Origen Suelos

7/24/2019 Origen Suelos

1/61

II ORIGEN Y FORMACION DE SUELOS

Pablo Meza ArsteguiDocente Responsable del Curso

Mecnica de SuelosFacultad de Geologa, Geofsica y Minas, UNSA

Arequipa, Setiembre - 2015

2.1: Generalidades2.2: Intemperismo Fsico

2.3: Intemperismo Qumico2.4: Biometeorizacion2.5: Factores que Controlan la Formacin de los Suelos2.6: El Suelo2.7: Forma de las Particulas2.8: Color del Suelo


2/61

2.1: Generalidades


3/61


4/61

Los suelos tiene su origen en los macizos rocosos preexistentes queconstituyen la roca madre y que son sometidos a la accin

disgregadora del intemperismo.

El Intemperismo, es el conjunto de procesos que ocasionan laalteracin, descomposicin, desgaste, desintegracin y destruccin delas rocas, como respuesta a su exposicin a los agentes atmosfricos ybiolgicos.

1. Puede ser fundamentalmente mecnico o fsico(desintegracin de laroca en trozos cada vez ms pequeos)

2. O dominantemente qumico (descomposicin de los componentes

originales de la roca a otros diferentes)Aunque los procesos de ambos tipos se analizan por separado, en lanaturaleza generalmente actan conjuntamente


5/61

Fig 2.1: Perfil de Meteorizacin (varios autores)


6/61

Hay minerales que no son afectados por elintemperismo, como el cuarzo. Pero, la mayorase descompone, formando minerales nuevos,estables en condicin de superficie como elcaoln. El producto final del proceso de alteracin

de las rocas es el suelo


7/61

Fig 2.6: Esquema de Formacin de Suelos (Nogueira, 1988)


8/61

2.2: Intemperismo Fsico

El proceso fsico del intemperismo provoca la desintegracin de la roca,

formando sedimentos de tamaos diversos, que sin embargo mantienen lacomposicin mineralgica de la roca madre.


9/61

Los principales agentes de este proceso son:

- EXPANSION DIFERENCIAL POR ALIVIO DE TENSIONES- CRECIMIENTO DE CRISTALES EXTRAOS A LA ROCA- CONTRACCIONEXPANSION POR VARIACION DE TEMPERATURA


10/61

- EXPANSION DIFERENCIAL POR ALIVIO DE TENSIONES

Fig 2.6: Mecanismo de Alivio de Tensiones (ABGE)

Las rocas, normalmente han sido formadas bajo presiones elevadas, en comparacin conlas que ocurren en la superficie terrestre (SEDIMENTOS INCONSOLIDADOS). Un

proceso geolgico cualquiera puede provocar un ALIVIO de las PRESIONESACTUANTES sobre la roca, ocasionando su fracturamiento en bloques de los msdiversos tamaos, apareciendo de esta manera, juntas o diaclasas que permitirn el ataquede otros agentes del intemperismo.


11/61

- CRECIMIENTO DE CRISTALES EXTRAOS A LA ROCA

La existencia de sales en las aberturas de una roca, y que se expanden cuandocristalizan, tienden a aumentar las dimensiones de estas, debido a las tensiones

generadas por este crecimiento.

En regiones donde el agua existente en las aberturas, sufre un congelamientocclico, este tipo de agente es importante, pues el agua al cristalizar aumenta 9% ensu volumen por unidad de masa.

Fig 2.7: Crecimiento de cristales


12/61

- CONTRACCIONEXPANSION POR VARIACION DE TEMPERATURA

Este es un proceso comn en las regiones ridas donde las variaciones de temperatura,durante un da son muy pronunciadas. Las rocas tienden a desagregarse segn lneas de

igual calentamiento. si una roca en vas de desintegracin tuviese una forma cbica opolidrica cualquiera, el mayor desgaste, resultando as bloques redondeados.Posteriormente, el proceso de desintegracin continua en cscaras concntricas aligual que una cebolla, denominndoseexfoliacinesferoidal a esta ltima fase

Fig 2.8: Exfoliacion esferoidal


13/61

Fig 2.4: Relacin entre temperatura y expansin volumtrica para diferentessales y granitos (Cooke & Smalley, 1968)


14/61

2.3: Intemperismo Qumico

Es un proceso del intemperismo, caracterizado por REACCIONES QUIMICAS entre

los minerales constituyentes de una roca y soluciones acuosas de diferentes contenidoshay una aceleracin de este proceso si la roca fue inicialmente fragmentada por unintemperismo fsico aumentando as la superficie expuesta a las reacciones qumicas.

Las rocas formadas bajo condiciones elevadas de presin y temperatura, son las ms

susceptibles a este tipo de intemperismo.

El desarrollo y producto final de este tipo de intemperismo, es funcin del tipo de:

- Roca- Clima- Cobertura vegetal- Topografa- Tiempo de duracin

Este tipo de intemperismo, es predominante en regiones de CLIMA HUMEDO yCALIENTE, alcanzando profundidades mucho mayores que el intemperismo fsico.


15/61

La descomposicin de una roca se procesa por fases:

Primera Fase,hay el ataque QUIMICO a los minerales con alteracin en el COLOR,pero Conservando SU TEXTURA ORIGINAL.

Segunda Fase,LOS MINERALES estn totalmente descompuestos pero la texturade la roca es an perceptible.

Tercera Fase,la textura inicial desaparece.

Pocos minerales son resistentes al ataque qumico, siendo el CUARZO el ms

importante, la mayora se transforma en compuestos ESTABLES O SOLUBLES, quepueden ser transportados por el agua, siempre que ocurran condiciones favorables.

Los compuestos ESTABLES, que en la mayor parte son arcillo-minerales, formarnlas arcillas.


16/61

Los agentes del intemperismo qumicode acuerdo con la naturalezade la reaccin predominante en el proceso, son clasificados en:

- OXIDACION- CARBONATACION

- HIDRLISIS- HIDRATACION- CAMBIO DE BASES- QUELACION


17/61

Es el proceso por el cual los compuestos qumicos ganan tomos de oxgeno. Esteoxgeno ganado proviene del medio ambiente (aire); los minerales ms propensos aoxidarse son los ferromagnesianos, anfiboles, piroxenos.

Las ecuaciones de oxidacin son altamente complicadas, sin embargo, el productofinal se reduce a xidos e hidrxidos de Fe y Mg.

La oxidacin ocurre por ejemplo en la superficie expuesta de la roca y es indicadapor una capa de material de color rojo o amarillo y esto se debe a la reaccin delfierro con el oxigeno del aire, pasando del estado ferroso (Fe+2) para el estadofrrico (Fe+3) y originando compuestos mas estables, que podrn ser destruidosapenas por la reduccin qumica con carbono o por algn proceso orgnico.

Independiente del color natural de la roca, todas intemperizan para un color amarilloo rojo-castao.

-OXIDACION


18/61

Fig 2.9: Procesos de oxidacion


19/61

-CARBONATACION

Es la reaccin de un mineral de la roca con el cido carbnico formado por ladisolucin del gas carbnico en agua.

Es un proceso que se acenta mas sobre rocas calcreas y no solo en superficiesino en profundidad, debido a la percolacin del agua a travs de las fracturas,

originando cavernas, algunas de gran extensin y belleza.

Se sabe que, todos los minerales se disuelven en mayor o menor grado enpresencia de agua, considerado el disolvente universal.

Algunos minerales como el cuarzo no se disuelven en AGUA DULCE ( ) y climas

fros, otros como la ortosa se disuelven por AGUAS MARINAS (pH: 7.5-8.4) enclimas ocenicos.


20/61

Se ha demostrado que la ortosa es poco soluble en agua dulce; la roca mspropensa a la disolucin es la CALIZA, sobre todo cuando el agua vienecargada de anhdrido carbnico, tal proceso ocurre segn la siguienteecuacin:


21/61

-HIDRLISIS

Es el proceso de intercambio de los iones HIDROGENO Y OXIDRILO en losminerales.

Por lo general, los elementos Na, K, Ca, sustituyen al hidrgeno; mientrasque el oxidrilo sustituye al oxgeno.

Tambin puede decirse que la hidrlisis es la descomposicin de un mineralpor el agua, que an acta como uno de los reaccionantes y no apenascomo portador de las reaccionantes disueltos.

De la hidrlisis por aguas carbonadas resultaran tres productos finales:

La SILICEen solucin

CARBONATOS Y BICARBONATOS DE SODIO, CALCIO O POTASIOen solucin.

UN MINERAL ARCILLOSO estable, que despus dar origen a unaARCILLA.


22/61

Un ejemplo tpico es la transformacin de la ORTOSA en CAOLINITA, segn lasiguiente ecuacin:


23/61

-HIDRATACION

Es la adicin de molculas de agua en la estructura del mineral, causando suexpansin y fracturamiento, siendo por eso considerado un proceso ms fsicoque qumico.

Como ejemplo, tenemos la formacin de yeso a partir de la ANHIDRITA, con unincremento del 60% en su volumen, segn la ecuacin


24/61

Otro ejemplo, es el de transformacin de HEMATITA (xido de color rojo) enLIMONITA (xido de color amarillo), segn la ecuacin:


25/61

El agua de hidratacin puede ser retirada en temperaturas mayores e 100C;

mientras que el agua e hidrlisis se hace parte de la estructura atmica del mineraly solo podr ser retirada a temperaturas ms elevadas.

Algunas arcillas pueden hidratarse en funcin de las condiciones locales,presentando problemas de hinchamiento y contraccin, con disminucin de la

resistencia al corte y trayendo como consecuencia problemas a la ingenierageotcnica. Estos problemas ocurren generalmente con arcillasmontmorillonticas.


26/61

-CAMBIO DE BASES

Es el cambio de cationes: Ca+2, Mg+2, Na+, K+, entre una solucin acuosa rica enun tipo de catin y un mineral rico en otro tipo.

- QUELACION

Es el proceso en el cual cationes metlicos son incorporados a las molculas de

compuestos orgnicos complejos.

Races de plantas pueden retirar del suelo cationes metlicos por quelacinalterando minerales.


27/61

2.4: Biometeorizacion

Los seres vivos tambin juegan un papel muy importante en la desagregacin y

destruccin de las rocas y destruccin de las rocas; as tenemos por ejemplo, que lasraces de los rboles y arbustos penetran y rompen las rocas en su afn decrecimiento y supervivencia.

Los musgos y lquenes deterioran la superficie de aquellas (rocas), para extraer sus

elementos nutritivos.

Los roedores, lombrices, gusanos y hormigas horadan y destruyen las rocas blandas.

El hombre tambin pose su cuota de destruccin en este proceso destructivo.


28/61

Fig 2.10: Fragmentacin de la roca por accin de las races de los arboles


29/61

Fig 2.11: The soil food web and the functional relationships amongsoil organisms. (Ingham, 1999).


30/61

Fig 2.12: Presencia de Lquenes en afloramientos rocosos.


31/61

Human impacts on the physical

environment (Karancsi and Mucsi1999):

a. Human settlement;

b. Expansion of agricultural land,

c. Flooding


32/61


33/61

?

Meteorizacin:Proceso dedesintegracin ydescomposiciones fsicas yqumicas de las rocas yminerales de la cortezaterrestre, por efecto de losfactores medio ambientales.

Edafizacin: Proceso de

formacin del suelo, ycomprende lameteorizacin de las rocasy el desarrollo del perfil delsuelo.


34/61

A manera de CONCLUSION:

El intemperismo de las rocas es un proceso mucho mscomplicado que el descrito lneas arriba.

En realidad los diferentes agentes de meteorizacin actan sin

clasificacin y todas al mismo tiempo; por ejemplo en un lugar delluvias espordicas la roca se descascara produciendo fracturasen las cuales el agua disuelve y oxida, mientras que las plantas yanimales complementan su destruccin.

El resultado final de este ataque es la acumulacin de fragmentos

de distintos tamaos y formas que se conocen con el nombre deSUELO.


35/61

2.5: Factores que Controlan la Formacin de los Suelos

Los factores ms importantes son:

- Roca de origen- Clima

- Topografa- Vegetacin- Tiempo (de actuacin de los factores anteriores)


36/61

2.5.1: ROCA DE ORIGEN

La composicin mineralgica y la textura de la roca origen son elementosimportantes en la fase inicial del proceso de intemperismo debido a las

diferencias en los tiempos necesarios para su alteracin.

Dependiendo an de otros factores, una misma roca puede formar suelos conpropiedades diferentes, mientras que rocas con composicin y texturadiferentes podrn formar un mismo tipo de suelo


37/61

2.5.2: CLIMA

El clima, a travs de la temperatura y de la lluvia es el factor preponderante n eltipo y extensin del intemperismo.

En la regin ecuatorial donde la cantidad de lluvia es grande y la temperatura alta,el intemperismo qumico es ms activo, as como la influencia de los organismoses ms acentuada, alcanzando gran profundidad con la formacin de una espesa

capa de suelo.

En regiones templadas, con estaciones bien definidas, hay una actuacin conjuntade los dos tipos de intemperismo, siendo los procesos fsicos predominantes en elinvierno y los qumicos en el verano.

-CLIMA CALIENTE Y HUMEDO EN LAS REGIONES ECUATORIALES

-CLIMA CALIENTE Y SECO EN LAS REGIONES DESERTICAS

-CLIMA TEMPERADO EN LAS LATITUDES MEDIAS

-CLIMA FRIO Y SECO EN LAS AREAS ARTICAS/POLARES.


38/61

Regiones Morfoclimticas del Mundo, (Chorley et al.,1984).


39/61

El Clima que incluye tanto el macro como el microclima, considera los siguientesfactores:

Precipitacin:acumulacin total, intensidad, distribucin estacional, tipo.

Temperatura: media, rango, distribucin estacional.

Precipitacin y temperatura son componentes principales que influyen sobre la

evolucin de los suelos.Evapotranspiracin: intensidad, distribucin estacional.

Luz:intensidad, duracin del da.

Viento:velocidad, direccin, variabilidad


40/61


41/61


42/61


43/61


44/61


45/61


46/61


47/61

2.5.3: TOPOGRAFIA

La topografa del terreno controla la percolacin, infiltracin y velocidadsuperficial del agua y la erosin. Debido a este control, los suelos formados en

taludes parados (fuertes) son diferentes de aquellos encontrados en reas pocoinclinadas

2.5.4: VEGETACION

La cantidad de cidos orgnicos, que atacan las rocas, depende de lavegetacin existente en el rea y es importante en la formacin de algunostipos de suelos.

2.5.5: TIEMPO DE ACTUACION

El tiempo de actuacin de caso uno de los factores descritos puede generardiferentes tipo de suelo.


48/61

2 6: El Suelo


49/61

2.6: El Suelo

El suelo, tiene concepciones diferentes para el gelogo, agrnomo e ingeniero; mientrasque para los dos primeros suelo es el material encontrado en la superficie de la tierra y

que sirve de suelo es el material encontrado en la superficie de la tierra y que sirve desustentacin a los vegetales; para el ingeniero, suelo es entendido como materialencontrado en la capa superficial de la corteza terrestre pudiendo ser fcilmenteremovido por un instrumento cortante cualquiera y formado por elementospertenecientes a las fases; SOLIDA, LIQUIDA y GASEOSA.


50/61


51/61

Despus de la intemperizacin de la roca y formacin de los sedimentos, estos podrnpermanecer en el mismo local y dar origen a lossuelos RESIDUALESo podrn serllevadas para otros lugares, por diferentes agentes de la naturaleza, con modificacin enla forma y en las dimensiones mayores depositndose a distancias menores del origen,por un mismo agente de transporte (sedimentos TRANSPORTADOS); adems de este,durante este movimiento ser siempre posible que segmentos formados, de rocasdiferentes, sean englobados y depositados conjuntamente y alteran as la composicininicial del mismo.

Adems de los suelos residuales y de los sedimentos transportados inorgnicos, existenan los suelos ORGANICOS, de origen vegetal, resultantes de la impregnacin delHUMUS (producto de la descomposicin de materia orgnica, de color oscuro,relativamente estable y fcilmente transportado por el agua) en lneas, arcillas o arenasfinas.

Hay an aquellos suelos formados por una carbonificacin incipiente de materiaorgnica vegetal, resultando losTURFERAS. El suelo orgnico puede tambin, tenerorigen animal debido a la incorporacin e moluscos y diatomeas, formando sueloscalcreos y las tierras diatomaceas


52/61

Figura 2.6 Esquema de Formacin de Suelos (Nogueira, 1988)

2.7: Forma de las Particulas


53/61

En funcin de los agentes del intemperismo y de transporte los depsitos de suelospueden estar constituidos de partculas de los tamaos ms diversos.

En trminos cualitativos, puede decirse que el intemperismo fsico (desintegracin) escapaz de originar partculas de tamaos hasta cerca de 0.001mm y solamente elintemperismo qumico (descomposicin) es capaz de originar partculas de dimetromenor que 0.001mm.

Suelos cuyo mayor porcentaje este constituido de partculas visibles al ojo(>0.074mm) son llamados suelos de GRANO GRUESO o SUELOS GRANULARES.Las caractersticas y por el comportamiento de estos suelos quedan determinados por eltamao de las partculas, una vez que las fuerzas gravitacionales prevalecen sobre las

otras.

L l d l


54/61

Figura 2.7: Forma de Partculas: Suelos Gruesos

Los suelos de granulometra gruesa se presentan compuestosnormalmente de partculas equidimensionales, pudiendo ser esfricos(suelos transportados) o angulares (suelos residuales).


55/61

Roundness and sphericity estimate comparison chart (from Pettijohn et al. 1987)

La forma caracterstica de los suelos de GRANULACION FINA (0.074mm) es la


56/61

( )laminar, en la cual dos dimensiones son comparablemente mayores que la tercera.

Existen adems partculas de formas cilndricas y prismticas, en las que unadimensin prevalece sobre las otras dos.

El mineral constituyente de la partcula determina su forma mientras que elcomportamiento de estos suelos es determinando por las fuerzas de superficie(moleculares, elctricas y electromagnticas), una vez que la relacin entre lasuperficie de la partcula y su volumen es muy alta. En los suelos finos, la afinidadpor el agua es una caracterstica marcante, e ira a influenciar de sobremanera en su

comportamiento.

Figura 2.8 Forma de Partculas: Suelos Finos


57/61

Figura 2.8 Forma de Partculas: Suelos Finos

2.8: Color del Suelo


58/61

El color de un suelo, es el resultado de los colores de los minerales que los constituyeny es una de las primeras caractersticas de los suelos a ser identificadas.

El color puede ser derivado de la roca de origen o del producto de un intemperismo

qumico o an determinado por la presencia de materia orgnica. Por eso, puede haberdiferencias significativas de color, no solo entre los diferentes suelos, son tambinentre los diversos horizontes de un mismo suelo.

El color vara en intensidad debido al contenido de humedad del suelo, por eso,siempre que sea posible este debe ser referido a la condicin de suelo seco.

El color de un suelo, puede ser una pista indicativa de la presencia de suscomponentes.

As, colores OSCUROS, PLOMO OSCURO, y NEGRO, generalmente sonindicativos de suelos de ORIGEN ORGANICO.

Colores ROJO, AMARILLO y algunos TONOS DE MARRON son generalmente

resultados de un intemperismo qumico, donde el ROJO OSCURO indica la presenciade xidos de fierro no hidratados (hematita), mientras que tonalidades ms claras delamarillo y marrn indican xido de fierro hidratado.

Colores MS CLAROS, son indicativos de suelos de origen inorgnico, conpredominancia de slice, yeso, o de depsitos, relativamente puros de una arcilla(caolinita).


59/61

Munsell


60/61


61/61

Origen Suelos

Documents

Transcript of Origen Suelos