibri entre la dissolució i la roca.
- Altre situació de intercanvi iònic→ aportació d’ions per part de l’atmosfera i la situació no és estable.
P.e. pluja àcida, en la que H+ de l'atmosfera desplacen els cations intercanviables de la roca que van a parar a la solució del sòl. Reacció típica: 2 Na-X + Mg2+ ↔ MgX2 + 2 Na+ - En aigües naturals→ reacció desplaçada cap a la dreta.
- Aigües en contacte amb dipòsits evaporítics rics en Na→ reacció cap a l’esquerra.
- En aigües que reben Ca2+ a causa de dió. de carbonats→ s’activa indirec. ↑Mg2+→ reac. cap a la dreta.
- Ions de radi iònic gran i radi d’hidratació petit (regió hidrat. primària < regió hidrat. secundària) i els ions de valència gran→ tendeixen a ocupar els intersticis - Els ions petits de radi d’hidratació gran (ions creadors d’estructura)→ tendeixen a romandre a la solució.
DOLOMITITZACIÓ I DEDOLOMITITZACIÓ - Procés de transformació de roques calcàries→dolomites.
- Gen., acompanyat per un procés de recristal·lització a gran escala. Això és degut a l’acció d’aigües amb un contingut alt en Mg, però paradoxalment, en general, no s’observa dolomita en aigües marines.
- Requisits per a la formació de dolomita: - Relació Ca2+/Mg2+ baixa.
3 Laura Moreno Gómez 1r Curs Grau Química, 2015 - - - Relació Ca2+/CO2 baixa.
- ↑Temperatura.
- Salinitats ≠ de les de l'aigua marina (o més baixes o més altes).
Aigües marines→ NO dolomititzacions, ja que la taxa de precipitació és massa ↑ per generar CaMg(CO3)2 cristal·lí (dolomita). El Ca2+ té radi > radi Mg2+ i s’integra preferentment al sòlid mentre que el Mg2+ roman en solució i per la ↓activitat del CO32- , a l’aigua de mar hi predominen HCO3- i H2CO3.
A més→ reacció lenta per l’elevada estabilitat del Mg en dissolució i l’acció de l’ió sulfat que podria inhibir-ne la formació.
Condicions de PCO2 elevades→ formació de dolomita afavorida.
Desdolomitització→ procés invers i pot anar associada a processos de lixiviar de dolomites (causa de la gran estabilitat de Mg en dissolució) o a processos de metamorfisme a ↑Tª.
LATERITZACIÓ - Laterites→ s’originen en la formació de sòls com a conseqüència de processos d’alteració d’una gran varietat de roques en condicions de climes tropicals i humits.
- Mineralògicament→ formades per oxi-hidròxids de Fe i Al, cristalls de caolinita i de vegades quars.
- Les laterites no contenen mat. org. quasi i estan molt alterades.
- Són pobres en sals minerals i són explotables (podem extreure Fe o Al).
- Sovint, reaccions d’alteració química→ obtenim feldspats per hidròlisi. Acostumen a produir minerals hidratats de les argiles (caolinites) i paral·lelament la hidròlisi del Fe forma hematites (alliberant H+).
L’acidesa del medi pot accelerar les reaccions solubilitzant la caolinita.
- Climes temperats→ alteració pot aturar-se abans de la formació de caolibita donant lloc a argiles de tipus il·lita i esmectita.
- Climes càlids→s’assoleix la formació de caolinita.
- Climes tropicals→ es formen hidròxids d’Al (gibbsita). La biomineralització química en la expressió màx.
BIOMINERALITZACIÓ AUTIGÈNICA - Només una petita part de la biosfera→ passa a formar part de les roques sedimentàries. (la majoria es recicla en nova mat. org.).
- Mat. org. acumulada als estrats (petroli, carbó...) → 10.000 vegades > biomassa de la superfície.
- Més enllà de la conservació de a mat. org. com a tal en els nivells sedimentaris, és possible que el conservi la morfologia però la composició canvia totalment.
- Els fenòmens de fossilització permeten la conservació de les parts toves dels organismes.
- Descomposició de la mat. org. per agent bacteriològics→ afavoreix la conservació dels teixits orgànics tous mitjan+çant biomineralització d’aquests (gen. carbonats, pirita i fosfats).
- Autigènic→ es refereix al canvi de comp. del compost, però tindrà = morfologia que la mat. org. original.
- Els carbonats de la calcita→ predomina les biomineralitzacions carbonàtiques marines.
- Siderita (FeCO3)→ biomineralitzacions continentals. La mat. org. proveiria ions HCO3- que afavoreixen la precipitació dels carbonats.
- La piritizació de mat. org.→ molt + rara que la transformació de carbonats. La formació de pirita és deguda a bacteris sulfatoreductors, però limitada a la presència de Fe, S i C.
- Fossilització de parts toves amb fosfats→ en organismes que ja tenen certa proporció de fosfats (vertebrats i artròpodes). Requereix que [fosfats] > [bicarbonats], altrament es produeix precipitació de carbonats.
Conservació mat. org. silicificada→ no exactament procés de substitució-reproducció de la textura org., sinó una permineralització (precipitació als interticis de la mat. org.).
4 ...