7.- Rocas y yacimientos sedimentarios carbonatados
7.- Rocas y yacimientos sedimentarios carbonatados
Las rocas carbonatadas son rocas formadas mayoritariamente por carbonatos, cálcico (calcita en las calizas) o cálcico-magnésico (dolomita en las dolomías). De ellas, solo las calizas tienen un auténtico origen sedimentario, pues las dolomías se forman por procesos posteriores al depósito. Las rocas carbonatadas tienen un interés minero, que se sustenta en sus aplicaciones directas (por ejemplo, en la fabricación de cemento). También son interesantes desde el punto de vista geológico-minero por poder albergar concentraciones de minerales metálicos, e incluso agua y otros fluidos (petróleo y gas).
Las calizas son rocas originadas por un proceso de sedimentación directa. Esta sedimentación puede tener diversos orígenes, si bien la más común es la denominada precipitación bioquímica: el carbonato cálcico se fija (en general, en forma de aragonito) en las conchas o esqueletos de determinados organismos, ya sean macroscópicos (lamelibranquios, braquiópodos, gasterópodos...) (ver) microscópicos (foraminíferos) (ver), o nanoscópicos (cocolitos) (ver) y a su muerte, estas conchas o esqueletos se acumulan, originando un sedimento carbonatado. El aragonito, inestable en condiciones atmosféricas, se va transformando en calcita, y la disolución parcial y reprecipitación del carbonato cementa la roca, dando origen a las calizas. Otra forma de depósito es la fijación del carbonato sobre elementos extraños, como granos de cuarzo, o pequeños fragmentos de fósiles, dando origen a los oolitos (calizas oolíticas). También las algas fijan este compuesto, dando origen a mallas de algas o estromatolitos, que si se fragmentan y ruedan originan los pisolitos (calizas pisolíticas). Todas estas posibilidades dan origen a los diversos tipos de calizas.
Junto con el carbonato cálcico se suele producir el depósito de otros componentes, ya sean detríticos medio-finos (arena-limo), o finos (arcillas); el primer caso es propio de medio energéticos, caracterizados por la sedimentación de fragmentos de fósiles, o resedimentación de fragmentos de calizas ya más o menos consolidadas. Así se originan las denominadas calizas bioclásticas, o de intraclastos, respectivamente. En el segundo caso, se produce la floculación de las arcillas conjuntamente con el depósito de los carbonatos, ya que ambos son propios del depósito en aguas tranquilas, y se originan las denominadas margas, margocalizas, y calizas margosas, formadas por proporciones variables de caliza y arcilla.
En cuanto a sus aplicaciones, son relativamente numerosas:
- La más extendida es en la industria cementera: el cemento más común, el de tipo Portland, es una mezcla finamente pulverizada y debidamente dosificada de caliza y arcilla, que calentada en horno a temperatura entre 1.400 y 1.500ºC reacciona para dar un producto que recibe el nombre de clinker, al cual una vez enfriado se le adiciona una pequeña cantidad de yeso para obtener el producto final, que es el cemento.
- Otra aplicación común, aunque actualmente en retroceso, es la obtención de cal (CaO), por calcinación:
CaCO3 + calor -> CaO + CO2
Esta cal a su vez se utiliza para la limpieza y desinfección de fachadas (encalado), y como producto-base de otras aplicaciones en la industria química.
- Otra aplicación directa es como roca marmórea, para construcción: la mayor parte de lo que los marmolistas llaman mármoles no son tales rocas metamórficas, sino calizas poco o nada recristalizadas; tienen menor calidad que los mármoles auténticos, si bien mayor variabilidad textural, y por tanto, mayor variedad y vistosidad (rojo alicante, negro marquina, etc.).
- Una aplicación a resaltar, por su importancia creciente, es su utilización como lecho de procesos de combustión de carbón rico en azufre, ya que evita la movilización de éste mediante la formación de CaSO4 (anhidrita).
- Otra aplicación común es como árido, sobre todo para la subbase de carreteras.
Es también interesante el comportamiento de estas rocas frente a los fluidos: las calizas suelen presentar escasa porosidad primaria, es decir, debido a la disposición original de sus elementos texturales, por lo que las calizas sanas y no fracturadas suelen tener escasa capacidad de almacenamiento de fluidos. Sin embargo, en determinadas condiciones (a bajas presiones y temperaturas) pueden responder a la deformación tectónica fracturándose, lo que les confiere una cierta porosidad secundaria. Además, el carbonato cálcico es soluble en agua, sobre todo en aguas cálidas, en las que existe ácido carbónico disuelto como consecuencia de las reacciones:
CO2 + H2O -> H2CO2
H2CO3 + CaCO3 -> Ca2+ + 2 HCO3-
Ello hace que bajo la acción del agua, ya sea superficial o subterránea, las formaciones de calizas desarrollen los denominados procesos kársticos, que implican la formación de cuevas y cavernas, formas de disolución (lapiaces y cárcavas) o de hundimiento superficial (dolinas), etc., así como la forma de relieve más característico, el torcal. Además, en estas formaciones kársticas se puede acumular agua en grandes volúmenes: son excelentes acuíferos subterráneos, aunque también son formaciones poco adecuadas para almacenar aguas superficiales, que suelen infiltrarse con gran facilidad a través de sumideros, dolinas, etc.
Las dolomías se originan como consecuencia de procesos postsedimentarios: las calizas, formadas por los procesos antes descritos, pueden ponerse en contacto con aguas enriquecidas en magnesio, lo que da origen al proceso llamado de dolomitización:
2 CaCO3 + Mg2+ → CaMg(CO3)2 + Ca2+
Al ser la dolomita más densa y de estructura cristalina más compacta que la calcita, este proceso implica un aumento del volumen de huecos de la roca, es decir, de su porosidad.
Texturalmente las dolomías no presentan apenas variabilidad, al tratarse de rocas recristalizadas. Todo lo más, pueden preservar relictos texturales de la caliza original.
En cuanto a sus aplicaciones, las dolomías se utilizan como piedra de construcción y ornamentación, y también en la fabricación de ciertos cementos. En la industria química, en la obtención de magnesia [(OH)2Mg], que se emplea en la preparación de revestimientos refractarios siderúrgicos. También tiene aplicación como mena del magnesio metálico.
Las dolomías, a diferencia de las calizas, no son solubles en agua, lo que impide el desarrollo de los procesos kársticos sobre ellas. Si tienen una cierta capacidad de almacenamiento de fluidos, relacionada con la porosidad secundaria que desarrollan durante el proceso de dolomitización.
Otras rocas carbonatadas
Además de las calizas y dolomías, hay otras rocas formadas mayoritariamente por carbonatos, aunque son mucho menos frecuentes, y a menudo están originadas por otro tipo de procesos, no sedimentarios (reemplazamientos). Entre ellas destacan las rocas de magnesita y de siderita, de interés minero por ser importantes menas de magnesio e hierro, respectivamente.
Las rocas carbonatadas con cierta frecuencia contienen mineralizaciones metálicas, sobre cuyo origen ha habido una larga y aún inconclusa polémica: se han defendido desde un origen estrictamente sedimentario para los mismos, hasta un origen claramente postdeposicional, pasando por la posibilidad de que tengan origen diagenético.
Los más frecuentes corresponden a yacimientos de sulfuros de Pb-Zn-Cu, a menudo acompañados de fluorita y barita, que también pueden llegar a ser mayoritarios: se conocen también con el nombre de "yacimientos de tipo Mississippi Valley", ya que son muy abundantes en esta región del centro de los Estados Unidos. Son también abundantes en las formaciones carbonatadas de las cordilleras alpinas europeas (Alpes, Béticas...), por lo que también reciben el nombre de yacimientos de tipo Alpino.
Suelen aparecer encajados en formaciones carbonatadas, en forma de masas más o menos continuas lateralmente y de potencia muy variable en el detalle, y la mineralización suele ir asociada a encajante dolomítico. Este hecho sugiere que su origen sea posterior al proceso de dolomitización, y posiblemente esté condicionado por el aumento de porosidad de estas rocas, que favorece la entrada de fluidos en la misma. En cualquier caso, lo que a menudo resulta evidente es que son el resultado de la interacción entre fluidos mineralizados y la roca carbonatada; al tratarse de fluidos por lo general ácidos, su introducción en la roca se ve favorecida por la reactividad de sus componentes (calcita y/o dolomita) frente a la acción de estos fluidos.
Esquema de los yacimientos de Silvermines-Ballynoe (Irlanda), pertenecientes al
tipo Mississippi Valley
Además de las calizas, hay otra serie de rocas que son producto de la acumulación de minerales que los organismos incorporan a sus conchas o piezas esqueletales. Entre ellos tenemos las diatomitas y las fosforitas.
Las diatomitas son rocas silíceas, formadas como consecuencia de la acumulación de caparazones de diatomeas, que son algas microscópicas, propias de aguas tanto marinas como dulces, cuyo caparazón (ofrústula) está constituido por sílice amorfa. Esta acumulación se produce en medio sedimentarios extensos y poco profundos, en los que el agua contenga abundantes nutrientes y sílice. Además, debe tratarse de medios protegidos de los aportes terrígenos, para que la acumulación sea suficientemente rica en los restos silíceos.
Frústulas de diatomeas
La mayor o menor pureza de la diatomita condiciona sus aplicaciones. Las de mayor calidad son las más ricas en sílice (95% SiO2), mientras que las impurezas, normalmente de carbonatos, minerales de la arcilla, óxidos de hierro, materia orgánica, disminuyen su aplicabilidad.
Sus aplicaciones están relacionadas con sus propiedades físicas: baja densidad, alta porosidad, alta capacidad absorbente (que aumenta al calcinar la roca), baja conductividad térmica, alto punto de fusión (entre 1.400 y 1.700ªC), y moderado poder abrasivo. Así, sus aplicaciones concretas son las siguientes: Como filtros y clarificadores de grandes volúmenes de líquidos; en procesos químicos y metalúrgicos; en la producción de alimentos, productos farmacéuticos, etc.; como carga, aislante, absorbente, aditivo en cementos, fuente de sílice reactiva, entre otras.
En cuanto a producción, en España existen yacimientos de diatomitas relativamente importantes, en especial en el Sur y Sudeste de la península, en formaciones marinas o continentales terciarias, en concreto en la Cuenca del Guadalquivir y en la zona Prebética manchega (Sierra de Alcaraz, Albacete). Las únicas en actividad en la actualidad son las de Albacete, con una producción anual de unas 75.000 t.
Las fosforitas son rocas que contienen al menos un 20% de P2O5, en forma de flourapatito criptocristalino ("colofana"), que suelen aparecer como capas de espesor variable, de aspecto semejante al de muchas capas de calizas fosilíferas o pisolíticas, aunque con colores más oscuros.
Su origen es aún objeto de debate, pero parece evidente que se forman bajo las siguientes condiciones: 1) presencia de surgencias (upwellings) de aguas frías ricas en fósforo inorgánico disuelto (DIP en inglés); y 2) presencia de una plataforma marina, somera y con aguas cálidas, en la que se produce la acumulación del fosfato orgánico. El fósforo, un nutriente esencial, dispara la formación del fitoplancton, el cual a su vez, al ser la base de la cadena trófica marina, multiplica la vida de organismos superiores (p.ej., peces). Tanto el fitoplancton como los peces al morir van a parar al fondo de la plataforma, sufriendo sus partes orgánicas una degradación que supone la acumulación de sus esqueletos. El continuo reflujo de fósforo por las surgencias produce una continua transformación de estos esqueletos en hidroxi- y flúor-apatito. También pueden formarse como consecuencia de procesos diagenéticos de reemplazamiento de calizas por el apatito, por sustitución del anión carbonato por el fosfato.
Se explotan para su tratamiento con ácido sulfúrico para la obtención de fertilizantes (superfosfatos). Las principales áreas productoras, en el Sahara ex-español (Fos-Bucraa) y en Estados Unidos (Florida y Wyoming-Idaho). En España, fosforitas atípicas, de origen turbidítico y de edad precámbrica en la zona Norte de la Provincia de Ciudad Real y Sur de la de Toledo (Fontanarejo-Horcajo de los Montes-Robledo del Mazo), que no han llegado a ponerse en explotación hasta la fecha.
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