Rocas impermeables
La arcilla es una roca sedimentaria constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposición de rocas que contienen feldespato, como el granito. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que contiene, desde el rojo anaranjado hasta el blanco cuando es pura.
Físicamente se considera un coloide, de partículas extremadamente pequeñas y superficie lisa. El diámetro de las partículas de la arcilla es inferior a 0,002 mm. En la fracción textural arcilla puede haber partículas no minerales, los fitolitos. Químicamente es un silicato hidratado de alúmina, cuya fórmula es: Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O.
Se caracteriza por adquirir plasticidad al ser mezclada con agua, y también sonoridad y dureza al calentarla por encima de 800 °C. La arcilla endurecida mediante la acción del fuego fue la primera cerámica elaborada por los seres humanos, y aún es uno de los materiales más baratos y de uso más amplio. Ladrillos, utensilios de cocina, objetos de arte e incluso instrumentos musicales como la ocarina son elaborados con arcilla. También se la utiliza en muchos procesos industriales, tales como en la elaboración de papel, producción de cemento y procesos químicos.
Clasificación
Las arcillas se pueden clasificar de acuerdo con varios factores. Así, dependiendo del proceso geológico que las originó y a la ubicación del yacimiento en el que se encuentran, se pueden clasificar en:
- Arcilla primaria: se utiliza esta denominación cuando el yacimiento donde se encuentra es el mismo lugar en donde se originó. El caolín es la única arcilla primaria conocida.
- Arcillas secundarias: son las que se han desplazado después de su formación, por fuerzas físicas o químicas. Se encuentran entre ellas el caolín secundario, la arcilla refractaria, la arcilla de bola, el barro de superficie y el gres.
Si atendemos a la estructura de sus componentes, se distinguen las arcillas filitenses y las arcillas fibrosas.
También se pueden distinguir las arcillas de acuerdo a su plasticidad. Existen así las arcillas plásticas (como la caolinítica) y las poco plásticas (como la esméctica, que absorbe las grasas).
Por último, hay también las arcillas calcáreas, la arcilla con bloques (arcilla, grava y bloques de piedra de las morrenas), la arcilla de descalcificación y las arcillitas (esquistos arcillosos).
Química y estructura
Estos minerales se constituyen de láminas de tetraedros con una composición química general de Si2O5 en donde cada tetraedro (SiO4) está unido en sus esquinas a otros tres formando una red hexagonal. Aluminio y hierro pueden parcialmente reemplazar al silicio en la estructura mientras.1 Los átomos de oxígeno ubicados en los ápices de los tetraedros de estas láminas pueden, al mismo tiempo, también formar parte de otra lámina paralela compuesta de octaedro. Estos octaedros suelen estar coordinados por cationes de Al, Mg, Fe3+ y Fe2+. Más infrecuentemente átomos de Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn ocupan dicho sitio de coordinación.1
Las relativamente grandes superficies de los minerales de la arcilla pueden adsorber iones y moléculas ya están cargadas de electricidad estática.2
Grupos de minerales arcillosos
Los minerales de la arcilla se suelen definir según composiciones químicas idealizadas.1 La cantidad de sílice (SiO2) en la fórmula es una determinante clave en la clasificación de los minerales de la arcilla.1
- Grupo de la caolinita: incluye los minerales caolinita, dickita, haloisita y nacrita.3
- Algunas fuentes incluyen al grupo serpentinas por sus similitudes estructurales.4
- Grupo de la esmectita: incluye pirofilita, talco, vermiculita, sauconita, saponita, nontronita, montmorillonita.3
- Grupo de la illita: incluye a las micas arcillosas. La illita es el único mineral.3
- Grupo de la clorita: incluye una amplia variedad de minerales similares con considerable variación química.3
Granulometría
Dentro de la clasificación granulométrica de las partículas del suelo, las arcillas ocupan el siguiente lugar:
| Partícula | Tamaño |
|---|---|
| Arcillas | < 0,0039 mm |
| Limos | 0,0039-0,0625 mm |
| Arenas | 0,0625-2 mm |
| Gravas | 2-64 mm |
| Cantos rodados | 64-256 mm |
| Bloques | >256 mm |
No obstante lo anterior, la clasificación USCS que es utilizada habitualmente en ingeniería usa los límites de tamaños máximos de 4,75 mm para las arenas y de 0,075 mm para las arcillas y limos.
Minerales de la arcilla
Los minerales de la arcilla son filosilicatos de aluminio hidratados a veces con cantidades variables de hierro, magnesio, metales alcalinos, tierras alcalinas y otros cationes.2 1 Los minerales de la arcilla son en general microscópicos.2 En la naturaleza los minerales de la arcilla son importantes componentes de la lutita y de los suelos.2 Se originan a partir de la meteorización o alteración hidrotermal de feldespatos, piroxenos y micas.2 También se le llama arcilla a algunos materiales plásticos y a partículas de tamaño igual o menor a 2 micrómetros que es el tamaño único o más común de todos los minerales de arcilla.1
Historia
El conocimiento de la naturaleza de la arcilla se hizo mejor hacia los años 1920s y 1930s con la mejora en la tecnología de los microscopios, necesarios para analizar los tamaños infinitesimales de sus partículas.1 4 La estandarización de la terminología durante ese periodo fue buena con especial atención a los términos similares y confusos, como hoja y plano.4
Historia del uso de la arcilla
La arcilla tiene propiedades plásticas, lo que significa que al humedecerla puede ser modelada fácilmente. Al secarse se torna firme y cuando se somete a altas temperaturas aparecen reacciones químicas que, entre otros cambios, causan que la arcilla se convierta en un material permanentemente rígido, denominado cerámica.
Por estas propiedades la arcilla es utilizada para hacer objetos de alfarería, de uso cotidiano o decorativo. Los diferentes tipos de arcilla, cuando se mezclan con diferentes minerales y en diversas condiciones, son utilizadas para producir loza, gres y porcelana. Dependiendo del contenido mineral de la tierra, la arcilla, puede aparecer en varios colores, desde un pálido gris a un oscuro rojo anaranjado. Un horno diseñado específicamente para cocer arcilla es llamado horno de alfarero.
La humanidad descubrió las útiles propiedades de la arcilla en tiempos prehistóricos, y los recipientes más antiguos descubiertos son las vasijas elaboradas con arcilla. También se utilizó, desde la prehistoria, para construir edificaciones de tapial, adobe y posteriormente ladrillo, elemento de construcción cuyo uso aún perdura y es el más utilizado para hacer muros y paredes en el mundo moderno. La arcilla fue utilizada en la antigüedad también como soporte de escritura. Miles de años antes de Cristo, por cuenta de los sumerios en la región mesopotámica, la escritura cuneiforme fue inscrita en tablillas de arcilla.
La arcilla cocida al fuego, la cerámica, es uno de los medios más baratos de producir objetos de uso cotidiano, y una de las materias primas utilizada profusamente, aun hoy en día. Ladrillos, vasijas, platos, objetos de arte, e incluso sarcófagos o instrumentos musicales, tales como la ocarina, fueron y son modelados con arcilla. La arcilla también se utiliza en muchos procesos industriales, tales como la producción de cemento, elaboración de papel, y obtención de sustancias de filtrado.
Los arqueólogos utilizan las características magnéticas de la arcilla cocida encontrada en bases de hogueras, hornos, etc, para fechar los elementos arcillosos que han permanecido con la misma orientación, y compararlos con otros periodos históricos.
Arcilla de bola
Se denomina arcilla de bola a una arcilla con mucha plasticidad y poco calcio que se extraía manualmente, a finales del siglo XIX, de los campos del sur de Inglaterra. Su nombre procede de las bolas que hacían los mineros para facilitar su extracción.
La marga es un tipo de roca sedimentaria compuesta principalmente de calcita y arcillas, con predominio, por lo general, de la calcita, lo que le confiere un color blanquecino con tonos que pueden variar bastante de acuerdo con las distintas proporciones y composiciones de los minerales principales. Predominan en las formaciones montañosas del Mesozoico y son bastante frecuentes en la mitad suroriental de la Península Ibérica (Sistema Ibérico, Cordillera Bética), en Francia y en otros países. Las margas se depositan en entorno marino o lacustre.
Las proporciones de arcilla y calcita que pueden tener son muy diversas, así que pueden pasar a ser arcillitas, o arcillas calcáreas o margosas, si su contenido de carbonato cálcico es menor a un tercio de su masa, o pasan a ser calizas margosas si esa proporción se eleva a más de los tres cuartos. Impermeables, como la arcilla, las margas son tiernas, de textura a veces grumosa, "friables", de fractura mate, concoidea o astillosa.
Meteorización
La meteorización de las margas da lugar a fenómenos interesantes que han sido estudiados desde hace mucho tiempo. Ya en el siglo XVIII, Antonio José Cavanilles hace referencia en su obra fundamental sobre el Reino de Valencia acerca de estos fenómenos de la meteorización en las margas (Cavanilles, 1797).1 Por lo general, las margas son atacadas fuertemente por las aguas de lluvia ligeramente aciduladas debido a la hidratación del anhídrido carbónico (o dióxido de carbono, CO2) de la atmósfera, el cual se transforma en ácido carbónico que, a su vez, ataca al carbonato de calcio de la caliza, que no es soluble en el agua, y lo transforma en bicarbonato cálcico, que sí lo es, por lo que se elimina a través del fenómeno conocido como lixiviación, es decir, el "lavado" diferencial de las margas. Este proceso emplea enormes cantidades de CO2 lo que contribuye a equilibrar el balance de dióxido de carbono en la atmósfera. Por último, esta descomposición de las margas origina, a su vez, grandes depósitos de arcillas que forman llanuras en ciertas cubetas o depresiones conocidas como dolinas, término de origen eslavo que, como muchos otros términos que identifican los fenómenos kársticos, procede de la región del Karst o Carso, en los Alpes Dináricos de la antigua Yugoslavia. Estos depósitos de arcillas de descalcificación que forman las dolinas son conocidos en la Cuenca del Mediterráneo como zonas de terra rossa (tierra roja en italiano) por el color rojizo del suelo y constituyen suelos muy fértiles, con buen drenaje y poco ácidos.
La eliminación de las arcillas en las margas da origen a la formación de relieves kársticos típicos, con predominio de relieves abruptos (acantilados, desfiladeros, cuestas, etc.). En algunas ocasiones, las calizas vienen parcial o completamente reemplazadas por rocas sulfatadas como el yeso, que es un sulfato cálcico dihidratado (anhidrita + agua). Las margas con minerales de yeso pueden dar origen a la coloración verdosa (aguas sulfatadas) en las corrientes de agua como es el caso del río Júcar en el Ventano del Diablo (Cuenca). Algunos procesos químicos que intervienen en la geomorfología de las margas son reversibles, sobre todo, en lo que se refiere a la disolución y a la precipitación del bicarbonato cálcico al evaporarse el agua, transformándose de nuevo en carbonato cálcico. Precisamente, es esta precipitación lo que explica la formación de estalactitas, estalagmitas y otros fenómenos similares.
En la imagen que combina las margas y su transformación en caliza y arcillas de descalcificación (terra rosa) puede verse un ejemplo palpable de lo que se ha puede verse en cualquier zona agrícola de secano o de regadío en zonas tradicionalmente de secano, en este caso, de la provincia de Valencia. La diferencia de color entre las margas arcillosas (rosadas o anaranjadas) y la arcilla de descalcificación (roja) se debe, como ya se ha señalado antes, a la lixiviación de las calizas, es decir, a su eliminación por disolución, lo que va concentrando las arcillas y su color típicamente rojizo.
Erosión en las margas
Los minerales que forman las margas tienen una distinta resistencia a la erosión después de que haya actuado la meteorización, que es el proceso inicial en los procesos del modelado terrestre. Esta distinta resistencia de los diferentes estratos de las margas es la que se pone en evidencia en el escalonamiento del relieve en los estratos casi horizontales de zonas mesetarias o en los procesos de erosión fluvial de muchas regiones relativamente secas de la región mediterránea. En el ejemplo que se muestra en la imagen de la rambla de La Colaita puede verse nítidamente el escalonamiento en las paredes de la rambla por la formación de terrazas aluviales, que también suelen ser utilizadas por los agricultores para el cultivo cuando alcanzan ciertas dimensiones. En este caso se pueden distinguir dos terrazas cubiertas de vegetación (sobre todo la inferior) al avanzar la erosión fluvial sobre un estrato más débil de arcilla o margas arcillosas. Precisamente, la construcción de un muro de protección visible en la imagen se hizo muy probablemente para evitar o limitar la erosión en la terraza superior con el fin de dedicarla a la agricultura.
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