Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
Recursos energéticos de origen orgánico Se incluyen aquí fundamentalmente el carbón y los hidrocarburos naturales (petróleo y gas), que se forman no como consecuencia de la acumulación de los restos inorgánicos de organismos (sedimentación bioquímica, que hemos visto en el Tema 7), sino de la acumulación, degradación y evolución de los propios restos orgánicos de estos organismos. La principal diferencia entre los tipos señalados es que el carbón se forma fundamentalmente a partir de restos de vegetales superiores (hojas, tallos, troncos...), mientras que petróleo y gas se forman a partir de microorganismos (plancton, algas, bacterias...).
Hidrocarburos naturales El petróleo y el gas natural, los hidrocarburos fósiles, están constituidos casi exclusivamente por hidrocarburos, es decir, compuestos orgánicos, más o menos complejos, de Carbono e Hidrógeno, mezclados en proporciones diversas entre sí, y con otros compuestos químicos: su composición elemental se muestra en la Tabla 1.
ELEMENTO
RANGO (%)
TÍPICO (%)
Carbono
85-95
85
Hidrógeno
5-15
13
Azufre
<5
1,3
Oxígeno
<2
0,5
Nitrógeno
< 0,9
0,2
Metales
< 0,1
Tabla 1.- Composición elemental del crudo En cuanto a su composición molecular, es la siguiente: 1. Hidrocarburos saturados (50-60%) a. n-alcanos (15-20%) gaseosos: C1 a C4 líquidos: C5 a C15 sólidos: C=>16 b. Isoalcanos (10-20%)
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
c. Cicloalcanos (20-40%) 2. Hidrocarburos no saturados (25-40%) 3. Resinas o asfaltenos (0-40%) Los Hidrocarburos naturales se originan como un paso intermedio de la degradación de la materia orgánica, en medio anaerobio, y en un rango concreto de presiones y temperaturas. El producto intermedio que da origen a estos productos, a partir de las rocas que lo contienen, recibe el nombre de kerógeno. Los hidrocarburos se forman en rocas arcillosas que contienen este kerógeno (rocas madre). Sin embargo, para poder ser explotables (extraíbles por bombeo), estos hidrocarburos han de migrar a rocas porosas y permeables (las rocas almacén) y quedar atrapados por algún mecanismo que impida que la migración los lleva hasta la superficie: las trampas petrolíferas. Estas pueden ser de muy diversos tipos, aunque las más comunes corresponden a pliegues anticlinales. La figura 1 muestra una trampa mixta, formada por un anticlinal y un a falla, mientras que la figura 2, muestra a su vez la distribución de las reservas mundiales de crudo en grandes yacimientos en los diferentes tipos de trampas, observándose como la mayor parte corresponde a las estructuras anticlinales.
La explicación a esta diferencia está en que, como muestra la figura 3, los anticlinales actúan a modo de bóvedas, abarcando una amplia zona receptora, mientras que otras, como los cambios de facies, recogen únicamente crudo procedente de la propia capa, o de las inmediatamente adyacentes.
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
Los hidrocarburos en la naturaleza aparecen en tres formas principales: • • •
Como gas natural Como petróleo crudo, líquido Como arenas asfálticas (tar sands) y pizarras bituminosas (oil shales).
Gas Natural El gas natural se encuentra en dos tipos de yacimientos: • •
Yacimientos de gas individualizado Yacimientos asociados a los de petróleo, en las zonas altas de los mismos, o en disolución en la fase líquida.
Los yacimientos de gas natural están compuestos fundamentalmente por metano, que llega a constituir hasta el 100% de los mismos (gas seco). Además, puede incluir otros hidrocarburos gaseosos, como etano, propano, butano, etc., en proporción decreciente con el número de Carbonos. Otros constituyentes, minoritarios pero frecuentes, son: H2S, N2, He, Ar, etc. Su poder calorífico constituye la base de su interés económico. Es variable, según la composición específica del gas. El valor medio es de 38 a 40 megajulio/Kg, ó 9.50010.000 Cal/gr. El Crudo ó Petróleo líquido Está constituido por hidrocarburos líquidos fundamentalmente, y puede tener en solución hidrocarburos gaseosos (los denominados crudos ligeros), o sólidos (crudos pesados). La constitución típica es la que se muestra en la primera parte del Tema. Otros constituyentes pueden ser: compuestos sulfurados en diversas formas orgánicas, compuestos nitrogenados, también de carácter orgánico, y compuestos oxigenados, como los ácidos grasos. Sus características físicas y económicas están muy relacionadas con la composición. El carácter más importante de los crudos es su densidad, ya que es un reflejo directo de su composición química. Aumenta con el porcentaje de hidrocarburos y productos pesados, en especial de resinas y asfaltenos. Disminuye con la temperatura a la que se encontraba el petróleo en su ambiente de generación, lo que implica que los
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
yacimientos profundos, enterrados a mayores profundidades, contendrán crudos menos densos. La densidad se expresa en gr/ml, o en gr/cm3, o, más comúnmente, en grados API, que evolucionan inversamente: - 1 gr/ml (igual que el agua) = 10º API (crudos pesados) - 0.77 gr/ml = 50º API (crudos ligeros) Este parámetro es un criterio muy representativo de la calidad económica del crudo, y se utiliza para fijar su precio. Los términos comerciales que se utilizan son: crudos ligeros (31.1ºAPI); medios (22.3-31.1ºAPI); pesados (10-22.3ºAPI) y extrapesados (<10ºAPI). Por otra parte, su principal característica desde el punto de vista económico es su poder calorífico, que hace que sean utilizables como fuentes de energía. Este parámetro varía en función de la densidad, y, por tanto, de la composición química concreta: 11.700 - 11.100 cal/gr. para un crudo de 0.7 a 0.8 11.100 - 10.675 cal/gr. para un crudo de 0.8 a 0.9 10.675 a 10.500 cal/gr. para un crudo de 0.9 a 0.95 Así, el poder calorífico es mayor para los crudos ligeros que para los pesados. Como comparación, una hulla presenta un poder calorífico entre 5.600 y 8.000 cal/gr, con lo que, a efectos de poder calorífico: 1,5 t carbón = 1 t petróleo = 1.000 m3 gas La principal aplicación del crudo es para obtención de energía, a través de sus productos refinados: gasolina, gas-oil (diesel), fuel-oil, keroseno, etc. Otros usos: materia prima para la industria petroquímica (polímeros, etc.); materia prima para lubrificantes (aceites y grasas para motores); aglomerantes asfálticos (fracciones pesadas). Los Hidrocarburos sólidos Se incluyen aquí los hidrocarburos naturales de carácter sólido. Pueden ser de dos tipos diferentes: hidratos de metano, y bitúmenes y asfaltos. Los hidratos de metano son poco abundantes, aunque actualmente se han localizado acumulaciones importantes en el límite plataforma continental – talud, cuya importancia económica y posibilidades de explotación aún están por determinar. La familia de los bitúmenes es más importante, ya que aparece en dos tipos de yacimientos ya bien conocidos: arenas asfálticas (tar sands), y pizarras bituminosas (oil shales). Los bitúmenes se pueden definir, desde el punto de vista de explotación, como mezclas viscosas naturales de hidrocarburos de molécula muy pesada, y productos sulfurosos minoritarios. Su alta densidad y viscosidad impide su explotación convencional por bombeo.
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
Los hidrocarburos semirrefinados que se pueden extraer de los bitúmenes reciben el nombre de crudos sintéticos. Las rocas que contienen proporciones importantes de estos bitúmenes pueden ser de dos tipos: Arenas asfálticas y pizarras bituminosas. Las Arenas asfálticas son rocas sedimentarias de tipo arenas gruesas, bien clasificadas, porosas y permeables, consolidadas o no, que contienen productos petrolíferos pesados, en las que el bitumen representa del orden del 18 al 20% en peso de la roca. Su viscosidad es muy elevada, por lo que no pueden ser recuperados por medios tradicionales. Desde el punto de vista geoquímico, están formadas fundamentalmente por asfaltenos y productos complejos ricos en nitrógeno, azufre, oxígeno, frente a productos saturados y ligeros. Las pizarras bituminosas son rocas sedimentarias pelíticas (arcillosas), menos a menudo carbonatadas (margas), ricas en kerógeno y pobres en bitumen (0.5-5%), y capaces de producir hidrocarburos por pirólisis, a unos 500ºC. Ocasionalmente reciben la denominación de "esquistos bituminosos", lo que resulta equívoco con respecto a su naturaleza petrográfica, puesto que nunca se trata de materiales metamórficos. La materia orgánica que contienen está formada por restos de algas lacustres o marinas. Su composición química es muy variable y compleja, generalmente con altas relaciones H/C (1.25-1.75), y con relaciones O/C entre 0.2 y 0.02.
El carbón El carbón es una roca sedimentaria combustible con más del 50% en peso y más del 70% en volumen de materia carbonosa, formada por compactación y maduración de restos vegetales superiores, como consecuencia de la evolución de esta materia orgánica de origen vegetal que se acumula en determinadas cuencas sedimentarias. Desde el punto de vista estratigráfico, es una roca sedimentaria organoclástica de grano fino, compuesta esencialmente por restos litificados de plantas, que aparece constituyendo secuencias características que reciben el nombre de ciclotemas.
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
Ciclotemas Composición y propiedades Dentro de la composición química del carbón se debe diferenciar entre los datos correspondientes a la estructura química del carbón, y los correspondientes a su composición elemental. Así mismo, es necesario diferenciar aquellos datos relacionados con la medida de algunos parámetros de importancia tecnológica. Otros parámetros de gran importancia en la actualidad son los referidos al contenido en elementos menores que puedan liberarse durante el proceso de combustión, y que pueden tener efectos nocivos para la salud humana o del medio ambiente. Los parámetros tecnológicos que se utilizan para definir un carbón son: el contenido en humedad, la proporción de volátiles, el contenido en cenizas, y el poder calorífico. El contenido en humedad es el contenido en agua libre, y se determina por la pérdida de peso relativa de la muestra calentada a 107ºC durante una hora en una atmósfera inerte. La proporción de volátiles viene dada por la pérdida de peso de una muestra seca por calentamiento a temperaturas entre 875 y 1050ºC fuera del contacto con el aire. El contenido en cenizas se determina por combustión en aire; el residuo, expresado como tanto por ciento con respecto del peso original de la muestra, constituye la expresión de este parámetro. Sería un fiel reflejo del contenido en materia mineral de un carbón, de no ser por el hecho de que en la fracción inorgánica de éste pueden existir carbonatos y sulfuros que se descomponen a esas temperaturas. El poder calorífico es el calor que se libera durante la combustión de una muestra de carbón. Se determina por combustión dentro de un calorímetro. Otra propiedad importante del carbón es su densidad, que se relaciona de forma directa con su contenido en cenizas. Todos los procesos de lavado y concentración de carbones se basan en el aprovechamiento de esta propiedad. Desde el punto de vista elemental, el carbón está constituido fundamentalmente por C, H y O, con proporciones menores de N y S. Clasificación del carbón El carbón se clasifica según diversos criterios: - Tipo: diferencias en el tipo y clase de material vegetal que contenga, traducida a los denominados componentes macroscópicos del carbón: fusita, durita, clarita y vitrita. - Rango: diferencias en el grado de evolución o carbonización que haya sufrido, debidos a las condiciones de presión y temperatura a que hayan estado sometidos. Es la evolución de turba a lignito, hulla y antracita.
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
Lignito
Hulla
Antracita
Densidad
1.1-1.3
1.2-1.5
1.4-1.8
Humedad (%)
20-50
3-25
3-5
%C
27-31
37-86
89-98
% Volátiles
25-55
25-50
2-14
2000-4000
3500-7500
7000-8350
P. Calorífico Cal/Kg.
Propiedades del carbón según su rango - Grado: clasifica el carbón en función del nivel de impurezas (cenizas) que contenga. Origen: El origen del carbón está en relación evidente con la acumulación de materia vegetal superior (troncos, ramas, hojas) en cuencas marinas o continentales. Los parámetros que definen la posibilidad de acumulación de la materia vegetal que va a dar origen al carbón son similares a los que permiten la acumulación de microorganismos para dar lugar al petróleo: - Medios protegidos del influjo detrítico: la abundancia de depósitos detríticos resta calidad al carbón, y favorece la degradación de las plantas que se acumular conjuntamente. - Profundidad adecuada del medio, para evitar oxidación y permitir la acumulación vegetal. - pH bajo de las aguas, dado que un pH mayor de 5 produce la degradación de la materia vegetal. - Subsidencia continuada del fondo, para mantener unas condiciones uniformes a lo largo del tiempo. Esta acumulación se puede producir en el propio medio de vida de las plantas, o en medios distintos al de formación, como deltas, estuarios o albuferas. Esto permite diferenciar carbones autóctonos, formados en el propio medio de vida, y aloctónos, formados en un medio diferente al de vida: la materia vegetal ha sufrido un transporte, más o menos largo.
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
Según el tipo de medio de formación, también se diferencian los carbones límnicos (formados en medios lacustres), y parálicos (formados en medio marino). En concreto, los medios en los que pueden darse procesos de acumulación de materia vegetal son: -
Marismas, saladas o salobres. Son zonas con comunicación ocasional con el mar, en que se puede producir una importante actividad biológica vegetal. Zonas pantanosas, ciénagas, canales, lagos y charcas intracontinentales, con vegetación de tipos diversos (herbácea, leñosa, etc.) según su profundidad, condiciones del fondo, temperatura de las aguas, etc.
-
Manglares de las zonas tropicales.
-
Ambientes fluviales y deltáicos.
Uno de los medios sedimentarios más favorables para la acumulación de materia carbonífera que da origen al carbón son los deltas, cuyas secuencias estratigráficas normales son muy semejantes a las propias de los ciclotemas, constituidas por alternancias de capas de carbón con material arcilloso o arenoso. Un factor también importante es el paleoclima, o sea, el clima imperante en la época de formación del carbón. El más favorable es el paleoclima tropical, generador de vegetaciones exuberantes. Otra cuestión importante en cuanto al origen del carbón es la edad de las series sedimentarias en que aparece: las plantas vasculares aparecen en el Silúrico, y pueblan la superficie de La Tierra en el Devónico. Ello implica que los yacimientos más antiguos de carbón conocidos sean de edad Devónica. Posteriormente, se dan yacimientos de carbón de todas las edades, pero hay períodos especialmente favorables: % sobre Recursos mundiales Carbonífero Inferior
1,0
Carbonífero Medio y Superior
14,5
Pérmico
24,4
Triásico
0,5
Jurásico
14,2
Cretácico
16,7
Paleógeno y Neógeno
28,7
Ello se explica por factores fundamentalmente paleoclimáticos, y de tipo de vegetación predominante en cada uno de los períodos. Carbonización o Coalificación
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
Hace más de 100 años se enunciaba la llamada regla de Hill, según la cual a medida que se profundiza en una explotación de carbón, el contenido en volátiles disminuye. Esta idea simple es la base conceptual en la que se apoya la evolución de la materia orgánica durante el enterramiento subsiguiente a la sedimentación. Es un proceso esencialmente físico-químico, con participación biológica en las primeras etapas, que se conoce con el nombre de carbonización o coalificación. Los factores que influyen en este proceso son: temperatura, presión y tiempo. Los dos primeros están relacionados con el enterramiento y con el gradiente geotérmico: en condiciones normales un enterramiento produce un aumento de presión debido al peso de los sedimentos suprayacentes, y un aumento de temperatura del orden de 33ºC/Km (gradiente geotérmico medio), si bien en zonas concretas este gradiente puede ser mucho más alto. El factor tiempo tiene una importancia extraordinaria: la incorporación de la materia orgánica a los sedimentos se realiza a través de geles (geopolímeros), que sufren procesos de envejecimiento que les llevan primero a deshidratarse, luego a reordenarse y formar moléculas con mayor grado de orden, hasta dar formas cristalinas incipientes. Este proceso puede tener lugar independientemente de la temperatura y de la presión, siendo por tanto, solamente función del tiempo. Esto explica la formación de carbones en cuencas antiguas que no han sufrido enterramientos importantes, como es el caso de la de Puertollano. El principal cambio que se produce en la coalificación (ver figura) es el incremento del contenido en carbono frente a volátiles y humedad, acompañado de pérdida de oxígeno en forma de H2O y CO2 (desde valores por encima del 20% hasta valores próximos a cero en las antracitas) y pérdida de hidrógeno en forma de agua e hidrocarburos ligeros (desde valores del orden del 5,5% a contenidos entre el 2,5 y el 4%) . El contenido en carbono pasa de valores del orden del 65% a por encima del 95%.
En los primeros estadios del proceso (transformación de la materia vegetal en turba) juega un papel importante la actividad biológica - bacteriana. En estadios sucesivos los cambios son ya de tipo físico - químico.
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
En cuanto a las aplicaciones del carbón, actualmente se explota casi exclusivamente para obtener energía eléctrica mediante combustión. No obstante, este proceso genera abundantes emisiones de gases de efecto invernadero y otros de efectos tóxicos (SOx, NOx, etc.), por lo que los procesos convencionales térmicos tienden a desaparecer. Una tecnología más limpia es la que se desarrolla en pruebas en la Central Térmica de ELCOGAS en Puertollano, correspondiente a un proceso de Gasificación Integral con Ciclo Combinado (GICC), que produce unos volúmenes de emisiones muy inferiores a las de los procesos convencionales.
Explotación Minera La explotación de un yacimiento minero supone la existencia de una concentración de un mineral, elemento o roca con suficiente valor económico como para sustentar esta explotación minera con un beneficio industrial para la empresa. Para que esto se produzca, se ha de cumplir la ecuación: Valor Producción = Costes + Beneficios El valor de la producción se obtiene mediante la valoración económica del yacimiento, de acuerdo con los datos del estudio de investigación minera, y por tanto, dependen de la naturaleza y características de la mineralización, que serán unas determinadas. De forma que para poder cumplir con esta condición, tenemos que analizar los costes que implica la explotación minera del yacimiento. Este factor, el coste, depende de muchos factores. Algunos de ellos no son modificables: si el yacimiento se localiza a gran distancia de centros de transporte o de consumo, tendremos un coste de transporte a asumir (y minimizar en lo posible). Otros dependen de decisiones a tomar: por ejemplo, la decisión de abordar una explotación a cielo abierto o subterránea incide de forma decisiva sobre este factor de coste. No obstante, rara vez tomamos este tipo de decisiones libremente, ya que suelen estar condicionadas por factores propios de mineralización: profundidad a la que se encuentra, geometría (horizontal o vertical, mayor o menor espesor). En cualquier caso, en la toma de decisiones implicada en el diseño de una explotación minera siempre tenemos un mayor o menor grado de libertad, que nos permite evaluar distintas alternativas, y elegir la más adecuada para cada yacimiento, de forma que la ecuación se cumpla (lo cual no siempre ocurre, naturalmente).
Los yacimientos minerales: bases para una clasificación Introducción Un aspecto fundamental de cualquier estudio sistemático es la clasificación de los objeto del estudio. El principal problema que se plantea en cualquier clasificación de objetos naturales es fijar el o los criterios a seguir a la hora de efectuar esta clasificación de forma que nos sea de utilidad práctica, y que permite un agrupamiento de los objetos de tipo unívoco, es decir, que el mismo objeto no entre más que en uno solo de los grupos que se establezcan.
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
De esta forma, una clasificación que es poco adecuada para los minerales, como es la genética (el cuarzo, por ejemplo, se clasificaría en todos los grupos que se establezcan, pues se forma en todos los ambientes geológicos posibles) sí es adecuada para la clasificación de rocas y de yacimientos minerales, pues éstos tienden a formarse por procesos concretos y únicos. No obstante, el problema a menudo es identificar correctamente qué proceso es el que ha formado una roca o un yacimiento mineral en concreto. Una ventaja importante de la clasificación genética es que nos permite establecer un criterio importante para la investigación de otros yacimientos similares: el conocimiento preciso del modo de formación implica identificar las rocas con las que se asocia, las relaciones que presenta la mena con la ganga, las relaciones espaciales entre roca y yacimiento y a su vez éstas con su entorno estructural. Este cuadro nos va a servir de guía en la búsqueda de nuevos yacimientos en áreas próximas, o en otras regiones similares desde el punto de vista geológico. Por tanto, la clasificación que hemos adoptado aquí para el estudio de los yacimientos es en general, una clasificación genética, basada en la identificación del proceso geológico que ha dado origen a esa concentración de minerales. Estos procesos pueden ser englobados en dos grandes grupos: 1. Procesos exógenos, esto es, todos aquellos que tienen lugar por encima de la superficie terrestre, como consecuencia de la interacción entre las rocas y la atmósfera y la hidrosfera. 2. Procesos endógenos, o todos aquellos que tienen lugar por debajo de la superficie terrestre, como consecuencia de los procesos de liberación del calor interno del planeta, materializados en la Tectónica de Placas y procesos asociados, tales como el magmatismo y el metamorfismo. Procesos geológicos externos o exógenos La exposición de las rocas a la acción de los agentes externos de nuestro planeta (atmósfera, hidrosfera) produce una serie de efectos que en general conocemos bien: alteraciones (por ejemplo, la oxidación de los metales, como el hierro), cambios bruscos de temperatura, disolución de componentes. Fenómenos que se conocen con el nombre de meteorización (química y física). Como resultado, los materiales duros y compactos se disgregan y disuelven en parte, y los productos (fragmentos, sales), son transportados hídrica o mecánicamente. La migración y posterior depósito de estos productos serán consecuencia de las condiciones físicas y químicas del medio (barreras físicas y químicas). Estos procesos conducen a la formación de las rocas y yacimientos de origen exógeno. A efectos de una clasificación más detallada, se pueden diferenciar dos grandes subtipos: rocas o yacimientos residuales (originados como consecuencia de los fenómenos de meteorización in situ, de la propia roca-madre), y rocas o yacimientos sedimentarios, originados como consecuencia de los fenómenos de depósito, en general a distancias más o menos grandes de las rocas-madre. Estos yacimientos o rocas sedimentarias se clasifican en mayor detalle, en función del proceso sedimentario:
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
•
•
•
Rocas o yacimientos detríticos: el depósito se origina de forma física, como consecuencia de la pérdida de poder de arrastre del agente de transporte, con lo que las partículas transportadas caen al fondo de la cuenca. Se depositan así los materiales sedimentarios (gravas, arenas) y minerales sedimentarios. Un ejemplo de yacimientos de este tipo son los placeres de metales preciosos, como el oro. Rocas o yacimientos químicos: el depósito se produce por precipitación de las sales o compuestos químicos, como consecuencia de una saturación de las aguas en estas sales o por la acción de barreras geoquímicas (Eh, pH, presencia de electrolitos. Ejemplos de este tipo de yacimientos son las evaporitas (sales, yeso) o las formaciones bandeadas de hierro (BIF). Rocas o yacimientos bioquímicos y orgánicos: la sedimentación es una acumulación de restos de organismos (conchas, caparazones, esqueletos, materia vegetal). Las fosforitas y el carbón son ejemplos de este tipo de yacimientos.
Todas estas rocas o yacimientos de origen sedimentario presentan caracteres generales comunes: suelen estar estructurados en capas, están afectados por la deformación tectónica, y suelen presentar una gran extensión lateral, y en general, una potencia (espesor) limitado. Procesos geológicos internos o endógenos Los procesos que tienen lugar por debajo de la superficie de nuestro planeta tienen su origen en la liberación de su calor interno, y se manifiestan en una serie de fenómenos, algunos de los cuales pueden observarse directamente en la superficie, como es el caso del volcanismo. Esta liberación del calor interno se produce de dos formas: por radiación (o conducción) y por convección. La radiación es la liberación del calor transmitido desde zonas calientes a zonas frías, de la misma forma que el extremo exterior de una cuchara sumergida en un líquido caliente termina calentándose: no implica movimiento de materia, solo transmisión del calor. En la convección el calor se transmite en forma de movimiento de lo caliente hacia zonas frías. Ejemplos son la convección de aire caliente que se produce desde los radiadores de las habitaciones, y el movimiento que se produce del agua al calentarla en un recipiente. De la misma manera, nuestro planeta, cuyo interior se encuentra a altas temperaturas, libera su calor de estas dos formas. Por un lado, emite calor hacia el espacio, con lo que la temperatura superficial es un compromiso entre el calor que el propio planeta libera y el producido por la irradiación solar, y esta temperatura aumenta con la profundidad (gradiente geotérmico). Por otra parte, la convección produce un lentísimo movimiento de las rocas de zonas profundas hacia la superficie, que fuerza el movimiento de las rígidas placas litosféricas, lo que conocemos con el nombre de tectónica de placas. La combinación de estos dos mecanismos (y las interacciones que se producen entre las placas) es responsable de los fenómenos internos del planeta: fenómenos sísmicos (terremotos), fenómenos magmáticos (volcanismo, como más conocido) y fenómenos de transformación de las rocas al quedar sometidas a altas presiones y/o temperaturas (metamorfismo). Los fenómenos sísmicos no dan origen a rocas ni a yacimientos, pero los otros dos si.
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
El magmatismo incluye los procesos implicados en la génesis y evolución de los magmas, es decir, de masas de roca fundida que se originan en regiones profundas del planeta y ascienden, pudiendo llegar hasta la superficie. Estudiaremos con más detalle este proceso en los temas correspondientes, pero hay una serie de apartados que permiten una subdivisión más completa de las rocas y yacimientos originados en relación con este proceso: •
•
•
•
•
El origen de los magmas. La formación del magma obedece a fenómenos complejos, que tienen lugar en regiones profundas de la corteza, o el manto superior. Por tanto, su estudio solo se puede abordar desde la experimentación en laboratorios muy especializados, que permita reproducir las condiciones de alta presión y temperatura responsables de estos procesos. Un aspecto muy importante a considerar es que se originan por fusión incompleta de los materiales correspondientes: no es una fusión total de éstas, sino parcial, comenzando por los minerales de punto de fusión más bajo, y finalizando con los más reactivos. Esto hace que, en función de cual sea el porcentaje de fusión, se puedan obtener a partir de un mismo material madre magmas muy diferentes. La evolución del magma: una vez formado, y hasta que se consolida completamente por cristalización, el magma asciende a través de la corteza terrestre, sufriendo algunos cambios mineralógicos y químicos. Entre estos cambios, los más importantes son la cristalización fraccionada (posibilidad de que algunos de los cristales que pueda contener el magma se separen de éste), la asimilación (digestión parcial de rocas de la corteza por el magma durante su ascenso) y la mezcla de magmas. Estos cambios, por tanto, pueden modificar de forma muy importante la composición de un magma. La cristalización del magma: Al ascender en la corteza el magma se pone en contacto con rocas más frías, y él mismo se enfría. Al alcanzase las temperaturas de cristalización de minerales determinados, éstos se forman, disminuyendo la capacidad del magma de ascender: aumenta su viscosidad. Durante el proceso de enfriamiento se forman determinados minerales, en función de la termodinámica del fundido, reteniendo determinados elementos (los que pasan a formar parte de esos minerales) y produciendo un enriquecimiento residual en los elementos que no tienen cabida en los minerales formados. Así, esta etapa de cristalización principal da origen a las rocas plutónicas, cuya mineralogía y textura estarán relacionadas con la historia global del magma. Con posterioridad a la cristalización principal del magma, los fluidos residuales se liberan y evolucionan entre la zona de cristalización y la superficie. Cristalizan allí donde se encuentran con condiciones favorables para ello: cuando el enfriamiento del fluido provoca la cristalización de determinados minerales, o cuando cambian las condiciones de presión, o de Eh-pH. En ocasiones, estos fluidos llegan a regiones superficiales, dando origen al desarrollo de sistemas geotérmicos. Por otra parte, el magma puede alcanzar la superficie de la corteza, dando origen a los procesos volcánicos. En estas condiciones se pueden dar dos situaciones diferentes: que alcance la superficie continental, en un medio subaéreo, o que la salida del magma, o erupción, se produzca bajo el agua del mar, o de lagos... Cuando el enfriamiento es muy brusco, los componentes mayoritarios del magma cristalizarán o se enfriarán formando un vidrio (obsidiana o perlita) o un material escoriáceo (pómez), mientras que los volátiles se liberarán a la atmósfera, y se dispersarán. En el segundo caso, los volátiles podrán
Departamento de Educación Tecnológica. Segunda Unidad: Material de Apoyo Séptimo Básico.
interaccionar con el agua y sus sales, formando compuestos insolubles de esos elementos (Pb, Zn, Cu, Fe, Hg....) lo que dará origen a yacimientos minerales. De esta forma, los procesos magmáticos se pueden considerar como un conjunto de procesos muy activos en la formación de yacimientos, tanto de rocas como de minerales de interés minero. Por contra, el metamorfismo es un proceso que no suele producir transformaciones de interés minero. Algunas excepciones son la transformación de las calizas en mármoles, de mayor compacidad y vistosidad que la de las rocas originales, la formación de serpentinitas, roca también con posibilidades ornamentales, o la génesis de minerales nuevos con aplicaciones industriales, como el granate, la andalucita... Pero en general, el metamorfismo, al ir acompañado de deformación tectónica, y de removilización de componentes volátiles, es un proceso que destruye los yacimientos, más que generarlos. Todo ello nos lleva a una clasificación en que prima el criterio genético, la relación que se establece entre el proceso geológico responsable de la formación de la roca o mineral correspondiente y su producto final.