05 ostroumov et al 2003 intemperismo quimico

Mineraloga y geoqumica de los procesos de degradacin en monumentos histricos 223

Mineraloga y geoqumica de los procesos de degradacinen monumentos histricos: primer acercamiento

a un caso mexicano (Morelia, Michoacn)

Mikhail Ostroumov1,*, Vctor Hugo Garduo-Monroy1, Hctor Carren-Nieto1,Rufino Lozano-Santa Cruz2

1Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo, Instituto de Investigaciones Metalrgicas,

Departamento de Geologa y Mineraloga.Ciudad Universitaria, Edificio U, Apdo. Postal 888, Morelia, Michoacn.2Universidad Nacional Autnoma de Mxico, Instituto de Geologa, Ciudad Universitaria, 04510 Mxico, D.F.

* [email protected]

RESUMEN

En este trabajo se presentan los primeros datos sobre las particularidades mineralgico

geoqumicas del proceso de degradacin en los monumentos histricos del Exconvento de San Francisco,

Morelia (Michoacn, Mxico). Este convento fue el primer conjunto arquitectnico del barroco en Morelia

(la construccin se termin en 1610) en construirse enteramente de rocas volcnicas piroclsticas

(cantera). Las muestras se caracterizaron por microscopa ptica, anlisis qumicos, difraccin de

rayos X y microscopa electrnica de barrido. Los resultados obtenidos muestran que la composicin

mineralgica, las particularidades geoqumicas y los procesos de alteracin de las 20 muestras analizadas

son semejantes en el monumento histrico estudiado. Como resultado de la degradacin se originaron

algunas neoformaciones minerales especficas entre las cuales predominan sulfatos (yeso), cloruros

(halita), fosfatos de calcio amorfos y, en menor proporcin, carbonatos (calcita, ankerita). Esta

composicin mineralgica muestra que los principales elementos indicadores de alteracin en los edificios

histricos estudiados son azufre, cloro y fsforo. Al mismo tiempo hay que sealar el diferente grado de

devitrificacin de las ignimbritas, lo que es un factor importante en su degradacin: una menor intensidad

y/o ausencia de devitrificacin es caracterstica de las ignimbritas que presentan buena consolidacin

y mejores propiedades de resistencia mecnica a los procesos de intemperismo.

Los resultados obtenidos aportan nuevos datos a la mineraloga de las formaciones minerales

recientes que son caractersticas de los procesos de degradacin en los monumentos histricos mexicanos

ubicados al suroeste de Mxico. Estos datos, a su vez, podrn servir en un futuro estudio sistemtico de

los conjuntos arquitectnicos no slo en la ciudad de Morelia sino tambin en otras ciudades de la

Repblica Mexicana que son consideradas en el mundo como patrimonio de la humanidad.

Palabras clave: Mineraloga, geoqumica, alteracin, monumentos histricos, Morelia, Mexico.

ABSTRACT

In the framework of ongoing research of the building stones used throughout the baroque style

period in the city of Morelia (Michoacan, Mexico), the mineralogical, geochemical and petrographical

properties of 20 ignimbrite samples were determined. Data were collected on weathered and unweathered

volcanic pyroclastic stonework from the San Francisco convent. This was the first architectural ensemble

of Morelia which was built entirely from this stone, called cantera (the construction ended in 1610).

The samples were studied by means of optical microscopy (OM), chemical analysis, Xray diffraction

(XRD), and scanning electron microscopy (SEM). The results show that the mineralogical composition,

geochemical features, and the alteration process of the analyzed samples are very similar in this historical

monument. As a result of degradation, some specific neoformations originated, such as sulfates (gypsum),

Revista Mexicana de Ciencias Geolgicas, v. 20, nm. 3, 2003, p. 223-232

Ostroumov et al.224

chlorides (halite), amorphous calcium phosphates, and in smaller proportion, carbonates (calcite,

ankerite). This mineralogical composition shows that the main elements indicating alteration in the

studied historical buildings are sulphur, chlorine and phosphorus. At the same time, it should be pointed

out that the different degree of devitrification in ignimbrite becomes a very important factor in its

degradation: lower intensity and/or absence of devitrification is a characteristic of ignimbrites, which

promotes good consolidation and better properties of mechanic resistance to alteration.

The results obtained in this research provide new information about the mineralogy of recent

formations that characterizes the degradation processes in Mexican historical monuments located in

southwestern Mexico. At the same time, these data may result useful in future systematic studies of

historical buildings, not only in the city of Morelia, but also in many other Mexican cities considered to

be part of UNESCOs Humankind Heritage.

Key words: Mineralogy, geochemistry, weathering, historical buildings, Morelia, Mexico.

INTRODUCCIN

Existe un consenso general de que al principio deltercer milenio sera importante llevar a cabo en todo elmundo actividades urgentes y necesarias para lapreservacin y conservacin de los monumentos y edificioshistricos. Sin duda alguna, el primer paso en cualquierestudio de este tipo es la identificacin y caracterizacin delos procesos y fenmenos de alterabilidad ms significativosque se desarrollaron y se desarrollan en los materialesptreos naturales. Se conoce que estos materiales secaracterizan no slo por poseer diferentes composicionesmineralgicas y particularidades geoqumicas, sino tambinpor presentar diversas texturas petrogrficas. Por eso, resultaclaro que solamente sobre la base del conocimiento de lacomposicin mineralgica, rasgos geoqumicos ypetrografa de estos materiales, sera posible explicar losmecanismos y particularidades de su intemperismo naturaly/o urbano, lo que finalmente servira para proponer en cadacaso concreto las metodologas adecuadas para suconservacin en el patrimonio histrico.

Se conoce bien que entre los procesos de alterabilidadque se desarrollan en los edificios y monumentos histricos,se puede distinguir dos tipos fundamentales: 1) naturales,que se caracterizan por los mismos mecanismos y productosde alteracin ya establecidos en diferentes tipos deyacimientos y rocas (Carroll, 1971), y 2) artificiales, loscuales estn relacionados con el ambiente especfico urbanoque conducen a la transformacin de los materiales ptreosnaturales. En otras palabras, los edificios y monumentosconstruidos con diferentes materiales ptreos, sufrenprocesos de alteracin que son, en gran medida, similares alos observados en las rocas naturales. Adems, en cada casoconcreto se aaden procesos especficos derivados de losambientes urbanos o industriales contaminados (Prada-Prez y lvarez-Prez, 1997; Marfunin, 1998).

ltimamente, en algunos pases europeos tales comoItalia, Francia, y Espaa se iniciaron estudios mineralgicosy geoqumicos de los procesos de degradacin que durante

siglos se han desarrollado en diferentes edificios ymonumentos histricos (e.g., Snchez-Navas et al., 1992;Franzini, 1995; Lpez-Acevedo et al., 1997). Comoresultado de estas investigaciones se distinguen actualmentelos siguientes procesos de alterabilidad ms significativos:formacin de ptinas de cantera, alteracin en ambientesindustriales y urbanos, interaccin con otros materiales deconstruccin, biodeterioro y ptinas naturales, y depsitosen fuentes monumentales.

Por otro lado, en el continente americano, y enparticular en Mxico, no se conocen todava investigacionesde este tipo a pesar de que muchos monumentos histricosdel barroco en Amrica Latina, por su edad, correspondena varios conjuntos arquitectnicos europeos en los queactualmente se realizan estudios mineralgicos ygeoqumicos detallados.

Considerando lo anterior, el objetivo de este trabajoes caracterizar, desde el punto de vista mineralgicogeoqumico, los procesos de degradacin que soncaractersticos en las rocas volcnicas piroclsticas(ignimbritas) usadas en la construccin de los edificios delcentro histrico de la ciudad de Morelia, en particular delExconvento de San Francisco. La construccin inicial delconvento se sita entre los aos 1525 a 1536, siendoterminada finalmente en 1610. Se eligi el estudio de esteExconvento debido a que fue el primer complejoarquitectnico de Morelia en construirse enteramente apartir de rocas volcnicas piroclsticas (cantera) y que,adems, engloba todas las etapas posteriores de construcciny reconstruccin de la ciudad.

Al principio de esta investigacin se realiz una seriede observaciones megascpicas de los materiales ptreos(cantera), tanto inalterados (sanos) como alterados, conla finalidad de identificar los sitios ms afectados por losprocesos de intemperismo natural y/o urbano. Luego sellev a cabo el muestreo detallado en diferentes partesalteradas de este convento con el fin de realizar diferentestipos de anlisis. En la Figura 1 se indica la ubicacin enplanta de los diferentes bloques donde se obtuvieron las


muestras de estudio en forma de ncleos.La extraccin de los ncleos de cantera del complejo

arquitectnico de San Francisco se realiz siguiendo lasiguiente metodologa. El equipo que se utiliz fue unanucleadora conformada por una motosierra transformada yuna broca cilndrica con punta de diamante de 2.54 x 17.78cm. Para extraer la muestra fue necesario realizar un corteen forma perpendicular a la cara de la mampostera, y,debido a que la nucleadora slo realiza el corte en la periferiadel ncleo, extraer posteriormente el ncleo que se mantienedentro del orificio. Las muestras finales para el estudiofueron cilindros de dimensiones promedio de 2 cm dedimetro y 8 cm de largo. Cabe destacar que muchos de losncleos se obtuvieron en forma fragmentada en dos o mspartes, porque al ir penetrando la herramienta de corte se

encontr con incrustaciones de pmez o fracturas que, anteel esfuerzo, se fracturaron rpidamente. Las muestras paralos diferentes estudios fueron recolectadas de las partessuperficiales (alteradas) y centrales (inalteradas) de esosncleos. Segn la evaluacin realizada, la profundidad dealteracin es bastante pequea (unos 23 mm) en la mayorade las muestras obtenidas y slo en algunas muestras (M-6) alcanza 35 mm.

Paralelamente a la extraccin de los ncleos slidosse colectaron polvos provenientes de la parte superficial dela mampostera del Exconvento con el fin de estudiar laseccin ms afectada por los procesos de intemperismo ydegradacin. En total se investigaron 20 muestras (M-1 aM-20) que fueron recolectadas en diferentes partes delExconvento de San Francisco (Figura 1). En un reciente

Figura 1. Plano del Exconvento San Francisco (Morelia, Michoacn), en el que se muestra la ubicacin de los diferentes bloques donde se obtuvieronncleos de cantera para el presente estudio (M1-M20).

Ostroumov et al.226

estudio, los gelogos de la Universidad Michoacana de SanNicols de Hidalgo (Garduo et al., 1999) han establecidoque las ignimbritas que se usaron en la construccin delcentro histrico de Morelia tuvieron su origen en ladepresin de Atcuaro, localizada al sur de la ciudad. Serecolectaron tambin muestras de esta depresin paracompararlas con las muestras del Excovento de SanFrancisco.

CARACTERIZACIN GEOLGICA BREVEDE LAS IGNIMBRITAS

El Estado de Michoacn es sin duda una de las reasms representativas del vulcanismo del Cinturn VolcnicoMexicano; tan slo en el Corredor Tarasco se alojan msde 1,000 conos formados por vulcanismo monogentico(Garduo et al., 1999), adems de ser la sede del surgimientode los dos volcanes ms recientes de Mxico, el Jorullo(1759) y el Paricutn (1943).

La depresin de Atcuaro se localiza en un edificioandestico, cuyas lavas han sido fechadas en 13 Ma, queposee en su cima una estructura caldrica con un radio deaproximadamente 3 kilmetros y desniveles de 100 metros.En la parte exterior de la misma se observan depsitos deco-ignimbritas (brechas) que confirman las faciesproximales de la destruccin del edificio andestico. Estaco-ignimbrita descansa sobre rocas andesticas del Miocenoque se encuentran muy fracturadas y alteradas. En el ncleoy los bordes internos de la caldera, la andesita est an msalterada por lo que las estructuras de erosin son msespectaculares. Sobre esta brecha de explosin descansanflujos piroclsticos de composicin rioltica (Cantera deMorelia), presentando variaciones tanto horizontales comolaterales. Los afloramientos ms importantes son los deCointzio, los del Ro Chiquito y los del centro histrico deMorelia. Estos flujos piroclsticos han sido fechados en 12Ma (Mioceno mediosuperior). Los niveles de ignimbritams utilizados para construir los edificios histricos msrepresentativos de la Ciudad de Morelia fueron tomados dela parte superior de la secuencia de flujos piroclsticos,correspondiendo a los productos ms soldados.

La composicin mineralgica de estas rocas todavano est bien estudiada. De acuerdo con algunos datosbibliogrficos (Demant, 1978), las rocas piroclsticas delEje Volcnico Transmexicano presentan, en trminos muygenerales, composicin rioltica a riodactica, y secaracterizan por tener una matriz pumtica devitrificada conla aparicin de un mosaico del cuarzo, plagioclasa decomposicin cida a media, sanidino, cristobalita, tridimita,en menor proporcin biotita, y en algunos casos piroxenoy hornblenda. En esta matriz se encuentran fenocristales delos mismos minerales. La naturaleza, dimensiones yabundancia de los fenocristales son muy variables. Lostpicos minerales accesorios son apatita y zircn. En algunoscasos se observan cristales de los minerales opacos (xidos):

magnetita, hematita, ilmenita. Estas rocas piroclsticas sedistinguen por las siguientes particularidades petrogrficas:a) textura tpica vitroclstica, caracterizada por la presenciade fragmentos de vidrio volcnico, que por ciertopredominan en las muestras estudiadas; y b) estructuraeutaxtica que se compone de bandas micro- ycriptocristalinas, y vtreas.

TCNICAS Y MTODOS DE ANLISIS

Con el objetivo de determinar las caractersticasprincipales petrogrficas, mineralgicas y geoqumicas delas ignimbritas estudiadas se utilizaron las siguientestcnicas analticas:

1) observacin petrogrfica en lminas delgadasutilizando un microscopio ptico de polarizacin (OlympusBX50) con aumentos hasta de x125;

2) anlisis qumicos por fluorescencia de rayos X(Espectrmetro marca Bruker SRS3000 usando 35 muestrasinternacionales de referencia para las curvas de calibracin);

3) anlisis por difraccin de rayos X (difractmetroSiemens 5000, con radiacin monocromtica de Cu Ka,=1.5406 , con 30 kV y 25 mA, con una constante detiempo 0.61.0 segundos y una constante de paso angular0.02 grados para 2); en el estudio difractomtrico de polvosprovenientes de la parte superficial de la mampostera delExconvento se realiz la preparacin de las muestrasorientadas naturales y tratadas;

4) observacin y estudio en un microscopioelectrnico de barrido (MEB), modelo JSM 64000, marcaJEOL, con un alcance de 300,000 magnificaciones,dimetro del haz de electrones de 10-2 a 10-5 , y conresolucin a 35 kV, con microanlisis por espectrmetrode dispersin de energa (EDS). Las muestras de ignimbritase espolvorearon directamente sobre un portamuestras dealuminio recubierto por una capa adhesiva de carbn paraposteriormente ser recubiertas con una pelcula de cobre,con un espesor aproximado de 10 . Debido a la altaresolucin del microscopio electrnico debe tenerse granprecaucin para minimizar la contaminacin de muestras yel dao debido a la irradiacin por el haz de electrones.

RESULTADOS

Microscopa ptica

La observacin de las secciones delgadas de todas lasmuestras estudiadas procedentes de las formacionespiroclsticas primarias han mostrado que ellas estnconstituidas por: 1) materiales vtreo, y en algunos casosvesicular, con inclusiones de material ltico (fragmentos deroca piroclstica); 2) fenocristales de sanidino, plagioclasade composicin principalmente cida a media (oligoclasaandesina), tres formas cristalinas de slice (cuarzo,


cristobalita y tridimita) y plaquetas de biotita. Por lo general,todos estos fenocristales estn agrietados y corroidos, yprctica mente no se observaron los individuos enteros biendefinidos. Los fenocristales estn incluidos en la masahipocristalina del vidrio volcnico. En algunos casos seobservan, con las magnificaciones altas, zonas connumerosos fragmentos y trozos de diferente morfologa(angulosa, curva, media luna, en forma de Y y/o irregular)distribuidos de forma heterognea en la masa hipocristalina.Los minerales secundarios son la sericita, clorita, zeolitas,hidrxidos de hierro, zircn y leucoxeno.

La textura tpica de las muestras estudiadas eslitocristaloclstica, en la cual predominan los fenocristalesy sus fragmentos distribuidos en una matriz afantica vtreay/o devitrificada (hipocristalina); los fragmentos de pmezy otros fragmentos de rocas piroclsticas se observan encantidad subordinada y con distribucin uniforme, lo quedetermina el aspecto visible de compactacin. En algunoscasos se observan todas las gradaciones entre las texturaslito-, cristalo- y vitroclsticas. En zonas que contienen vidriofresco se observan las texturas vtrea y fluida.

El vidrio volcnico es el componente caractersticode estas tobas soldadas, con un contenido que oscila entre25 y 75%. Este constituyente se caracteriza por presentardiferente grado de devitrificacin, el cual est relacionadocon la intensidad del proceso de su transformacinsecundaria. Se conoce que la devitrificacin es el procesode transformacin del vidrio volcnico en estado slido aun agregado criptocristalino de minerales, en el cual no seobservan individuos cristalinos bien definidos bajo elmicroscopio ptico.

En algunas zonas de devitrificacin se observanmicrolitos que se distinguen por su morfologa; ms seencuentran los espoculitos (ramas) y triquitos(gusanos). Adems, en algunos casos se observanfragmentos de vidrio fresco en cuyos bordes han cristalizadosanidino y cristobalita fibrosos, de modo que las aureolasconsisten en fibras cristalinas con arreglo perpendicularmientras que los ncleos permanecen hialinos e istropos.A este nivel no se observa alguna fase mineral que pudieraapuntar a un proceso especfico de alteracin de lasignimbritas primarias.

En suma, las muestras estudiadas presentan alrededorde 20% de feldespatos (sanidino, plagioclasa cida a media),2025% de vidrio volcnico fresco, 2575 % de fragmentosvtreos (devitrificados), as como 510 % de otroscomponentes (fenocristales de otras fases minerales yalgunas formaciones lticas).

Fluorescencia de rayos X

El estudio geoqumico de las ingnimbritas no alteradasprocedentes de la caldera de Atcuaro ha mostrado un ciertonmero de problemas especficos que estn relacionadoscon la representatividad de las muestras, pues en ellas se

observan litologas de diferente origen (tobas de diferentegrado de soldamiento, pmez, obsidiana, presencia dexenolitos, procesos de hidratacin secundaria, etc.). Losresultados obtenidos para las muestras de las tobas soldadasmuestran variaciones amplias en el contenido de loselementos principales.

Por ejemplo se puede indicar que, entre los elementosmayores, el contenido del SiO

2 vara de 68 a 79% (Tabla

1), lo que est relacionado con las variaciones en lacomposicin mineralgicopetrogrfica de estas rocasvolcnicas. De acuerdo con Soloviev (1976), estasignimbritas corresponden a rocas con alto contenido de Al(normativas en corindn, pertenecientes a una seriepotsicasdica) las cuales, adems, contienen ms potasio,titanio y menos hierro que las rocas riolticas metaluminosas.

Adems, elementos traza como Rb, Sr, Ba y Zr sepresentan en menor abundancia. Los tres primeroselementos son impurezas tpicas en feldespato potsico(sanidino) mientras que el zirconio se encuentra formandouna fase mineral propia (zircn).

xidos y elementos

Ignimbrita fresca (Atcuaro)

M-6 M-10 M-17

(% en peso)

SiO2 71.55 69.61 70.65 63.93 TiO2 0.47 0.15 0.14 0.17 Al2O3 13.62 11.44 11.78 10.92 Fe2O3 2.92 0.86 1.72 1.67

MnO 0.06 0.02 0.02 0.03 MgO 0.27 0.37 0.18 1.34 CaO 1.14 3.73 1.46 7.03

Na2O 4.00 2.64 3.27 2.76 K2O 4.01 4.17 4.59 3.68 P2O5 0.04 0.52 0.03 0.16

H2O+ 2.18 4.94 6.18 8.78 S - 2.17 0.51 0.68 Cl - 0.11 0.24 0.06

Suma 100.26 100.73 100.77 101.21

(ppm)

Rb 400 139 149 141 Sr 440 182 84 104

Ba 270 787 618 634 Y 255 30 28 26 Zr 120 143 117 122 Th 12 15 17 14 Pb 41 33 23 39 K/Rb 100.2 300 308 261

Rb/Sr 0.9 0.76 1.77 1.35 Na2O/K2O 0.99 0.63 0.71 0.75

Nota: El anlisis fue realizado con el programa RUIZF1.QAN, exceptoS y Cl, que fueron medidos en muestra prensada usando el programaSEMIQNT.

Tabla 1. Anlisis de muestras de ignimbrita del Exconvento San Franciscoen comparacin con una ignimbrita fresca. Determinacin de elementosmayores y traza por fluorescencia de Rayos X con la determinacinespecial de S y Cl.

Ostroumov et al.228

Figura 2. Composicin de una ignimbrita alterada (muestra M-6)normalizada contra la composicin estimada promedio de una ignimbritano alterada. a) elementos mayores; b) elementos traza.

En las muestras alteradas del Exconvento, el contenidode SiO

2 vara de 63.93 hasta 73.02 % en peso, lo que est

relacionado con las mismas variaciones que hemos indicadoanteriormente para las muestras frescas. Para caracterizarel comportamiento geoqumico de la alteracin en lasignimbritas estudiadas se normalizaron los contenidos dexidos mayores y elementos traza de las ignimbritasalteradas del Exconvento contra la composicin de unaignimbrita sin efectos de alteracin de la cantera (Figura2). Las ignimbritas alteradas presentan un empobrecimientorelativo en TiO

2, Fe

2O

3, Al

2O

3, y Na

2O, y un enriquecimiento

en CaO y P2O

5. Entre estos ltimos xidos, el calcio se

enriquece entre tres y seis veces respecto a la roca fresca.En algunas muestras alteradas, el fsforo se enriquece entrecuatro y doce veces respecto a la ignimbrita no alterada.SiO

2 y MnO permanecen prcticamente sin variaciones. La

relacin Na2O/K

2O en las ignimbritas es de aprox. 1,

mientras que en las rocas alteradas es de 0.630.75,indicando un ligero enriquecimiento en K

2O.

Finalmente, en las muestras estudiadas del Ex-convento se determinaron azufre y cloro, dos elementoscon elevada concentracin que no son tpicas para este tipo

de rocas volcnicas. As, las muestras alteradas secaracterizan por el enriquecimiento en azufre de hasta dosveces respecto a la ignimbrita no alterada. En el proceso dealteracin de las ignimbritas disminuye la concentracinde elementos traza como Rb, Sr, Y y Pb, mientras que seincrementa la abundancia de elementos como Ba y Zr .

El anlisis por fluorescencia de rayos X de elementosmayores sin la determinacin especial de S y Cl (Tabla 2)muestra las mismas tendencias en el cambio de lasconcentraciones de todos los elementos indicadosanteriormente, en particular, de elementos tales como calcioy fsforo. En este caso, la suma total de los xidos es muyinferior al 100%, debido a que no fueron determinados doselementos importantes en las ignimbritas alteradas: azufrey cloro.

Difraccin de Rayos X

Los resultados que arrojan los difractogramas de lasmuestras del Exconvento de San Francisco indican que losminerales escenciales de las muestras analizadas son:feldespatos de diferente naturaleza (sanidino y plagioclasade composicin cidamedia = oligoclasaandesina), y tresformas cristalinas de slice (cuarzo, cristobalita y tridimita).Adems, los datos difractomtricos muestran la presenciaescasa de los filosilicatos biotita, montmorillonita yhaloisita.

Por otra parte, los estudios de difraccin de rayos Xpermitieron confirmar por primera vez en una serie demuestras del Exconvento (M-1, M-2, M-6 y M-20), lapresencia de nuevas fases minerales (llamadasneoformaciones) que no son caractersticas de las rocasvolcnicas de este tipo. Entre estos minerales llama laatencin la formacin de sulfatos y carbonatos de calcio:yeso, calcita y muy rara vez ankerita (Tabla 3). Tomando

b)

a)

Tabla 2. Anlisis de las partes alteradas y no alteradas en los ncleosextraidos. Determinacin de elementos mayores por fluorescencia deRayos X sin la determinacin especial de S y Cl. Concentraciones en %en peso.

xidos M-19 No alterada

M-20 Muestra alterada


SiO2 64.86 61.27 59.15

TiO2 0.16 0.14 0.18 Al2O3 11.16 11.61 11.11

Fe2O3 2.01 1.47 1.81 MnO 0.03 0.02 0.06 MgO 0.20 0.13 1.62

CaO 1.68 3.84 5.48 Na2O 3.73 3.17 2.94 K2O 4.95 4.29 3.43

P2O5 0.54 0.42 0.93 H2O+ 7.82 11.12 9.32 Suma 97.14 97.48 96.03


sumamente resistente al intemperismo qumico, por lo cualprcticamente no se altera; los feldespatos, sobre todo laplagioclasa, al intemperizarse dan lugar principalmente ala formacin de minerales arcillosos, cuarzo e iones ensolucin. Adems, estas fases minerales se caracterizan pormostrar diferente velocidad de la alteracin. Por lo tanto,es obvio que en cado caso concreto hay que considerar lacomposicin mineralgica de las rocas no alteradas paraentender los procesos de alteracin y sus mecanismosespecficos.

En el caso de las ignimbritas estudiadas, los resultadosindican dos procesos naturales de alteracin: 1) formacinde minerales arcillosos como resultado de la meteorizacinde los fenocristales de feldespato de diferente composicininmersos en la matriz vtrea; y 2) proceso de devitrificacin,que es la transformacin del vidrio volcnico en el estado

en cuenta este hecho se les puede considerar como lasprimeras fases indicadoras del proceso de alteracinespecfica urbana de las ignimbritas morelianas.

La difraccin de los rayos X confirma la presencia detodos los minerales observados por la microscopa ptica.Por otro lado, esta tcnica ha revelado la formacin dealgunas fases minerales que estn relacionadas con elintemperismo de los minerales primarios de las rocasestudiadas.

MICROSCOPA ELECTRNICA DE BARRIDO

Se conoce que la microscopa electrnica permiteestudiar las particularidades superfinas de la morfologa departculas pequeas (formas y tamaos reales) de minerales,y, en particular, la estructura de los agregados mineralesfinamente dispersos, criptocristalinos y amorfos (mineralesarcillosos, hidrxidos de hierro, neoformaciones, etc.).

La microscopia electrnica de barrido ha corroboradola presencia de los minerales de neoformacin (yeso,carbonatos y minerales arcillosos) que anteriormente sehaban encontrado mediante difraccin de rayos X (Figura3 a). Adems, de acuerdo con datos de la microscopaelectrnica de barrido se observaron cristales e individuosminerales de otras dos fases: halita (NaCl) y fosfatos deuna naturaleza hasta hoy da bastante incierta (Figura 3 b,c). Las ltimas formaciones se encuentran en forma deesferas que muy probablemente se han originado porcontaminacin urbana.

Es muy importante hacer notar que los anlisisqumicos realizados con la ayuda de esta tcnica muestranlas mismas tendencias en el cambio de concentraciones delos elementos mayores y traza para las muestras condiferente grado de alteracin (Tabla 4). As, en las muestrascon alto grado de alteracin respecto a las muestras noalteradas se observa un enriquecimiento fuerte en SO

3 (hasta

17 veces) y Cl (hasta 32 veces), lo que confirma los datosobtenidos por la fluorescencia de rayos X.

Por lo tanto, la utilizacin de MEB ha complementadola informacin ya obtenida por otras tcnicas analticas y,adems, ha permitido establecer la presencia de varias fasesminerales exticas que se han formado en las ignimbritascomo resultado del intemperismo urbano.

DISCUSIN Y CONCLUSIONES

Los resultados de la investigacin en laboratoriomostraron que el material original de las rocas volcnicasestudiadas est constituido principalmente de fenocristalesde cuarzo, plagioclasas, feldespatos potsicos, cristobalita,tridimita, biotita, fragmentos de vidrio volcnico condiferente grado de devitrificacin, y de inclusiones lticas.

Se conoce que cada mineral constituyente de las rocasse altera de diferente manera: el cuarzo es muy estable y

Muestra M-6 Lneas en

Snd Pl Q Gyp

7.553

6.313 4.259

4.172 4.031 3.910

3.755 3.656 3.440 3.334 3.281 3.252 3.238 3.203 3.180

3.142 3.035 2.976

2.897 2.847 2.754

2.670 2.564 2.512

2.483 2.278 2.159 2.126 2.090 1.815 1.786

1.669 1.619 1.540

4.16

3.91 3.76

3.45

3.27

3.26 3.22

2.97

2.76

2.56

2.167

6.32

4.04

3.89 3.75 3.64

3.43

3.26

3.23 3.20

3.18 3.14 3.02 2.95

2.66

2.51 2.47

2.130

1.795

1.627

4.26

3.343

2.28

1.817

1.672

1.541

7.56

4.27

3.79

3.06

2.86

2.679

2.08

Tabla 3. Datos de las lneas de difraccin de rayos X () de la muestraalterada M6.

Notas: 1) Snd=Sanidina, Pl=Plagioclasa (Oligoclasa-Andesina), Q=Cuarzo, Gyp=Yeso; 2) En las muestras estudiadas se indicaron tambinlos mximos caractersticos de otras fases minerales: calcita, ankerita,cristobalita, tridimita, montmorilonita, y haloisita.

Ostroumov et al.230

Figura 3. Fotomicrografas de MEB y determinacin de componentes en una partcula: a) cristales de yeso: CaSO4 2H

2O (M-1); b) cristales de halita:

NaCl (M-10); c) esferas de fosfato de calcio (M-6).

a)

b)

c)


slido a un agregado criptocristalino de minerales.Para el intemperismo de feldespatos son esenciales

dos sustancias: bixido de carbono y agua. Cuando losfeldespatos se ponen en contacto con agua que contiene alcido dbil H

2CO

3 (cido carbnico), el resultado es la

formacin de minerales arcillosos (halosita y/omontmorilloni ta), carbonatos de potasio, sodio o calcio, yciertas cantida des de slice como se indica, a modo deejemplo, en la siguiente reaccin:

2K(AlSi3O

8) + H

2CO

3+ H

2O Al

2Si

2O

5(OH)

4 + K

2CO

3 + 4SiO

2

En las condiciones de intemperismo urbano, elmaterial ptreo estudiado del Exconvento de San Franciscose caracteriza principalmente por dos tipos de alteracinsecundaria de baja escala: ptinas de cantera con mineralesarcillosos (montmorillonita y haloisita), y costras dealteracin formadas por una asociacin mineralgica exticasulfatos, cloruros, fosfatos y carbonatos. Las fasesminerales indicadoras de los procesos de degradacin sonlas siguientes: yeso, halita, calcita, ankerita y microesfrulasde fosfato de calcio amorfo. La presencia de estas fasesindican de manera bastante obvia que los principaleselementos indicadores de alteracin en los edificioshistricos estudiados del Exconvento San Francisco sonazufre, cloro y fsforo.

Al respecto de los fosfatos, que se identificaron slocon la ayuda de la microscopa electrnica, se supone queestas formaciones tienen posiblemente origen industrial oprovienen de la contaminacin atmosfrica. Se conoce quela aplicacin ms importante de estos compuestos en laindustria es como base (builder), sustancia qumica de losdetergentes, siendo el ms utilizado el tripolifosfato de sodio(Na

5PO

10). El mismo compuesto tambin es utilizado en la

industria de los fertilizantes, en la produccin de cidosfosfricos, de fsforo y de alimentos para animales. Es muy

probable que estas partculas se hayan formado por lacombustin de carbn o de madera.

El mecanismo de formacin de las fases mineralesrecientes y de otros productos en los procesos de alteracinde los edificios y monumentos histricos puede ser diferentepara materiales con diferente composicin. As por ejemplo,en este caso concreto, la gnesis de sulfatos se explica porla reaccin entre los fenocristales de plagioclasa (concomposicin cidamedia; oligoclasaandesina) con cidosulfrico que da lugar a la formacin de sulfatos de calciohidratados con los aniones complementarios.

Finalmente, sera conveniente subrayar que endiversos tipos de las rocas piroclsticas con distintocontenido de vidrio volcnico se desarrolla, como regla, elproceso de devitrificacin. As, el vidrio de algunasignimbritas ha cristalizado (devitrificado) a agregadoscriptocristalinos de sanidino, cristobalita, tridimita yoligoclasa, mientras que los poros han sido rellenados concristobalita, tridimita y hematita. En otros tipos deignimbritas, el vidrio ha sido reemplazado por mezclasflsicas densas de cuarzo y sanidino o plagioclasa cida. Almismo tiempo, se observan ignimbritas con vidriorelativamente fresco (no devitrificado) o algunas quepresentan menor grado de devitrificacin. Por lo tanto, esbastante obvio que las ignimritas que presentan unsoldamiento de alto grado en la matriz se caracterizan portener mejores propiedades mecnicas y una resistenciaconsiderablemente mayor a los procesos de intemperismo.

En suma, los resultados obtenidos permiten concluirlo siguiente:

1) El estudio de todas las muestras obtenidas en elExconvento de San Francisco (Centro Histrico, Morelia,Michoacn) arroja datos muy semejantes con respecto a sucomposicin mineralgica, particularidades geoqumicas yprocesos de alteracin. La composicin mineralgica delas ingnimbritas no alteradas se caracteriza por la presenciade diferentes fases minerales, principalmente silicatos(sanidino, oligoclasaandesina, micas) y xidos (cuarzo,cristobalita, tridimita, hematita) que se encuentran en formade fenocristales.

2) Se distinguen dos tipos de alteraciones que sedesarrollan en diferentes condiciones de formacin, tantonaturales (principalmente, devitrificacin) como urbanas(neoformaciones en monumentos histricos). Estas ltimasse caracterizan por una intensidad relativamente baja (laprofundidad de alteracin urbana no supera los 35 mm) yestn relacionadas principalmente con las particularidadespetrogrficas, mineralgicas y geoqumicas de lasignimbritas primarias de la cantera.

3) El proceso de degradacin de las ignimbritas enlos monumentos histricos estudiados di lugar a laformacin de dos tipos principales de agregados que serelacionan con una alteracin secundaria de baja escala: a)ptinas de cantera con minerales arcillosos (montmorillonitay haloisita); y b) neoformaciones minerales entre las cualespredominan los sulfatos (yeso), cloruros (halita), fosfatos

xidos y elementos

M-19 No alterada



SiO2 68.16 58.09 62.19

TiO2 0.23 0.14 0.59

Al2O3 17.84 17.32 17.02

Fe2O3 - 1.74 1.51 CaO 1.33 4.96 3.59

Na2O 6.93 4.75 4.42 K2O 4.91 5.69 6.24 P2O5 0.16 0.52 0.46

SO3 0.23 3.91 1.35 Cl 0.12 3.90 3.19 Suma 99.91 101.02 100.56

Tabla 4. Resultados del anlisis con espectrmetro de dispersin deenerga (EDS) en muestras no alteradas y alteradas. Concentracin en %en peso.

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de calcio amorfos y, en menor proporcin, carbonatos(calcita y ankerita). Esta composicin mineralgica muestraque los principales elementos indicadores de alteracinreciente en los edificios histricos estudiados son azufre,cloro y fsforo.

4) En las ignimbritas estudiadas llama la atencin eldiferente (menor o mayor) grado de devitrificacin pues esobvio que la menor intensidad y/o ausencia de este procesode devitrificacin es caracterstica de las ignimbritas quepresentan buena consolidacin y mejores propiedades deresistencia mecnica a los procesos de intemperismo.

Finalmente se puede decir que los resultados aquexpuestos aportan nuevos datos a la mineraloga de lasformaciones minerales recientes (Ostroumov, 2001) que soncaractersticas de los procesos de degradacin en losmonumentos histricos en Morelia, Michoacn (Mxico).Estos datos a su vez, podrn servir en un futuro estudiosistemtico de los conjuntos arquitectnicos, no slo en laciudad de Morelia sino tambin en otras ciudades de laRepblica Mexicana que son consideradas en el mundocomo patrimonio de la humanidad.

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan su sincero agradecimiento a dosrbitros annimos por sus valiosos y constructivoscomentarios sobre el trabajo, y por sus recomendacionesque fueron tomadas en cuenta por los autores. Los autoresagradecen tambin a M.C. Kimberly Anne Brooks-Lewissu ayuda en la redaccin del resumen en ingls.

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Manuscrito recibido: Abril 10, 2003Manuscrito corregido recibido: Septiembre 9, 2003Manuscrito aceptado: Septiembre 12, 2003

05 ostroumov et al 2003 intemperismo quimico

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