Geoquímica 1

8/12/2019 Geoqumica 1

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GEOQUIMICAGENERAL Y APLICADA

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION

ESCUELA DE GEOLOGIA

ING. REYNALDO MEJIA CACERES

PERU MINERO Y CIENTIFICO


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INTRODUCCIN

La Geoqumica es una ramaespecializada de la Geologa de suma

importancia en la bsqueda deyacimientos minerales y dehidrocarburos. muy til en laclasificacin de las rocas gneas,yacimientos metlicos y ltimamenteen el desarrollo de la investigacinambiental.


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GEOQUIMICA GENERAL

Etimolgicamente la geoqumica esla ciencia que estudia la qumica de losmateriales que se encuentran en la

Tierra (geo, Tierra, chimios, qumica.Qumica de la Tierra)

F. W. Clarke define a laGeoqumicacomo el estudio de los

cambios producidos en los sistemasqumicos naturales, representados stospor las rocas

CONCEPTO DE GEOQUIMICA


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Abarca los siguientes objetivos:Estudia la distribucin cuantitativa de

los elementos qumicos en la cortezaterrestre su disposicin yconcentracin local.

Estudia las combinaciones de los

diversos elementos en la cortezaterrestre y su distribucin en elespacio y en el tiempo por accin delos agentes o procesos qumicos.

Estudia la migracin de los elementosy sus leyes determinadas por lasdiferentes condiciones

termodinmicas del medio ambiente.


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Goldschmidt seal 3 tareas fundamentales

de la geoqumica:a) Determinacin de las relacionescuantitativas de los elementos y tomos enlas esferas geoqumicas de la tierra.

b) Explicacin de la distribucin de loselementos en las esferas geoqumicas de laTierra es decir en los minerales y las rocasde la litosfera y en los productos naturalesde toda clase.

c) Descubrir las leyes que rigen lasrelaciones cuantitativas y la distribucin delos elementos


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RELACIONES DE LAS CIENCIAS CON LAGEOQUMICAS Y SUS RAMAS ESPECIALIZADAS


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LA GEOQUIMICA Y LAS RAMAS DE LA CIENCIA

DIVISION DE LA GEOQUMICA :La geoqumica puede serdividida de acuerdo a dos puntos de vista

1. El aspecto Geolgico de invest igacin.-

Litogeoqumica.- Comprende la geoqumica de lacorteza slida de la tierra, que abarca en trminosgenerales, el estudio de la composicin elemental ysus relaciones con las rocas, suelos y sedimentos.

Hidrogeoqumica.- Estudia la composicinelemental y compuestos qumicos de lasaguas superficiales y subterrneas,incluyendo aguas termales.


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Biogeoqumica.- Estudia la geoqumica de la materiaviviente, incluyendo sus productos fsiles(geoqumica orgnica)

Atmogeoqumica.- Estudia la geoqumica de gases

especialmente los de la atmsfera y de los gases queacompaan a depsitos minerales y petrolferos.

Cosmogeoqumica.- Estudia la qumica de la materiaextraterrestre, especialmente el de los meteoritos,rocas lunares, planetas y la composicin elemental dela luz emitida por los astros del universo.


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2. El Aspecto de su Apl icacin.-

a. Prospeccin Geoqumica.- Es el uso de las leyesgeoqumicas generales y regionales en laprospeccin geolgica, especialmente en laexploracin de depsitos minerales y dehidrocarburos.

a. Geoqumica Ambiental.- Determina la distribucin,concentracin y migracin de los metales encualquier medio geolgico, suelos, agua y aire, y su

impacto sobre la vida humana, animal y plantasadems de su correlacin con la incidencia deenfermedades en una regin determinada.


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geoqumica de Elementos Traza.- Es la determinacinde las leyes de la distribucin de los elementos traza

en los minerales y en las rocas, para la clarificacinde la cristaloqumica, problemas genticos y para lautilizacin prctica de estos elementos.

Geoqumica Regional.- Es la determinacin de lasparticularidades geoqumicas de unidades

geolgicas regionales, especialmente de valorespromedio o Clarke regionales de provinciasgeoqumicas, petroqumicas y metalognicas.

Geoqumica Histrica.- Es la determinacin de la

dependencia de las leyes geoqumicas y los factoresen la historia geolgica en la tierra.


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CLASIFICACIN GEOQUMICA DE LOS ELEMENTOS

CARCTER GEOQUMICO:

En 1923, victor goldschmidt sugiri detalles de laanaloga de la composicin de la tierra y el promediocomposicional de los meteoritos.Postulo que las tres fases de los meteoritos, hierronativo, sulfuros y silicatos, tambin representan lastres zonas de la tierra: la capa externa de silicatos(corteza) una capa de xido sulfuro (manto) y un

ncleo de hierro, estando actualmente excluido lacapa de xido sulfuros por estudios geofisicos.


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CLASIFICACION DE GOLDSCHMIDT

Goldschmidt (1937) formul su concepto de la

afinidad de los elementos qumicos para las fasesfundamentales que comprende la tierra.Los Elementos Siderfilos:son aquellos quetienen afinidad al hierro. Estos elementostienden a concentrarse en el ncleo

terrestre (sidersfera), por lo tanto tieneescasa afinidad con el O y S.

Por ejemplo en el caso de los elementossiderfilos Fe-Ni- Co: Ru Rh Pd -Re-Os-

Ir y Pt tienen orbtales dque no estnllenados con electrones debajo de suorbital exterior.


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Los Elementos Calcfilos: Son aquellos quetienen afinidad con el azufre y cuyos

electrones estn mas disponibles ,astienden a formar iones y estos elementostienden a formar lazos covalentes con elazufre. Estos elementos estn

enriquecidos en el manto terrestre(calcsfera). De la misma manera algunoselementos calcfilos pueden agruparse osubagruparse por sus configuraciones

electrnicas y sus correspondientestendencias para formar enlaces polares ocovalentes tales como: S-Se-Te-Cu-Zn -Cd-As-Sb Bi - Ag -Hg.


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Los Elementos Litfilos: Son aquellosque tienen afinidad al oxgeno, tienden

a formar enlaces inicos con eloxgeno, como en los numerosossilicatos. Estos elementos son losmayores componentes de la corteza

terrestre (litosfera), finalmente sepuede considerar varios elementoslitfilos que son subagrupados dentrode elementos que tienen su propias

subafinidades, tal es el caso para el LiNa -K-Rb Cs Be Mg - Ca - Sr Ba Ti Zr Hf Th B Al - Ga y lastierras raras


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Los Elementos Atmfilos: Son los elementosque conforman la atmsfera principalmente losgases inertes o nobles afines al aire que sepresentan en estado libre (no combinado)debido a que su capa ms externa estrellenada con ocho electrones involucra a otroselementos como: O, N, H, etc.

Los Elementos Bifilos: Literalmente son loselementos afines a la vida, los cuales estnconcentrados en los organismos vivos

(biosfera).


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En el caso de bsqueda deyacimientos minerales porgeoqumica, los geoqumicos, muy

frecuentemente inician un programa poranlisis de sus muestras, para unelemento pathfinder o indicador, en vezde analizar por el elemento o elementosprincipales. Es de importancia notar

ciertos ejemplos de indicadores aqu, talcomo el Mo en la bsqueda de prfidosde Cu; el As en la bsqueda de vetas deoro , el Se en la bsqueda de depsitoscon sulfuros epigenticos y el Hg en labsqueda de menas complejas de Pb, Zny Ag.


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DISTRIBUCION Y ABUNDANCIA DE LOSELEMENTOS EN LA TIERRA

LA TIERRAUno de los problemas mas difciles de lageoqumica es la verificacin de la

composicin qumica de la tierra global.Las heterogeneidades fsicas sonrelativamente conocidas por la geofsicaespecialmente a travs de la sismologa,

como tambin la composicin elementalde la corteza, mientras que lasinterpretaciones de la regiones masprofundas de la tierra son hipotticas.


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la distribucin y dispersin de loselementos qumicos en la tierra pasopor varias etapas de acuerdo al ciclogeolgico:

1.-Una distribucin primaria tuvo lugarmientras el planeta se desarrollo en laforma como lo conocemos ahora, queconsta de corteza manto y ncleo a

travs de la denominadadiferenciacin geoqumica de la tierra


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2.-Existe una distribucin qumica cuandoun magma se solidifica para formar rocas

gneas y una dispersin de elementos enla roca circundante al magma poralteracin hidrotermal.

3.-Existe una distribucin y dispersin de los

elementos qumicos cuando cualquierclase de roca esta siendo intemperizada.

4.-Los sedimentos son formados comoresultado de una intensa segregacin

elemental y un factor que puedeinfluenciar grandemente en ladistribucin qumica sedimentaria son losefectos biolgicos.


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5.La accin metamrfica y metasomtica causauna redistribucin de los elementos qumicoshasta llegar al punto de anatexis con laformacin de magmas provenientes de rocaspreexistentes

Los factores fisicoqumicos que controlan

las citadas distribuciones son muchos comola presin ,la temperatura ,concentracinelemental. presencia o ausencia de voltiles ,

pH, Eh, solubilidad y los efectos bioqumicos


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DIFERENCIACION GEOQUIMICA PRIMARIA DELA TIERRA

La separacin de la corteza, manto yncleo terrestre se remontaprobablemente a los tiempos iniciales de

la formacin de la tierra. los elementos sedistribuan de acuerdo a su afinidad paralas fases existentes, los cuales seransilicatos en fusin, sulfuros en fusin,

metal en fusin y una atmsferaprimigenia.


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El hierro a causa de su abundancia

preponderante, fue comn en todas lasfases: silicato de hierro y magnesio,sulfuro de hierro y hierro libre. Loselementos que estaban solidificndose

para formar la corteza son mselectropositivos que el hierro, desalojarona este de la masa silicatada en fusin, elcual fue desplazado hacia el centro de la

tierra para formar el ncleo.


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3. Hidrosfera: Es la envoltura acuosa de la tierraprincipalmente agua dulce y salada,

4. Litosfera. Es la envoltura slida compuesta desilicatos llamada tambin corteza, cuya partesuperior es cida denominada sial (Si, Al,lcalis, OH) y la regin inferior es bsicallamada sima (Si, Al, Ca , Mg , Fe)

5. Chalcosfera. Llamado tambin manto que esuna capa de xidos y sulfuros,, sin embargo,contiene mas xidos y silicatos de Fe, Mg.

6. Siderosfera. Ncleo de Ni-Fe de la tierra laparte superior liquida y la parte inferiorprobablemente slida


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ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

Las evidencias ssmicas han mostrado que latierra esta dividida en tres zonas corteza (sial-sima), manto (superior e inferior) y ncleo(interno y externo).Las zonas y las gesferageoqumicas se superponen ,y la cortezasilica, y la simtica se separan por ladiscontinuidad de Conrad, considerndose ladiscontinuidad de Mohorovicich como lmitesque separan, la corteza del manto (a unaprofundidad de 15 a 30 Km. promedio);ladiscontinuidad de Gutemberg (a una

profundidad de 2900 Km.) que separa elmanto del ncleo, y la discontinuidad deLehmann a 5150 Km. que separa el ncleoexterno, del ncleo interno.


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Se tiene evidencias directas de lacomposicin de la corteza, pero se debe

confiar en las evidencias indirectas para losotros dos. Dado que el manto y el ncleorepresentan el 99% de la masa de la tierra.

El conocimiento de la densidad ,el campo

magntico, de las propiedades fsicas delncleo (estudios ssmicos) y de losmeteoritos de hierro (sideritos) nosconducen a un acuerdo general de que el

ncleo de la Tierra est compuesto de hierro(Fe) y nquel (Ni), en proporcin cercanaencontrada en la aleacin de Fe_Ni de losmeteoritos.


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ESTRUCTURA Y COMPOSICION DE LA TIERRA


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ESTRUCTURA INTERNA DE LA

TIERRA


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ESTRUCTURA INTERNA DE LAESTRUCTURA INTERNA DE LA

TIERRATIERRA


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ESTRUCTURA QUIMICAESTRUCTURA QUIMICA

Comparacin entre las distintas capas definidas a


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Comparacin entre las distintas capas definidas apartir de la composicin qumica y comportamiento

mecnico de las rocas


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Los datos geofsicossugieren que en el

ncleo estn presentes una pequeacantidad de slice (Si) y azufre (S) ydebido a que las ondas sno se propaganen el ncleo externo, se supone que stese encuentra en estado lquido.

El manto, por evidencias ssmicas, esheterognea tanto vertical comolateralmente; de las rocas gneasconocidas en superficie, slo tres ,la

Dunita, la peridotita y la eclogita tienenpropiedades elsticas que podran producirlas velocidades ssmicas observados en elManto superior.


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COMPOSICIN QUMICA

existe un acuerdo general de que la tierraest compuesta de O, Fe, Si, Mg, y enmenor cantidad Ni, S, Al y los otroselementos son insignificantes en

abundancia. P.e el hierro se presenta engrandes cantidades en el ncleo (86.3), elMg. es abundante en el manto y loselementos potasio, sodio, aluminio y calcio

otros comprenden importantesporcentajes en la corteza.


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La corteza es la capa mas externa ydelgada que consiste en una zonasuperior de composicin granticacon predominio de silicatos

alumnicos o sial y en su parteinferior de silicatos ptreos conpredominancia de magnesio de all elnombre de Sima o basltica ambassubcapas se encuentran separadaspor la discontinuidad de Conrad.

DISTRIBUCION Y ABUNDANCIA DE LOS

ELEMENTOS EN LA CORTEZA TERRESTRE


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Las suposiciones acerca del tamao ycomposicin pueden ser hechas de acuerdoa las siguientes subdivisiones de la corteza:

1.Sedimentos y rocas sedimentarias en lasuperficie de la corteza.

2.Material grantico en la parte superior de lacorteza continental.

3.Material basltico en la parte inferior de lacorteza continental. y la corteza ocenica.Otra aproximacin ms detallada es dividirla corteza geolgicamente: rea de escudos,rea de geosinclinales, continentes, etc.


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DISTRIBUCION DE LOS CONSTITUYENTES


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DISTRIBUCION DE LOS CONSTITUYENTESMAYORITARIOS DE LA CORTEZA


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En lo que se refiere a los elementos pocoabundantes. Los metales usuales cuyosyacimientos son conocidos estn en efecto

menos repartidos que los elementos pococomunes tales como las tierras raras, estehecho significa que ciertos elementos sehallan dispersos en minerales y rocas y seencuentran raramente concentrados,

mientras que los metales estnconcentrados pero no dispersos en lasrocas.Los procesos que dieron lugar a la formacinde la corteza separaron ciertos elementosqumicos del cuerpo principal de la tierra ylos concentraron en esta capa.


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Aun cuando muchos de estos elementos noson abundantes en la corteza, tienen unaconcentracin ms alta en esta zona que en

el resto de la tierra .En la cortezaencontramos los siguientes elementosfuertemente enriquecidos: H, Li, B, F, Na, Al,K, T, Rb, Y, Zr, Nb, I, Cs, Ba, La, tierrasraras, Hf, Ta, W, Te, Pb, Bi, Th,V..

Los elementos en la corteza terrestre sepueden clasificar de acuerdo a su porcentajeponderal (ver tabla) en primer lugar loselementos de la corteza terrestre en funcinde su porcentaje, o como unidad de

concentracin ppm (partes por milln) enesta zona se encuentran 80 elementosrepartidos en 3 grupos:


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El Grupo I. Comprende 12 elementos cuyoscontenidos sobrepasan los 1000 ppm omicrn/gramo y representan el 99.39% de

la composicin media de la corteza terrestre

El Grupo II. Engloba 46 elementos decomposicin entre 1 a 1000 ppm. yrepresentan el 0.37%.

El Grupo III. Comprende los 22 elementosrestantes cuyos contenidos son inferiores a1ppm. Y representan el 0.0004%. El grupoII, III son los que encierran a los elementos

traza


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En la tabla observamos que muchoselementos muy importantes

econmicamente son bastante raros,p.e el cobre es menos abundante queel zirconio, el vanadio es msabundante que el estao, etc. es

evidente que se debe establecer unadistincin entre la abundancia de unelemento y su geodisponibilidad.

DISTRIBUCION Y ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS


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DISTRIBUCION Y ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOSEN LA ATMNOSFERA, HIDROSFERA Y BIOSFERA

La interfase gas- lquido slido queexiste en la superficie de la tierra es deimportancia vital para el ser humano.ATMOSFERA.

La atmsfera es qumicamentesimple, su composicin normal, quepermanece bastante constante hastaalturas de 100 Km. en que se podraaadir otras sustancias menos

importantes como SO2,CO y otrasanlogas asociadasfundamentalmente con lasactividades humanas o con sucesosvolcnicos locales y otros.


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La composicin de la atmsfera primitiva dela tierra fue determinada por los procesos

que la formaron a partir del materialplanetario. Al formarse la tierra, su masa erasuficientemente grande para retener partedel hidrogeno, oxigeno, nitrgeno, y otrosgases que finalmente constituyeron laatmsfera e hidrosfera en realidad loselementos livianos se salvaron dedesvanecerse en el espacio porque quedaronatrapados en su interior desde donde luegofueron expelidos por la actividad volcnica enforma de H2O, N2,e H2,durante las sucesivas

etapas geolgicas.


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COMPOSICION QUMICA

En la composicin de la atmsfera actual , elnitrgeno (78.08%) y el oxigeno (20.95%)constituye el 99%,el 1% restante consiste deCO2 (0.03%), Ar, Ne, He, Kr, H2,CH4, O2,CO,O3 SO2.- La composicin es homognea dentro de losprimeros 10-17 Km. donde se registramovimientos de masas areas.- De 17 a 50-55 Km. el aire se mantiene estable,en tanto que la temperatura asciende de -50Grados C. a 0 grados c.(estratosfera).- En mesosfera 55-80 km., la temperaturadisminuye hasta cerca de -100 grados C. Y en latermosfera a 800 Km. La Temperatura es 1000grados centgrados.


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Uno de los cambios qumicos ms notablees la presencia entre 20 y 30 Km. De una

capa levemente rica en ozono (O3) comoresultado de la accin solar. Los rayossolares son tambin la causa de laionizacin parcial de los gases entre 80 y

100 Km.(ionosfera).


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Pero el ms conocido y preocupante de loscambios ,actualmente es el incremento en lamagnitud de la fuente de CO2,debido alconsumo de gran cantidad de combustiblesfsiles por la actividad humana, estoconduce a predecir el incremento de latemperatura debido al afecto de

greenhouse, aunque el CO2 es el msimportante de los gases antropognicos, essolo uno de los ms significantes, tambinhay que incluir el metano (CH4), xidonitroso (N2O),

y a los aerosoles (clorofluorcarbonos CFCs)que tambin contribuye al calentamientoglobal de la tierra.

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