Genesis of Quartz in Mediterranean Soils

Resumen

La fracción arena del suelo (50-2000 μm) se asume que es heredada de la roca madre y ha sido considerada históricamente útil para proporcionar información acerca del tipo de material parental y de su grado de alteración. Sin embargo, existe un gap de información sobre el potencial de esta fracción en los estudios pedogenéticos, ya que son pocos los trabajos que la han empleado como objeto de estudio. El cuarzo es un constituyente importante de los suelos y se concentra en la fracción arena debido mayoritariamente a herencia, tanto como un constituyente clástico procedente de la roca madre por desintegración física (fragmentación) o por disolución (como ocurre en las rocas carbonatadas), como por aportes eólicos a la superficie del suelo. El cuarzo es uno de los minerales químicamente más puros de la naturaleza, después del diamante y el grafito. Sin embargo, contiene elementos traza en bajas concentraciones debido a sustituciones de Si y a incorporaciones intersticiales de elementos dentro de la estructura cristalina. Además, su alta dureza y baja solubilidad en agua hacen que el cuarzo sea un mineral muy estable facilitando su enriquecimiento en sedimentos y rocas clásticas. Esto posibilita que el cuarzo recoja y mantenga, en su superficie, rasgos adquiridos por alteración (física o química) y/o precipitación, los cuales son empleados con gran eficacia en interpretaciones medioambientales de sedimentos, suelos y materiales. La presente Tesis Doctoral evalúa, en materiales del ámbito Mediterráneo, la fracción arena y el cuarzo contenido en ella. Se trabaja sobre suelos pertenecientes a una cronosecuencia de las terrazas fluviales del río Guadalquivir y sobre materiales eólicos depositados en el sur de la Península Ibérica. La principal hipótesis es que la fracción arena y su principal constituyente, el mineral cuarzo, son indicadores de la génesis y procedencia en los materiales de suelos y polvos eólicos del ambiente Mediterráneo. Se realizan estudios mineralógicos (difracción de rayos-X –DRX-), de composición elemental (mayores y menores incluidas tierras raras, rare earth elements -REE-) (espectrometría de emisión por plasma de acoplamiento inductivo -ICP-OES-, espectrometría de masas de plasma acoplado por inducción -ICP-MS-, espectrometría de masas de plasma acoplado por inducción con sistema de ablación láser -LA-ICP-MS-, microscopía electrónica de barrido de electrones retrodispersados -SEM-BSE-, microscopía electrónica de barrido con microanálisis por dispersión de energías de rayos-X -SEM-EDX-, microscopio electrónico de barrido de presión variable equipado con microanálisis EDX, y análisis químico-estructural por espectroscopía Raman - VP-SEM-EDX Raman-, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución –HRTEM-) y morfológicos (SEM-EDX, SEM-BSE, microscopía electrónica de barrido con detector de catodoluminiscencia -SEM-CL-, análisis de imagen –IA-, sobre especies minerales, fundamentalmente cuarzo) para obtener información sobre la procedencia y génesis tanto de los materiales edáficos como eólicos. El estudio de la mineralogía y composición elemental (mayores y menores incluidas REE, con la ayuda de los índices geoquímicos de alteración/evolución) han demostrado la idoneidad de la fracción arena, del suelo de ambientes Mediterráneos, como proveedora de información pedogenética, lo que permite: discutir el origen de los diferentes minerales que contiene y, por tanto, del material del suelo; y conocer la alteración pedogenética que sufre esta fracción granulométrica y la velocidad con que evolucionan sus propiedades y alteración mediante el establecimiento de cronofunciones. Además, el estudio del contenido de elementos traza del mineral cuarzo así como su estructura cristalina, en las arenas de los suelos de una cronosecuencia del río Guadalquivir, han permitido establecer tanto su origen litológico (se han distinguido seis tipos de cuarzos: cuarzo metamórfico, cuarzo granítico no deformado, cuarzo granítico fuertemente alterado, cuarzo granítico recristalizado -deformado-, cuarzo de arenisca y cuarzo hidrotermal) como su procedencia (Macizo Ibérico, Cordilleras Béticas y Cuenca Cenozoica del Guadalquivir). La caracterización granulométrica y compositiva (mineralogía, elementos químicos mayores y menores) del polvo atmosférico (y de los iberulitos contenidos en él) depositado en un ambiente Mediterráneo aporta información sobre su procedencia. Las muestras de polvo atmosférico fueron originadas tanto en focos locales como africanos. De acuerdo con la mineralogía, proceden del norte-noreste de África y de suelos regionales. Además, la morfología de los granos de cuarzos eólicos es indicativa de procedencia y de la alteración sufrida en el transporte atmosférico. Los granos de cuarzo de origen africano, respecto a los de origen local, presentan las siguientes propiedades: a) mayor presencia de las microtexturas ‘bulbous edges’ y ‘upturned plates’ en su superficie; y b) para los parámetros de forma del cuarzo (shape parameters), menores valores de área, perímetro, feret máximo y mínimo, ‘major axis’, ‘minor axis’, y ‘shape fator’, y mayores valores para ‘aspect ratio’. Todo ello ha demostrado la potencialidad de la fracción granulométrica arena como informadora de la pedogénesis en suelos Mediterráneos, así como la idoneidad del mineral cuarzo, tanto en suelos como en materiales eólicos, como indicador de procedencia y alteración, pudiendo por si sólo aportar información de gran interés para las Ciencias de la Tierra.