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La meteorización es el proceso de transformaciones físicas
y químicas de las rocas parentales y minerales primarios que generan
los minerales secundarios, como las arcillas que forman el suelo.
La meteorización involucra un conjunto de reacciones químicas
en las que los productos sirven de reactivos para síntesis subsiguientes.
Si el proceso de la meteorización ocurre en la superficie del suelo
se llama meteorización edafoquímica y si ocurre en capas
más profundas como el horizonte C o más se llama meteorización
geoquímica.
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La meteorización
física se genera por los cambios grandes de temperatura, al efecto
del agua al congelarse y fundirse y al formar soluciones y sales, al viento
que mueve las partículas y a las raíces que fracturan a las
rocas.
La esquistocidad es un cambio físico que consiste en la separación en capas casi paralelas de rocas metamórficas, por ejemplo, los diferentes esquistos (filitas) y el gneis. |
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La meteorización geoquímica es producida por reacciones químicas de oxidación y reducción, por procesos de solubilidad, de hidratación, de hidrólisis y por descomposición y síntesis de diversos compuestos.
La hidratación del sulfato de calcio o anhidrita se hidrata formando el sulfato de calcio dihidratado o yeso que es más estable que la anhidrita y se representa con la ecuación química:
CaSO4 + 2H2O -----> CaSO4+ 2H2O
La hidrólisis
de la ortoclasa produce ácido metasilícico que como no es
estable se descompondrá formando minerales secundarios de acuerdo
al medio en que se encuentre, se representa con la ecuación química:
KAlSi3O8 + H2O -->
HAlSi3O8 + K+ + OH -
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la mayoría de los suelos presentan un ambiente oxidante las reacciones
químicas más comunes en la meteorización edafoquímica
son las de oxidación que afectan a los minerales primarios y liberan
elementos químicos que pueden absorbidos por las plantas o ser arrastrados
por lixiviación.
En la formación de un mineral secundario hay pérdida de cationes como ocurre en las micas que pierden potasio, por ejemplo, la ortoclasa al formar el mineral secundario caolinita (aluminosilicato laminar), se representa mediante la ecuación química: |
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KAlSi3O8 + 11H2O -----> Al2Si2O5 (OH)4 + 4H4SiO4 + 2KOH
La formación
del silicato de calcio o wollastonita se forma a partir del cuarzo y la
calcita liberando dióxido de carbono y se representa mediante la
ecuación química:
SiO2
+ CaCO3 -----> CaSiO3 + CO2
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Para
comprender las reacciones químicas que ocurren en el suelo es importante
recordar que se aplica el principio de Le Chatelier y que, generalmente,
las reacciones químicas duplican su velocidad por cada incremento
de temperatura de 100 ºC. Además que los cationes como Fe(II)
y Mn(II) en condiciones reductoras y pH del ambiente bajo, tienen su estado
de solubilidad máxima.
Proceso de intemperismo
El intemperismo es el proceso de transformación química de las rocas en suelo por eso se dice que la formación de suelo es sinónimo de intemperismo. El intemperismo en las rocas ígneas y metamórficas cambia los sólidos densos en materiales suaves y porosos que forman partículas que difieren en composición química y estructura a los minerales originales. El intemperismo provoca cambios menos intensos en las rocas sedimentarias.
Cuando las rocas quedan expuestas en la superficie terrestre las condiciones físicas de erosión, congelamiento y fusión del agua, calentamiento y enfriamiento disgregan lentamente las rocas pero el cambio más grande lo provocan los cambios químicos por la acción del agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y compuestos orgánicos.
La descomposición de los minerales del suelo se debe a la tendencia de los iones a disolverse en agua, luego algunos de los iones se combinan para formar nuevos compuestos sólidos que son estables en las condiciones de la superficie terrestre. Como la composición de la solución de suelo puede cambiar después de cierto tiempo y provocar que los nuevos minerales del suelo se disuelvan y puedan formar otros compuestos. Los cambios químicos se suceden de manera continua hasta formar compuestos de mayor estabilidad. Cuando la disolución del mineral es completa sin que exista precipitación posterior se le llama disolución congruente y cuando ocurre precipitación se le llama disolución incongruente. Los iones que forman enlaces químicos débiles con otros iones tienden a permanecer en solución, mientras que los iones que se enlazan fuertemente con otros tienden a precipitar.
Los iones que permanecen en el suelo se consideran resistentes al intemperismo y los iones que tienden a formar solución de suelo se consideran intemperizables y son lixiviados fácilmente de los suelos.
Como ejemplo de intemperismo, se tiene el caso de una roca ígnea como el feldespato albita que al caerle agua sobre la superficie a temperatura y presión ambientes se disuelve, y ocurren los procesos representados por las ecuaciones químicas siguientes:
Na Al Si3 O8 + 4 H2O + 4 H+ <==> 3 Si(OH)4 + Na+ + Al3+
El ion
sodio permanece en solución y al aumentar la concentración
del Si(OH)4 y del Al3+ se forma la caolinita,
Al2Si2O5(OH)4 y a concentraciones
bajas la gibsita, Al(OH)3, según las ecuaciones químicas:
Al3+
+ Si(OH)4 + 1/2
H2O <=====> 3 H+ +
1/2 Al2Si2O5(OH)4
Al3 + + 3 H2O <==> 3H+ + Al(OH)3
El ion Na+ y el Si(OH)4 permanecen formando solución de suelo. Cuando una segunda capa de agua desplaza al Na+ y al Si(OH)4 en solución continúa el proceso de intemperismo.
El dióxido de carbono contenido en el aire de los poros del suelo reaccionan con el agua formando ácido carbónico que libera protones hidrógeno y iones bicarbonato favoreciendo la continuación del proceso de intemperismo. Se representa mediante la ecuación química:
CO2 + H2O <====>H2CO3 <===> H+ + HCO3-
También la caolinita puede formar gibsita de acuerdo a la ecuación química:
Al2Si2O5(OH)4
+ 5 H2O <=====> 2 Si(OH)4 +
2 Al(OH)3
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Con el ejemplo de la intemperización de la albita se puede observar que el intemperismo libera cationes alcalinos que no se pierden debido a que son intercambiados y retenidos, que libera sílice a la solución de suelo que puede ser lixiviado o puede formar minerales secundarios como caolinitas, esmectitas o cloritas que son comunes en los suelos y como la gibsita es insoluble se tiende a acumular el aluminio. El intemperismo produce inicialmente alcalinidad y luego acidez por lo que se puede formar un suelo de pH neutro y el suelo residual se vuelve rico en óxidos hidratados de aluminio y fierro. |
El intemperismo provoca una uniformidad química relativa entre la superficie de las partículas del suelo y las soluciones de iones del suelo lo que favorece el crecimiento óptimo de los cultivos y la conservación de la vida.
Los cationes de los metales alcalinos y alcalinotérreos (principalmente sodio, potasio, magnesio y calcio), haluros, sulfatos y sílice tienden a permanecer en solución. La capacidad del suelo para retener los cationes no es suficiente por lo que son arrastrados por lixiviación hasta el mar. El potasio, magnesio y silicio se mueven más despacio que el sodio, calcio o sulfatos. El fierro, manganeso, titanio y aluminio se precipitan y se acumulan en el suelo. Los cationes divalentes de los metales de transición como el cobre y el zinc se movilizan más fácilmente que los cationes trivalentes y tetravalentes.
En la primera etapa del intemperismo, los minerales de las rocas liberan calcio, magnesio, sodio y potasio en forma de óxidos. La mayoría de los cationes alcalinos y alcalinotérreos que quedan después de la intemperización se encuentran en los granos más grandes de mineral no intemperizado.
Partículas minerales secundarias cargadas negativamente retienen por adsorción las fracciones más pequeñas de calcio, magnesio, sodio y potasio y están sujetas a la lixiviación que ayuda a controlar el pH del suelo y a proporcionar a elementos esenciales a las plantas.