MINERALES COMPONENTES DE LAS ROCAS

 Al tener claro el concepto de que a través de la meteorización de la roca se obtiene cl material parental que origina los suelos, entramos a analizar la composición de ese material parental en términos de su contenido mineralógico.

Los minerales que forman las rocas están agrupados en minerales primarios y secundarios. Los minerales primarios son el primer resultado de la meteorización y de por sí son los de mayor tamaño, se les denomina minerales tamaño arena, por tener diámetro de partícula entre 0.05 y 2 milímetros. Los minerales primarios son los que reflejan la fertilidad potencial del suelo.

Los minerales secundarios se derivan por meteorización de los minerales primarios y se les denomina minerales tamaño arcilla, por tener diámetro inferior a 0.002 milímetros. Los minerales secundarios son los que reflejan la fertilidad actual del suelo y se les considera coloides por tener la capacidad de absorber iones en su superficie y de intercambiarlos con la solución nutritiva del suelo.

 
1 MINERALES PRIMARIOS

Dentro de los minerales primarios que constituyen las rocas, se incluyen solamente diez de importancia en la formación del suelo, que son: cuarzo, ortoclasa (feldespato, potasio), plagioclasa (feldespato de sodio y calcio), mica moscovita, mica biotita, hornblenda (anfíbol), augita (piroxeno), olivino, magnetita, apatita.

Para poder comprender la naturaleza y origen de los suelos, deben conocerse las principales características físicas y químicas de estos minerales primarios. Al describir los minerales, con preferencia se examinan las siguientes características en el siguiente orden: naturaleza química, forma cristalina, apariencia, incluyendo color y lustre, dureza, gravedad específica y susceptibilidad o resistencia a la descomposición.

1.1 Naturaleza química

 La naturaleza química indica la contribución que el mineral podría hacer al estado nutritivo del suelo a que da origen. Por ejemplo: la fuente principal de potasio en los suelos es la ortoclasa, del calcio y del sodio, las plagioclasas. Las micas suministran potasio, magnesio y hierro. El olivino proporciona magnesio y hierro. La magnetita provee también hierro. La apatita es la única fuente de fósforo en la naturaleza; también suple calcio, cloro y flúor. 

Los minerales ferromagnesianos (anfíboles, piroxenos, olivino, biotita) llamados así porque contienen hierro y magnesio, además de esos dos elementos proporcionan los microelementos cobre, zinc, manganeso, molibdeno, boro y cobalto. En efecto, el único elemento nutritivo esencial que no suministran los minerales primarios es el nitrógeno el cual solo lo aporta la materia orgánica. 

1.2 Forma cristalina 

Los silicatos que incluyen cuarzo, feldespatos, micas, anfíboles, piroxenos y olivino, están formados por dos estructuras diferentes de oxígeno, denominadas tetraedros y octaedros. Cada tetraedro consiste de un átomo de silicio en el centro, con cuatro átomos de oxígenos en las esquinas. Cada octaedro consiste de un átomo de aluminio en el centro y seis átomos de oxígeno en las esquinas (Figura 1).  Cada mineral presenta un arreglo estructural de tetraedros y octaedros dando formas cristalinas variadas: prismática, hexagonal, octaédrica.

Figura 1: Estructura de oxigeno en minerales

1.3 Apariencia 

 El color de los diferentes minerales primarios de las rocas varía de blanco a rosado, gris, verde, castaño y negro, según la cantidad de hierro presente. El lustre varía de vidrioso a perlado, plateado, ceroso y resinoso,

1.4 Dureza

 La dureza se mide con referencia a una escala arbitraria conocida como escala de Mohr, De acuerdo con la misma, el diamante es el mineral más duro y se le asigna el valor de 10. En el otro extremo de la escala está el mineral más blando, el talco, que puede rayarse con la uña; su dureza recibe el valor de 1. Los minerales que pueden rayarse con una cuchilla o navaja tienen valores inferiores a 6 en dicha escala.

 1.5 Gravedad específica

Esta se representa por un número que indica la relación entre el peso de un cierto volumen de mineral y su volumen desplazado en agua. El valor varia de 2.5 a 5 para los minerales primarios, siendo más alto cuanta mayor sea la cantidad de hierro presente. Como verá en la Unidad 4, la gravedad específica de los minerales es un indicativo de la Densidad Real de los Suelos.

 

1.6 Susceptibilidad a la descomposición .

Es la resistencia que ofrece el mineral a la descomposición por el agua natural carbonatada y puede expresarse por una escala de 1 a 10, usando el valor de 10 para el mineral más susceptible. El orden de los diferentes minerales es: cuarzo (SiO2), magnetita (mineral de hierro), moscovita (mica), plagioclasa (feldespato sódico), hornblenda (anfibol), augita (piroxeno), olivino (mineral de magnesio) y apatita (fosfato); siendo este último el más susceptible a la descomposición química según la escala o secuencia de la estabilidad relativa de los minerales a la meteorización sugerida por Goldrich, y comentada anteriormente.

En la Tabla 1 se representan las características de los principales minerales primarios de las rocas para que sea estudiada y analizada de acuerdo con lo visto.

Tabla 1 : Características de los minerales primarios de las rocas.

 2 MINERALES SECUNDARIOS

 Los minerales secundarios provienen de los minerales primarios y tienen un tamaño de partícula más pequeño, menor a 0.002 milímetros de diámetro. Se les denomina minerales arcillosos por tener el tamaño de la arcilla. Los minerales arcillosos se desarrollan a partir de los piroxenos, anfíboles, micas y feldespatos. Los minerales arcillosos tienen la propiedad de intercambiar iones absorbidos en su superficie, por esta característica se los considera como el coloide mineral del suelo. De los minerales secundarios depende la fertilidad natural o actual del suelo, es decir: de acuerdo con el tipo de arcilla desarrollado tendremos mayor o menor fertilidad para los cultivos.

La mayoría de los minerales arcillosos tiene una relación silice-alúmina, lo que da una fórmula estructural espacial en donde se arreglan tetraedros de sílice y octaedros de aluminio. De acuerdo con el arreglo de tetraedros (Si) y octaedros (Al), los minerales arcillosos se dividen:

 2.1 Minerales arcillosos bilaminares o del grupo 1:1

 Tienen una relación silice: alumina 1:1. El mineral arcilloso bilaminar más importante es la caolinita, que es una arcilla que tiene un alto grado de estabilidad y se encuentra en suelos altamente meteorizados. Se la considera una arcilla de baja actividad iónica, es decir: tiene poca capacidad para retener iones (CIC = 3-10 me/100g de arcilla); por esto, se le califica como una arcilla pobre o desaturada que ofrece muy baja fertilidad al suelo. Los suelos caoliníticos, generalmente se presentan en climas lluviosos como los de los Llanos Orientales, Amazonia, Costa Pacífica y Región Andina. Las lluvias intensas lavan los iones como calcio, magnesio, potasio y sodio y dejan el suelo pobre de bases y con altas concentraciones de hierro y aluminio, que es lo último que se pierde en el suelo. Generalmente es la arcilla que se utiliza en los chircales para la fabricación de ladrillo y teja de barro.

Figura 2: Representación espacial de la arcilla caolinita

Otro mineral que pertenece a este grupo, pero menos abundante, es la haloisita (es una caolinita hidratada) con capacidad de intercambio catiónico (CIC = 20 me/100g de arcilla).

 2.2 Minerales arcillosos trilaminares o del grupo 2:1

Tienen una relación sílice : alúmina 2:1, es decir: por cada dos tetraedros de sílice presentan un octaedro de aluminio en su estructura cristalina. Generalmente, a este grupo de minerales arcillosos pertenecen arcillas de alta actividad iónica, es decir: tienen una alta capacidad para retener iones en su superficie; por eso, se les califica como arcillas ricas O saturadas en bases como calcio, magnesio, potasio y sodio, que ofrecen una alta fertilidad química al suelo.

Dentro de este grupo se distinguen las arcillas expandibles y las no expandibles. La arcilla expandible más común en los suelos colombianos es la montmorillonita, que tiene como característica contraerse en verano para formar suelos agrietados y expandirse en invierno cuando se hidrata. Tiene un espacio interlaminar de 12 a 14 Angstrom, el doble de la caolinita, propiedad que le permite acumular más agua y retener más jones, pues su capacidad de intercambio catiónico está entre 15 y 150 me/100g de arcilla. Los suelos montmorilloníticos se presentan generalmente en regiones subhúmedas o secas y son frecuentes en los valles del Cauca, Alto Magdalena, Sinú, Zulia, Patía y zonas subhúmedas de la Región Andina.

Al grupo de arcillas no expandibles pertenecen la illita y la vermiculita, que se derivan a partir de las micas hidratadas como moscovita. La illita tiene un espacio interlaminar de 10 Angstrom y una capacidad de intercambio catiónico de 10 a 50 miliequivalentes por 100 gramos de arcilla. La vermiculita tiene un espacio interlaminar de 15 Angstrom y una capacidad de intercambio catiónico de 100 a 150 miliequivalentes por 100 gramos de arcilla. A las arcillas no expandibles se les denomina en algunos textos como integrados 2:1, las cuales tienen propiedad de fijar potasio en su espacio interlaminar. 

Figura 3: Representación espacial de la montmorillonita 

2.3 Minerales amorfos o accesorios

 En estos minerales la relación sílice: aluminio varía entre 0.5 y 1.3; es decir, los tetraedros de Si y los octaedros de Al se disponen irregularmente, Los minerales de este grupo se forman con frecuencia durante la meteorización de la ceniza volcánica.

La alófana (compuesto de la ceniza volcánica) es el principal representante de este grupo de minerales. Pertenecen también a este grupo los óxidos de hierro (hematita, goetita y magnetita) y los óxidos de aluminio (gibsita, boemita y corindón).

 El carácter amorfo de la ceniza volcánica resulta de la alófana que es un compuesto poroso de gran superficie especifica y con gran cantidad de óxidos de hierro y manganeso. Por sus características, la alófana ocupa una posición intermedia entre los minerales arcillosos y los óxidos del suelo. La estructura porosa de la alófana facilita la retención de agua de los suelos y el buen drenaje de aireación. Su capacidad de intercambio catiónica es alta (CIC mayor a 100 miliequivalentes por 100 gramos de alófano) y tiene un alto poder de fijación de fosfatos, por eso la alta fertilización fosfórica necesaria en estos suelos. La descomposición de la ceniza volcánica (alófana) puede llevar a la formación de caolinita y gibsita. 

Referencia

·    Castro, H. (1998). Fundamentos para el conocimiento y manejo de suelos agrícolas. Tunja, Colombia: Instituto Universitario Juan de castellanos