GEOQ1-15 Introducción

GEOQUIMICA Cap I: Introduccin

Preparado por: Miguel Calcina B.

Fuente: H. Rivera, White.

25/04/2015 Geoquimica EPIG-UNA 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNO

Escuela Profesional de Ingeniera Geolgica

Curso Geoqumica

1. Introduccin

Schnbein en 1838. Por la etimologa de la palabra, geoqumica es de algn modo como una unin entre la geologa y qumica, sera una suposicin buena; pero cmo es la qumica y geologa combinadas dentro de la geoqumica?, cul es la relacin entre ellos?

Quizs la mejor explicacin es aclarar que en la geoqumica, usamos las herramientas de qumica para resolver los problemas geolgicos; es decir, usamos la qumica para entender la Tierra y cmo funciona. (White, 2000).

La geoqumica involucra las aplicaciones de los principios de qumica a la solucin de problemas geolgicos.

Mucho de lo que sabemos cmo se formaron la Tierra y el Sistema solar, han venido de las investigaciones de la qumica de los meteoritos.


Problemas abordados a travs de la Geoqumica

Cuantificacin de la escala de tiempo geolgico

Formacin de la Tierra Qumica meteoritos

Temperatura y profundidad de cmaras magmticas

Existencia de plumas del manto

Sedimentos se subduccin y se reciclan

Presin y temperatura de rocas metamrficas

Tasas de levantamiento y erosin de cadenas montaosas

Origen de la atmsfera, corteza, manto y ncleo

Origen de la vida en la tierra y de otros planetas?

Origen de los recursos no renovables (minerales, petrleo)


La geoqumica queda al corazn de ciencia medioambiental y las preocupaciones medioambientales. Los problemas como: la lluvia cida, el agujero de ozono, el efecto invernadero y recalentamiento global, la contaminacin o pulucin de agua y suelo son los problemas de la geoqumica. Dirigindose estos problemas requiere un conocimiento de la geoqumica. La mayora de nuestros recursos no-renovables, como las menas de metal y petrleo, se forma a travs de los procesos geoqumicos. La localizacin o incremento de nuevas fuentes de recursos requiere conocimientos de la geoqumica. En resumen, cada aspecto de las ciencias de tierra ha estado avanzado a travs de la geoqumica.


Ciencia Interdisciplinar


Aunque la geoqumica es

una subdisciplina de

ciencia de tierra, es un

tema muy amplio. Tan

amplio que nadie

realmente puede

dominarlo todos; los

geoqumicos se

especializan en uno o unos

aspectos, como la qumica

atmosfrica, la geoqumica

termodinmica, la

geoqumica del istopo, la

qumica marina, la

geoqumica de elemento

traza, la qumica de la

tierra, etc.

Concepto de Geoquimica

Es la ciencia que estudia en forma cualitativa y cuantitativa la qumica de los materiales que se encuentran en las gesferas internas (ncleo, manto) y externas (litosfera, atmsfera, hidrosfera y biosfera) que forman la Tierra y las leyes que controlan la distribucin de los elementos qumicos y sus istopos en cada una de estas partes y entre ellas. F.W. Clarke, define como un estudio de los cambios producidos en los sistemas qumicos naturales como las rocas. Esta no distingue la qumica petrolgica y mineralgica;


Solo a partir de los trabajos de W.J.Vernadsky y A.E. Fersman mineralogistasgeoqumicos rusos, se define el objeto y finalidad de la geoqumica como el estudio de la historia de los elementos qumicos y tomos en condiciones de la corteza terrestre y cosmos en el pasado y presente, bajo diferentes condiciones termodinmicas y fisicoqumicas naturales. Segn Goldschmidt, la geoquimica puede definirse como la medicion de la abundancia relativa y absoluta de los elementos de las distintas partes de la tierra, con el objeto de discubrir los principios que gobiernan su distribucin y migracin por todo el ciclo geolgico.


Determinar la abundancia absoluta y relativa de los elementos y sus especies qumicas en los diferentes sistemas naturales de la Tierra. Estudiar la distribucin y migracin de los elementos en las diferentes partes que conforman la Tierra (litosfera, atmsfera, hidrosfera, biosfera), con el objeto de obtener informacin sobre los principios que gobiernan la migracin y distribucin de los elementos (entre los diferentes sistemas naturales). Su aprovechamiento para el bienestar social:

Obtener recursos naturales (menas e hidrocarburos) Estudiar la calidad del ambiente y como evitar la contaminacin ; todo esto para el beneficio de la humanidad


Sus Objetivos son:

Geoqumico se apoya en:

Datos analticos de materiales naturales: Rocas, suelos, sedimentos, gases, aguas, organismos y sus productos de degradacin.

Datos geofsicos, cosmoqumicos (meteoritos y datos de sondas espaciales): Para tratar de inferir procesos en el interior del planeta.

Sntesis de minerales y su condicin de estabilidad


Problema del geoqumico

Trabajo de campo. Recoleccin de muestras (aguas, suelos, sedimentos, rocas, gases, crudos).

Anlisis qumicos de acuerdo al problema planteado (qumica analtica, qumica inorgnica, qumica orgnica, fisicoqumica).

Interpretacin de los anlisis qumicos de acuerdo al conocimiento de los sistemas naturales: Geologa y Geoqumica.


Interpretaciones Geoqumicas

Se requiere conocer y entender los procesos geolgicos y tener conocimientos claros de la qumica de estos procesos para poder realizar las interpretaciones adecuadas.

Para poder realizar los estudios geoqumicos se requiere comenzar por entender los cambios que ocurren y han ocurrido en la tierra y las consecuencias de estos cambios


Desarrollo de la Geoqumica como Ciencia

Schnbein vez. F.W. Clarke, qumico U.S. Geological Survey, 1884-1925,

The Data of Geochemistry- l924). Se bas en una enorme cantidad de investigaciones analticas realizadas en los laboratorios del Servicio Geolgico de EE.UU., que constituye una fuente importante de informacin, en el cual define a la Geoqumica:

En esta definicin no se distingue esencialmente de la Petrologa o para ser ms especfico de la qumica petrolgica y mineralgica.


A partir de los trabajos de W.J. Vernadsky y A.E. Fersman mineralogistas-geoqumicos rusos, este ltimo defini el objeto y finalidad de la geoqumica, como :

en condiciones de la corteza terrestre y el cosmos, en el pasado y en el presente, bajo diferentes condiciones

V.M. Goldschmidt: El principal propsito de la Geoqumica es por una parte, determinar de forma cuantitativa la composicin de la tierra y sus partes, y por otro lado, descubrir las leyes que controlan la distribucin individual de los elementos.


Seala tres tareas fundamentales de la geoqumica:

a) Determinacin de las relaciones cuantitativas de los elementos y tomos en las esferas geoqumicas de la Tierra.

b) Explicacin de la distribucin de los elementos en las esferas geoqumicas de la Tierra, es decir, en los minerales y las rocas de la litosfera y en los productos naturales de toda clase.

c) Descubrir las leyes que rigen las relaciones cuantitativas y la distribucin de los elementos


V.M. Goldschmidt

Divisin de la geoqumica

1.- Aspecto geolgico de investigacin

Litogeoqumica. Comprende la geoqumica de la corteza slida de la Tierra, que abarca, en trminos generales, el estudio de la composicin elemental y sus relaciones con las rocas, suelos y sedimentos.

a) Geoqumica de las rocas = Petroqumica.

b) Geoqumica de los suelos = Pedogeoqumica.

c) Geoqumica de los sedimentos inconsolidados.

d) Geoqumica de los elementos principales y trazas de los minerales = Qumica mineral.


Hidrogeoqumica. Estudia la composicin elemental y compuestos qumicos de las aguas superficiales y subterrneas incluyendo aguas termales. Biogeoqumica. Estudia la geoqumica de la materia viviente incluyendo sus productos fsiles (geoqumica orgnica) Atmogeoqumica. Estudia la geoqumica de gases especialmente los de la atmsfera y de los gases que acompaan a depsitos minerales y petrolferos. Cosmogeoqumica. Estudia la qumica de la materia extraterrestre, especialmente de los meteoritos, rocas lunares, planetas y la composicin elemental de la luz emitida por los astros del universo.


Geoqumica de istopos, La deteccin e interpretacin de las variaciones naturales de los istopos aplicados a problemas geolgicos. Campos especiales: radiogeoqumica (geoqumica de elementos radioactivos e istopos y la determinacin fsica de edades por medio de istopos estables e inestables).

Geoqumica de elementos trazas. Es la determinacin de las leyes de la distribucin de los elementos traza en los minerales y en las rocas, para la clarificacin de la cristaloqumica, problemas genticos y para la utilizacin prctica de estos elementos, discriminar los ambientes de formacin de magmas o rocas gneas


2.- Aspecto de su aplicacin o la geoqumica aplicada.

Se desarrolla principalmente en la actividad prospectiva de los recursos naturales metlicos y no metlicos. As como energticos carbn y petrleo.

Prospeccin geoqumica, Usa las leyes geoqumicas generales y regionales en la prospeccin geolgica, especialmente en la exploracin de depsitos minerales y de hidrocarburos, puede ser prospeccin orientada y tcita.


Geoqumica aplicada

Geoqumica ambiental, Estudia los procesos geoqumicos producidos por la actuacin de los seres humanos (antropognica) en cualquier medio geolgico (litsfera, hidrsfera, atmsfera, biosfera) y su impacto sobre la vida humana, animal y plantas. Contrasta entre los background y anomalas naturales con aquellas producidas como anomalas antropognicas a escala local y regional. As tambin su incidencia de las enfermedades en regiones determinadas.


Instrumentos del Geoqumico


Geoqumica de Suelos

Lito

geo

qu

mica

Geoqumica Sedimentos/HMC

La tecnologa ha dado las herramientas modernas a los geoqumicos que les permiten estudiar la Tierra, caso que los pioneros de este campo no tuvieron ni soado. La microsonda de electrones nos permite analizar los granos minerales en la escala de micras en cuestin de minutos, el microscopio electrnico nos permite ver los mismos minerales casi a la escala atmica.

Tcnicas tales como la difraccin de rayos X, resonancia magntica nuclear y espectroscopia de Raman y de infrarrojos nos permiten examinar el ordenamiento atmico y las uniones de los materiales naturales.

Las sondas de iones nos permite hacer estas cosas en las muestras de escala del micrn. Tcnicas analticas, tales como fluorescencia de rayos X y espectrometra de plasma acoplado por induccin nos permite realizar anlisis en minutos que con tcnicas "clsicas" podran ser en das.


Geoqumica y Desarrollo Tecnolgico

Tecnologa Geoqumica Simbiosis

Los espectrmetros de masas nos permite determinar la edad de las rocas y la temperatura de los mares antiguos.

Todo esto se hace con mayor precisin y exactitud lo que no era posible slo unas dcadas atrs.

Mega-computadoras con megahertz de fuerza y de megabytes de memoria nos permite realizar en segundos clculos termodinmicos que han tardado aos de vidas hace medio siglo, las giga-computadoras a la vuelta de la esquina nos ofrece an ms potencia.

Nuevos instrumentos y tcnicas de anlisis estn desarrollando promesas de sensibilidad an mayor, velocidad, exactitud y precisin. Juntos, estos avances nos acercan cada vez ms a nuestro objetivo sobre la comprensin de la Tierra y su entorno csmico.


Ciclo geoquimico

Es la secuencia de etapas producen en el proceso de migracin de elementos durante los cambios geolgicos

Condiciones fsicas, qumicas y fisicoqumicas que definen el ambiente geoqumico


Ciclo geoqumico


Ambiente superficial o secundario

Ambiente profundo o primario

Fuente: Sonia MBO/usp.br

O ciclo geoqumico: uma viso geotectnica

Estgio 1: As cristas mdio-ocenicas

Estgio 2: Subduco

Estgio 3: Eroso


O ciclo geoqumico

Estgio 1: A crista mdio-ocenica

A crosta basltica forma-se a partir do manto

A gua do mar reage com o basalto e este

se enriquece em H2O, O2, CO2, S, Na, Mg, U.

A gua do mar ganha K e Ca do basalto.


O ciclo geoqumico

Estgio 2: Subduco nas margens ativas

Material subductado (sedimento+gua+basalto)

volta para o manto. U, K e gua do mar

so reciclados. Esse material volta

no magmatismo andestico.


O ciclo geoqumico

Estgio 3: Eroso nos continentes

Ciclagem dos elementos pela biosfera. Transporte de massa dos continentes para os oceanos e reciclagem. Por exemplo, o K levado para os oceanos, onde entra nos sedimentos, que sero subductados, voltando crosta continental.


Tendncias (1) A longo prazo: A morte do Sol

Daqui a 5 bilhes de anos, o Sol dever comear a queimar He em C e O, e tornar-se uma gigante vermelha, com volume crescente e temperatura decrescente. Acaba queimando os planetas e se extingue como an branca.


Tendncias (2)

A mdio prazo: A Terra paralisada

O motor interno cessa. No se elevam mais relevos. Tudo se aplaina. A biosfera sobreviver ? de que maneira ?

Tendncias (3)

A curto prazo: a influncia antrpica

O homem usa 20 ton/ano de materiais geolgicos. Isso maior

que a velocidade de formao da crosta ocenica.

O homem pe mais CO2 na atmosfera que o vulcanismo da zona

de subduco.

O homem intensificou a eroso mais de 1000 vezes.


Relacin con la petrognesis y la metalognia

Fundamental p/ investigacin de los procesos petrogenticos en fm Rs Ig, Sed y Metm.

Para identificar la genesis Rs problema identificar el protolito q puede ser de origen mantlico caso de magmas basalticos o puede ser cortical caso de muchas asociaciones granticas

La comp. Qumica y Mineralgica de los materiales

Elementos mayores, menores y trazas del magma.


Relacin con la petrognesis y la metalognesis

Un estudio geoquimico adecuado indica las Rs mas representativas hasta las rocas mas evolucionados.

En la metalogenia, la geoqumica es una cs auxiliar con amplio espectro de uso. Por criterios geoqumicos pueden identificarse asociaciones volcnicas o plutnicas especializados (ej. Granitos estinferos o wolframferos).

Descriminar tipologias / igneas frtiles de las infertiles. Tambien la geoqumica es una herramienta en la prospeccion (Prosp. Radiometricas, prosp de suelos, drenajes, stream sediments, elem volatiles etc. 25/04/2015 Geoquimica EPIG-UNA 33

Areas de Estudios y Publicaciones

A partir de mediados del siglo XX, la Geoqumica comienza a dividirse en diferentes reas de estudio, como por ejemplo Geoqumica Inorgnica, Geoqumica Orgnica, Prospeccin Geoqumica, Geoqumica de elementos traza, Geoqumica Isotpica, Geoqumica Ambiental. La organizacin de Sociedades Geoqumicas se relaciona con la aparicin de Publicaciones Peridicas en diferentes reas de la Geoqumica: Geochimica et Cosmochimica Acta, Chemical Geology, Applied Geochemistry, Earth and Planetary Science Letter, Journal of Geochemical Exploration, Economic Geology American Journal of Science, Nature, Science, Organic Geochemistry, Revista Latinoamericana de Geoqumica Orgnica, Enviromental Geochemistry and Health, Journal of South American Earth Sciences, Fuel, Biogeochemistry.


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