geoexog introduccion a la geoquimica general 02

7/21/2019 GeoExog Introduccion a La Geoquimica General 02

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Apuntes de Clases. Geoqumica Exgena. Prof. Nelson Guerra

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INTRODUCCIN A LA GEOQUMICA

Objetivos Conocer la definicin de geoqumica. Poder explicar los objetivos de la geoqumica con ejemplos. Tener una apreciacin clara de los requerimientos necesarios para resolver un

problema geoqumico, y en qu debe apoyarse un gelogo y/o geoqumico para laresolucin de dicho problema.

Tener una apreciacin general sobre la historia de la geoqumica y las principales

escuelas que le dieron origen. Conocer la relacin de la geoqumica con otras ciencias. Conocer las principales reas de investigacin en el campo de la geoqumica. Conocer las principales fuentes bibliogrficas de la geoqumica.

La Geoqumica es una rama de las Ciencias Geolgicas. Se ha desarrollado especialmente apartir de la qumica, geologa y mineraloga y puede ser considerada hoy en da una disciplinaen el campo de la mineraloqumica.

I. HistoriaLa Geoqumica es una ciencia joven. Su desarrollo se puede dividir en tres etapas:

a) Perodo Preparatorio (hasta 1900 aprox.), en que quedan en evidencias las primerasrelaciones fundamentales entre los fenmenos qumicos y los materiales geolgicos y

se convierten a uso prctico.

b) Perodo Clsico (desde 1900 a 1950), en que los materiales terrestre y extraterrestreaccesibles son analizados qumicamente y clasificados sistemticamente, empleandolos mtodos inductivos (geoqumica analtica y descriptiva).

c) Perodo Moderno (desde 1950), en que grandes esfuerzos se desplegaron paraestudiar y corroborar las leyes y regularidades geoqumicas, tanto experimentalmente

como empleando el mtodo deductivo.

II. Hitos HistricosLa geoqumica como disciplina formal, incluye mucho de la historia de la qumica y de lageologa. Pero como ciencia que habla de la historia de los elementos qumicos en el planetaTierra, nicamente pudo formarse una vez que se hizo real la nocin del elemento qumico,cuando se "penetr" la estructura atmica (ncleo y configuracin electrnica).


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~500 aos A.C. Demcrito (griego): Concepto del tomo como partcula elemental. 371-286 aos A.C. Teofrasto (griego): Fundador de la mineraloga o estudios de rocas

y suelos. 79 aos D.C. Plinio el Viejo (romano): Trabaj con datos exactos de diferentes

minerales. Muere durante una erupcin del Vesubio. ~ siglo X Lucas-Ben Serapion: Escribi "El libro de las Piedras" (...piedras que huyen

unas de otras, piedras a las cuales otras alteran.....) aos 975-1037 D.C. Avicena: Escribi un tratado sobre minerales. Establece una

clasificacin: 1) Piedras y Tierras; 2) Compuestos combustibles sulfurosos; 3) Sales;4) Metales.

aos 975-1048 D.C. Al-Biruni (rabe): Compilacin de datos sobre mineralespreciosos.

aos 1212-1224 D.C. R. Bacon (Ingls): Primeros tratados sobre alquimia. aos 1490-1555 D.C. Georg Bauer (Sajn, Alias Agrcola): Establece el mineral comouna entidad qumica.

aos 1711-1765 D.C. M. Lomonosov (Ruso): Escribi el primer tratado sobre"geoqumica" (no utiliza el nombre), en el libro habla de: Constitucin de las capas dela tierra y origen de los minerales, "peregrinacin" de metales de un lugar a otro. En1752, dicta el primer curso de Qumica-Fsica. Plantea una nueva metodologa deestudio para los sistemas naturales.

aos 1711-1765 D.C. J. Berzelius (Sueco): Realiz los primeros anlisis qumicos deminerales silicatados.

Posible origen del trmino Qumica:

ALCHMIA: Trmino rabe que se refera a un cierto "Arte Egipcio" desarrollado por ungrupo de personas selectas (sacerdotes) del imperio egipcio. El trmino lo utilizaban parareferirse a "AQUEL QUE SABE".

La palabra AlChmia se origina en Egipto ~ en el siglo III A.C. y se difunde en Europa en elsiglo XIII D.C. por el contacto rabe-Cristianos en las guerras de las Cruzadas. Donde lapalabra deriv a ALQUIMIA, cuyo principal objetivo era la transmutacin de un elemento enotro. Una vez que estas prcticas se establecen como ciencia verdadera, se le denomina

QUMICA.


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Entre los pioneros ms importantes de la geoqumica se pueden citar:

1) C. F. Schnbein (1792-1868), qumico alemn, profesor en la Universidad de Basilea,Suiza, descubridor del ozono y de la nitrocelulosa; promovi la frontera de los camposde la qumica (por ejemplo: fisicoqumica, bioqumica); acu y utiliz por primera vez eltrmino geoqumica en 1838 y abog por su uso. Para Schnbein la Geoqumica erael conjunto de conocimientos sobre los procesos qumicos en la corteza terrestre.

2) K. G. Bischof (1792-1870), gelogo alemn, autor de Textbook of Chemical andPhysical Geology (4 volumenes desde 1863-1870).

3) J. L. A. Roth (1818-1892), gelogo alemn, autor del libro General and ChemicalGeology.

4) J. H. Vogt (1858-1931), gelogo noruego y experto en ciencias de los depsitosminerales, destacado por las investigaciones en el campo del comportamientofisicoqumico de los magmas y la distribucin de los elementos.

5) Frank Wigglesworth Clarke (1847-1931), considerado el padre de la Geoqumica de laescuela Norteamericana. Qumico, fundador de la geoqumica clsica. Determin porprimera vez la composicin de la corteza terrestre. Recopil el contenido promedio delos elementos qumicos en la corteza terrestre en su libro Data of Geochemistry(primera publicacin en 1889); este trabajo ha sido reeditado varias veces y an tienevigencia (5 edicin en 1924, 6 edicin en 1962). .

6) H. S. Washington (1867-1934), qumico americano, uno de los iniciadores de lapetroqumica, colabor con Clarke en el estudio de distribucin de los elementos.


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7) G. Berg (1876-1946), gelogo alemn, autor de numerosos libros que dan unainterpretacin qumica y geoqumica de los depsitos minerales y de los minerales

industriales.

8) Vladimir I. Vernadsky (1863-1945), mineralogista y geoqumico ruso, fundador de laescuela geoqumica Rusa y Sovitica, precursor de la biogeoqumica y radiogeologa(geoqumica isotpica), da la definicin ms clara de la posicin y marco referencial dela geoqumica, enfatizando especialmente la dinmica de los procesos geoqumicos(migracin, ciclos), autor de numerosos trabajos y libros.

9) A. E. Fersman (1883-1945), mineralogista y geoqumico sovitico, uno de losfundadores de la escuela geoqumica Rusa y Sovitica, da la primera conferencia sobrela geoqumica en 1912, precursor de la geoqumica a escala regional, difundi

ampliamente el conocimiento geoqumico, trabaj especialmente sobre problemas deenerga reticular y pegmatitas, promovi la prospeccin geoqumica, autor de un grannmero de publicaciones.

10) N. L. Bowen (1887-1956), fisicoqumico americano, iniciador de la geoqumicafsica.

11) Victor Mortiz. Goldschmidt (1888-1947), Qumico, se considera el fundador de laGeoqumica moderna y de la cristaloqumica. Nacido en Zurich, iniciador de lageoqumica analtica moderna, promovi el uso de la termodinmica y la cristaloqumicaen la solucin de los problemas mineralgico-geoqumico. Estableci la clasificacin

geoqumica de los elementos. Se le conoce como la Clasificacin Geoqumica deGoldschmidt. Realiz estudio de rayos X para la determinacin de la estructura demuchos minerales, incursion en la distribucin de elementos qumicos utilizandoespectrografa. Concluy que la sustitucin de los iones de un elemento mayoritario porlos iones de un elemento traza en los minerales, depende de su similitud en carga yradio inico.

12) P. Niggli (1888-1953), mineralogista suizo, iniciador de la petroqumicamoderna, promovi la qumica mineral.

13) W. Noddack (1898-1966) e I. Noddack, qumicos y geoqumicos alemanes,

descubridores del renio, promotores de la geoqumica de los elementos traza.

14) A. A. Saukov (1902-1964), mineralogista y geoqumico sovitico. Iniciador de lageoqumica histrica, promovi la prospeccin geoqumica, trabaj en las regularidadesde la migracin y la geoqumica de los elementos individuales.


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III. Acontecimientos Geoqumicos ImportantesLa Geoqumica como Ciencias de la Tierra ha tenido un gran desarrollo durante el siglo XX; sinembargo, el concepto de una disciplina autnoma que se ocupara de la qumica de la Tierra esalgo antiguo y el trmino "geoqumica" fue introducido por primera vez por el qumico suizoSchonbein (descubridor del ozono), en 1838. Naturalmente que la historia de la geoqumica estmuy vinculada con aquella de la qumica y geologa. Debido que la geoqumica trataesencialmente con los elementos qumicos, el descubrimiento y reconocimiento de stos sonhitos importantes en la historia de esta disciplina. El concepto moderno de elemento semantiene desde la definicin de Lavoisier en su libro "Trait elementaire de Chimie" (1789).Lavoisier reconoce la existencia de 31 elementos: O, N, H, S, P, C, Cl, F, B, Sb, Ag, As, Bi, Co,Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn, Ca, Mg, Ba, Al, Si. De estos Au, Ag, Cu, Fe, Pb,Sn, Hg, S, y C ya se conocan en el mundo antiguo.En la ltima dcada del siglo XVIII se descubri: U, Zr, Sr, Ti, Y, Be, Cr, y Te.

El descubrimiento y aislamiento de los elementos durante el siglo XIX se puede resumir comosigue:

1800-1809: Na, K, Nb, Rh, Pd, Ce, Ta, Os, Ir.1810-1819: Li, Se, Cd, I.1820-1829: Br, Th.1830-1839: V, La.1840-1849: Ru, Tb, Er.1850-1859: --------1860-1869: Rb, In, Cs, Tl.1870-1879: Sc, Ga, Sm, Ho, Tm, Yb.1880-1889: Ge, Pr, Nd, Gd, Dy.1890-1899: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Po, Ra, Ac.

Los datos revelan un interesante patrn. En efecto, durante la primera dcada una cantidadconsiderable de elementos fue descubierta o aislada por primera vez, reflejando el desarrolloterico de Lavoisier y Dalton. La velocidad de descubrimiento fue decayendo hasta que en ladcada 1850-1859 no se descubri ningn otro elemento.En 1860, Bunsen y Kirchhoff demostraron la utilidad de la espectroscopia en la deteccin eidentificacin de los elementos, descubrindose con este nuevo instrumento y en formasucesivamente rpida los siguientes elementos: Cs, Rb, Tl e In.

Las dcadas de 1870 y 1880 fueron marcadas por el descubrimiento de varios nuevoslantnidos y aquellos elementos anticipado por Mendeleev sobre la base de la Tabla Peridica:

eka-alumunio (Ga), eka-boro (Sc) y eka-silicio (Ge).

En 1894 se descubri el primero de los gases inerte: Argn; seguido rpidamente por el resto delos miembros del grupo: Ne, He, Kr, Xe.El descubrimiento de la radiactividad por Bcquerel en 1896 permiti al matrimonio francsCurie reconocer el Po y Ra en 1898, y a Debierne el Actinio en 1899.


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En 1900 la Tabla Peridica qued prcticamente completa, a excepcin de algunos elementosradiactivos de corta vida y para el caso de Eu (1901), Lu (1907), Hf (1923) y Re (1925). La

prueba de esto, sin embargo, fue proporcionada primeramente en 1914, cuando Moseleydemostr la correlacin entre el espectro de rayos X y el nmero atmico de los elementos.A lo largo del siglo XIX los datos geoqumicos fueron principalmente subproductos deinvestigaciones mineralgicas y geolgicas generales, y comprendan cada vez ms numerososy mejores anlisis de las diversas unidades: rocas, minerales, aguas naturales y gases,recogidas de partes accesibles de la corteza terrestre.Durante muchos aos este trabajo estuvo limitado a los laboratorios europeos, pero con motivode la organizacin del USGS (United States Geological Survey), y el nombramiento de F. W.Clarke como qumico en jefe, en 1889, fue fundado en el continente americano el primer centrode investigacin qumica de la Tierra. Clarke fue qumico jefe por 41 aos, hasta su jubilacin en1925. El fue responsable de una intensa y creciente divulgacin de anlisis rutinarios de

minerales, rocas y menas metlicas recolectadas por los equipos de gelogos en sus trabajosde campo, as como tambin manifest mucho inters cientfico por analizar personalmente granparte de estos materiales geolgicos. En 1889 Clarke public un trabajo clsico, "La AbundanciaRelativa de los Elementos Qumicos", que representa el primer intento en utilizar los anlisisqumicos acumulados de rocas para determinar la composicin promedio de la corteza terrestrey la abundancia relativa de los elementos. Sin embargo, el tratadoThe Data of Geochemistrybasado en una enorme cantidad de investigaciones analticas realizadas en los laboratorios delU. S. Geological Survey publicado por primera vez en 1908 como U. S .Geological SurveyBulletin 330, alcanz 5 ediciones en menos de 20 aos. La ltima de ellas, aparecida en 1924,es todava una fuente inestimable de informacin, aunque en la actualidad haya quedadodecididamente anticuada en alguna de sus partes. Clarke no continu con su teora sobre el

origen de los elementos.En ciertos aspectos, la aparicin de la ltima edicin de The Data of Geochemistry, en 1924,marca el fin de un perodo. Durante la centuria anterior (o ms an), la investigacin geoqumicafue sinnimo de anlisis de aquellas partes de la Tierra accesibles a la inspeccin visual y alanlisis qumico. Atendiendo a la naturaleza de las cosas muy poco ms poda hacerse; sinembargo, fue necesario esperar para la geoqumica interpretativa (es decir, la creacin de unafilosofa ms all del campo de la informacin basada solamente en los hechos), que lasciencias bsicas, particularmente la Fsica y la Qumica alcanzaran su desarrollo. Un ejemplosencillo para ilustrar esto es el fracaso de todos los intentos desplegados para explicar demanera adecuada la geoqumica de los minerales silicatados antes del descubrimiento de ladifraccin de rayos X. La difraccin es uno de los principales mtodos para determinar la

estructura atmica de los slidos.El desarrollo de la geoqumica siguiendo nuevas direcciones experiment un enorme adelantocon la creacin de Geophysical Laboratory del Carnegie Institute of Washington en 1904. Elsistema seguido por este laboratorio de realizar trabajos experimentales cuidadosamentecontrolados, y la aplicacin de los principios de fisicoqumica a los procesos geolgicos, fue ungran avance cientfico. Con anterioridad, los gelogos y los qumicos se haban mostradoescpticos en cuanto a la posibilidad de aplicar las tcnicas y principios de la fsica y la qumicaa materiales y a procesos tan complicados como los que tienen lugar en la superficie y en elinterior de la Tierra.


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Al mismo tiempo que los investigadores del Geophysical Laboratory iniciaran sus trabajos enWashington, una nueva escuela de Geoqumica iba formndose en Noruega. Patrocinada por J.

H. L. Vogt y W. C. Brogger, alcanzaba celebridad mundial gracias a los trabajos de V. M.Goldschmidt y sus colaboradores. Goldschmidt se grado en la Universidad de Oslo en 1911, ysu tesis doctoral, "Die Kontaktmetamorphose im Kristianiagebiet fue una contribucinfundamental a la geoqumica. El aplic las Reglas de las Fases a los cambios mineralgicosproducidos por el metamorfismo de contacto en las pizarras arcillosas, margas y calizas, ydemostr que estos cambios pueden interpretarse con arreglos a los principios de equilibrioqumico. Durante los 10 aos siguientes orient sus trabajos principalmente a estudios similaressobre metamorfismo de las rocas. Estos estudios estimularon investigaciones de este tipo enotros pases escandinavos, y condujeron eventualmente ha enunciar el principio de "FaciesMineral" por Eskola en una memoria publicada por el laboratorio de Goldschmidt.Desde varios puntos de vista, el ao 1912 puede considerarse como una fecha trascendental en

el desarrollo de la geoqumica. En ese ao Max von Laue demostr que el arreglo regulartridimensional de tomos en los cristales acta como una red de difraccin de los rayos X, y deeste modo hizo el descubrimiento que permiti la determinacin de la estructura atmica de lassustancias slidas. As se sentaba la base para el desarrollo de la cristaloqumica moderna.Desafortunadamente, el geoqumico dedicado a la qumica de los slidos le dio inicialmentepoca importancia a este descubrimiento. En efecto, fue necesario que transcurrieran algunosaos antes de que el impacto de este nuevo acontecimiento se manifestara en el campo de lageoqumica. Incluso en la ltima edicin de The Data of Geochemistry, publicada en 1924, nisiquiera se menciona este acontecimiento. No obstante, se debe a la propia destreza y agudezade Goldschmidt el hecho que junto con reconocer la importancia de las determinaciones deestructuras cristalinas para el desarrollo de la geoqumica, proyectara adems un programa de

investigaciones conducente a la obtencin de un mximo de resultados analticos en un mnimode tiempo posible. Entre 1922 y 1926, Goldschmidt y sus colaboradores de la Universidad deOslo, trabajaron sobre las estructuras de numerosos compuestos, y gracias a esto establecieronamplios fundamentos sobre los cuales pudieron descubrir las leyes generales que rigen ladistribucin de elementos en las sustancias cristalinas (slidos). Estos resultados se publicaronen una serie de memorias tituladas Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente (Ley de ladistribucin geoqumica de los elementos), la cual, a pesar de su ttulo, trata ampliamente de lasestructuras cristalinas de los compuestos inorgnicos. En estas publicaciones, el nombre deGoldschmidt iba asociado junto al de T. Barth, W. H. Zachariasen, L. Thomassen, G. Lunde, I.Oftedahl, y otros.En 1929, Goldschmidt abandon Oslo para ir a Gottingan, donde comenz las investigaciones

sobre la geoqumica de los elementos individuales, aplicando los principios descubiertos en losaos anteriores y haciendo uso de los mtodos espectrogrficos cuantitativos, entoncesdesarrollados y muy en boga, para determinar rpidamente pequeas cantidades de diversoselementos con un alto grado de precisin. Los resultados fueron resumidos y presentados antela Chemical Society de Londres (7th Hugo Muller lecture), bajo el ttulo "Principios de ladistribucin de los elementos qumicos en los minerales y las rocas" (1937). Debido a lasituacin poltica de Alemania, Goldschmidt regres a Oslo en 1935. Desgraciadamente, desdela invasin alemana a Noruega en 1940, ya no pudo realizar el ms mnimo trabajo. Se vioobligado a huir de Noruega en 1942 para evitar la deportacin a Polonia, escapando a Suecia, yde all a Inglaterra. Su salud se vio seriamente afectada como resultado del encarcelamiento en


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los campos de concentracin de Noruega y nunca se repuso, falleciendo en 1947 a la edadrelativamente joven de 59 aos.

En buena parte gracias al trabajo y a los estmulos de Goldschmidt, los ltimos 50 aos hanvisto desarrollarse la geoqumica desde una recopilacin incoherente de datos observados,hasta convertirse en una ciencia filosfica basada en el concepto de ciclo geoqumico, segn elcual los elementos desempean separadamente su papel de acuerdo con principiosestablecidos. La proyeccin de la geoqumica se ha extendido ms all de las partes accesiblesde la Tierra, particularmente se han hecho importantes contribuciones al conocimiento acerca dela naturaleza y constitucin del interior del planeta, al desarrollo de la Tierra a travs del tiempogeolgico y, finalmente, a su historia pre-geolgica y a la historia del sistema solar en suconjunto.Paralelamente a estos acontecimientos, en Rusia (ex-URSS) se haba desarrollado unaimportante escuela geoqumica, especialmente a partir de 1917. Sus primeras figuras fueron V.

I. Vernadsky y sus colegas ms jvenes A. E. Fersman y A. P. Vinogradov. Su productividadcientfica fue inmensa. La geoqumica rusa estuvo orientada particularmente hacia laprospeccin y explotacin de los recursos minerales, con resultados muy exitosos.Numerosos avances en geoqumica se pueden atribuir al perfeccionamiento de las tcnicasanalticas. El estudio de la radiactividad durante y despus de la Segunda Guerra Mundialcondujo a enormes progresos en el anlisis elemental por activacin neutrnica y abri laoportunidad a los estudios de isotopa y geocronologa por tcnica de espectrometra de masa.Estos dos poderosos mtodos analticos continuaron perfeccionndose y proporcionandomejores datos sobre muestras geoqumicas ms pequeas. Esto es importante porque permiteestudiar a los sistemas geoqumicos con mayor detalle, conduciendo a un mejor control sobrelas hiptesis y teoras geoqumicas.

El acceso a muestras lunares, los datos de sondas remotas de atmsferas y superficiesplanetarias y la aceptacin de los conceptos de la tectnica de placa en las dcadas 1960 y1970, da una nueva perspectiva al muestreo y teora geoqumica. La disponibilidad de un granvolumen de datos provenientes de la Luna como tambin de la Tierra y meteoritos permitieronque se comprobaran numerosas teoras de planetologa y cosmoqumica. El concepto dematerial reciclado a travs de la subduccin de material del fondo ocenico implic volver aevaluar los ciclos geoqumicos de los elementos. Hoy da, la geoqumica se encuentraindudablemente en el umbral de nuevos y excitantes descubrimientos y cambios.Terminaremos sealando otra circunstancia que tuvo decisiva influencia en el progreso recientede la geoqumica: su aplicacin en la bsqueda de depsitos minerales. No slo esta ciencia haayudado a la prospeccin geolgica mediante una mejor comprensin de los procesos naturales

que intervienen en la acumulacin y dispersin de elementos en las rocas de la corteza, sinoque sus principios y tcnicas se aplican intensamente a la deteccin de anomalas geoqumicasque pueden delatar la existencia de depsitos minerales de valor econmico (ProspeccinGeoqumica).


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IV. Bibliografa.Desde la publicacin de los trabajos clsicos: Data of Geochemistry (Clarke, 1924, 6Ed.,editada por Fleischer, 1963-1979); Geochemistry (Goldschmidt, 1954); Geochemistry(Rankama and Sahama, 1930); y Handbook of Geochemistry (Ed. Wedepohl, 1969-1978),los datos qumicos para una amplia variedad de materiales terrestres y extraterrestres hanincrementado exponencialmente y se han publicado ampliamente en diferentes revistas,libros e informes cientficos.

Geochimica et Cosmochimica Acta

Earth and Planetary Sciences Letters

Journal of Geophysical Research

Journal of Petrology

Contribution to Mineralogy and Petrology

American Journal of Science

Chemical Geology

Applied Geochemistry

Journal of Geochemical Exploration

Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis

Journal of Arid Environments

Economic Geology

Nature

Organic Geochemistry

Science

Environmental Geochemistry and Health


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V. Definiciones de GeoqumicaLa Geoqumica est relacionada con las leyes que gobiernan la distribucin de los elementosqumicos en la Tierra. Es la ciencia que estudia en forma cualitativa y cuantitativa lasgesferas internas (ncleo, manto) y externas (litosfera, atmsfera, hidrosfera y biosfera) queforman la Tierra y las leyes que controlan la distribucin de los elementos qumicos y susistopos en cada una de estas partes y entre ellas.Sus objetivos son:

Determinar la abundancia absoluta y relativa de los elementos y sus especiesqumicas en los diferentes sistemas naturales de la Tierra.

Estudio de la distribucin y migracin de los elementos en las diferentes partes queconforman la Tierra (litosfera, atmsfera, hidrosfera, biosfera), con el objeto de obtenerinformacin sobre los principios que gobiernan la migracin y distribucin de loselementos (entre los diferentes sistemas naturales).

Su aprovechamiento para el bienestar social:o Obtener recursos naturales para el beneficio de la humanidad.o El estudio de la calidad del ambiente y como evitar continuar contaminndolo y

mantenerlo para el beneficio de la humanidad.

Para ello el Geoqumico debe apoyarse en:

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

Datos geofsicos, cosmoqumicos (meteoritos y datos de sondas espaciales):para tratar de inferir procesos en el interior del planeta. Estudios experimentales de laboratorios. Sntesis de minerales y su condicin

de estabilidad.

Problemas que debe enfrentar el Geoqumico:

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

b) Anlisis qumicos de acuerdo al problema planteado (qumica analtica, qumicainorgnica, qumica orgnica, fisicoqumica, geoestadstica).

c) Interpretacin de los anlisis qumicos de acuerdo al conocimiento de los sistemasnaturales: Geologa y Geoqumica.


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Para realizar interpretaciones geoqumicas:

Se requiere para su estudio conocer y entender los procesos geolgicos y tenerconocimientos claros de la qumica de estos procesos para poder realizar lasinterpretaciones adecuadas.

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

En trminos sencillos, la Geoqumica se puede definir como la ciencia relativa a la qumica de laTierra en su conjunto y de sus partes constitutivas. La Geoqumica se ocupa de la distribucin ymigracin de los elementos qumicos en la corteza terrestre desde una perspectiva de espacio ytiempo. La ciencia que trata el origen y distribucin de los elementos en el conjunto del Universose llama Cosmoqumica. Para una mejor comprensin de la qumica de la tierra es necesariotener conocimiento global sobre la formacin del sistema solar, e incluso sobre la composicinqumica de las estrellas y de la materia interplanetaria e interestelar.

En la literatura se encuentran cuatro definiciones de geoqumica que tienen marcadasdiferencias entre s.

Clarke F. W.Clarke (1887-1931), en la 5th edicin (1924) de su libro The Data of Geochemistry, definecomo sigue los objetivos de la geoqumica:

"Cada roca, puede considerar como un sistema qumico en el cual pueden producirsecambios qumicos por la accin de diversos agentes... Cada uno de esos cambios implica unaperturbacin del equilibrio, con la formacin de un nuevo sistema que es estable en las nuevascondiciones El estudio de esos cambios es el propsito de la Geoqumica. Determinar qucambios son posibles, cmo y cundo ocurren, observar los fenmenos que los acompaan ysus resultados finales son funciones del geoqumico.

Desde un punto de vista geolgico, la corteza terrestre es el principal objeto de su estudio, y lasreacciones que puedan llevarse a cabo en ella se pueden clasificar convenientemente bajo tresepgrafes:

Reacciones entre los constituyentes esenciales de la propia Tierra; Reacciones debidas a la envoltura acuosa; y Reacciones producidas por los agentes atmosfricos".

Clarke define a la geoqumica como el estudio de los cambios producidos en los sistemasqumicos naturales, representados stos por las rocas. En esta definicin, la geoqumica no sedistingue claramente de la petrologa o, para ser ms especfico, de la petroqumica ymineraloga. Slo, como veremos a continuacin, a partir de los trabajos de Vernadsky yFersman en Rusia, y de Goldschmidt en Noruega y Alemania, publicados en la dcada de losaos 20, fue posible definir adecuadamente los fines propios de la geoqumica.


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Vernadsky V. I.Vernadsky (1863-1945), en la introduccin de su obra "La Gochimie" (1924) define lageoqumica como: "La geoqumica estudia los elementos qumicos (los tomos) en la cortezaterrestre y, hasta donde sea posible, en toda la Tierra. Estudia su historia, su distribucin ymigracin en el espacio y en el tiempo. Vernadsky concluye que todos los elementos estn entodas partes, incorporando el concepto de dispersingeneral de los elementos qumicos(1909). Se distingue claramente de la mineraloga en que sta estudia su historia slo en eltiempo y espacio en que tiene lugar la combinacin de los tomos, las molculas y los cristales".La definicin de Vernadsky difiere de la dada por Clarke en que excluye de la geoqumica losrasgos qumicos de la geologa.Vernadsky cre biogeoqumicapara el estudio de actividad geoqumica de los organismos, eltrmino biosfera para el conjunto de los seres vivos y la parte de la Tierra en la cual seevidencia la actividad geoqumica de los organismos.

Fersman A. E.Alexander Fersman (1883-1945) desarroll estudio de mineraloga en la Universidad de Rusiabajo la direccin de V. I. Vernadsky. Fersman public su Geoqumica en cuatro tomos entre1934 y 1939 libro Propuso otra definicin acerca de los objetivos de la geoqumica en su libroGeochemistry (4 tomos, entre 1934 y 1939); trata temas sobre la geoqumica desarrollada enRusia. Es muy conocido por sus libros divulgativos, por ejemplo: Geoqumica Recreativa. Ladefinicin en su forma ms sencilla se puede expresar como: el propsito de la geoqumica esel estudio de los elementos (tomos) en las condiciones que prevalecen en la corteza terrestre,as como en las partes del Cosmos accesibles a nuestra observaciones exactas.Por tanto, la misin de la geoqumica es estudiar:

la distribucin cuantitativa de los elementos qumicos en la corteza terrestre y sudispersin y concentracin local;

las combinaciones de los diferentes elementos en las distintas partes de la cortezaterrestre y su distribucin en el espacio y en el tiempo bajo la influencia de los diferentesprocesos qumicos;

la migracin de los elementos y las leyes de tal migracin determinadas por las diversascondiciones termodinmicas de su ambiente; y

el comportamiento de los elementos qumicos en el ambiente de la corteza terrestre,como compuestos y particularmente como cristales.

De manera ms simple, la Geoqumica estudia la historia de los elementos qumicos en lacorteza terrestre y su comportamiento en diferentes condiciones termodinmicas yfisicoqumicas naturales.El primer curso de geoqumica fue dictado por Fersman en 1912.La definicin de Fersman es bastante satisfactoria, pero la ms precisa de todas es la dada porV. M. Goldschmidt en 1933.


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Goldschmidt V. M.Goldschmidt (1888-1947) establece: "El propsito fundamental de la geoqumica consiste, poruna parte, en determinar cuantitativamente la composicin de la Tierra y de sus partesconstitutivas, y por otra, descubrir las leyes que controlan la distribucin individual de loselementos qumicos. Para resolver estos problemas, el geoqumico necesita una ampliacoleccin de datos analticos sobre los materiales terrestres, tales como rocas, suelos,sedimentos, aguas y gases; tambin utiliza datos del anlisis de meteoritos, datoscosmoqumicos sobre la composicin de otros cuerpos csmicos, y datos geofsicos sobre lanaturaleza del interior de la Tierra. Mucha informacin valiosa tambin se obtiene deexperimentos de laboratorio (como sntesis de minerales) y la investigacin de su modo deformarse y sus condiciones de estabilidad".Como lo explic en su oportunidad Goldschmidt (1954), la composicin de los materialesnaturales no cambia azarosamente, y sus variaciones se pueden explicar a travs de los

procesos cosmolgicos, geolgicos y biolgicos, y por un conjunto comn y unificador deprincipios fisicoqumicos fundamentales.Una comprensin general de los procesos y principios que podamos lograr es esencial parainterpretar de mejor manera el ambiente formativo de cualquier muestra dada a partir de losdatos qumicos y para predecir la trayectoria del transporte en los ambientes geolgicos.La principal contribucin de Goldschmidt a la Geoqumica es la explicacin de la sustitucininica en cristales basado en la compatibilidad de la carga y radio de los iones.

Finalmente, podemos resumir la definicin de Goldschmidt de la manera siguiente:

1) Determinar la abundancia de los elementos en la Tierra.

2) Investigar la distribucin de los elementos en las esferas geoqumicas de laTierra, es decir, en los minerales y rocas de la litosfera y en los productosnaturales de varias especies.

3) Descubrir las leyes que rigen la abundancia y distribucin de los elementos.

De estos autores, ninguno tuvo tanta influencia en el desarrollo posterior de la disciplina comoVctor M. Goldschmidt, no slo por sus propios trabajos sino tambin por la brillante escuela deinvestigadores que dirigi, primero en Oslo y despus en Gottinga. Su obra pstuma,"Geochemistry", editada en 1954 por A. Muir sobre trabajos anteriores y notas del autor,

constituye sin duda alguna el tratado ms importante de este perodo inicial de la Geoqumicaactual.

La concepcin impuesta por Goldschmidt, Vernadsky, Fersman y dems fundadores de laescuela actual se diferencia del enfoque "clarkeano" en dos aspectos fundamentales:

Primero, la geoqumica se ocupa esencialmente de los elementos qumicos en suevolucin a travs de los distintos niveles de la Tierra y, sobre todo, en la corteza


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terrestre. No se ocupa, en cambio, de los minerales ni de las rocas por s mismos;estos constituyen el campo de la mineraloga y petrologa.

Segundo, la geoqumica trata de investigar las leyes fisicoqumicas y geolgicas querigen la evolucin de los elementos, utilizando para ello su distribucin cuantitativa en lacorteza terrestre.

Concepto Actual La Geoqumica es la rama de las Ciencias de la Tierra que estudia la abundancia,

distribucin y migracin de los elementos qumicos y sus istopos en la Tierra. La estabilidad de los elementos est determinada por la estabilidad de sus ncleos

atmicos. La distribucin y migracin de los elementos est relacionada con la configuracinelectrnica en los tomos de esos elementos sus propiedades qumicas.

Hoy en da se resume las tareas de la geoqumica como sigue:

La geoqumica estudia la abundancia de los elementos e istopos y las leyes que rigen sudistribucin en la Tierra, tanto en el pasado como en el presente.

Para esto la geoqumica estudia:

a) La abundancia y distribucin de los elementos qumicos e istopos en los distintos

materiales geolgicos.b) Las leyes que regulan la distribucin de los elementos, yc) Los cambios que experimentan estas leyes durante la evolucin de la Tierra.

As, el conocimiento de estas leyes nos permite hacer predicciones acerca de la ocurrencia delos elementos e istopos en algunas unidades geolgicas y sacar conclusiones con respecto ala formacin de minerales, rocas y depsitos minerales (objeto especfico de GeoqumicaAplicada).

Por su parte Brian Mason, gelogo neozelands, resume en 1960 las principales tareas arealizar por la geoqumica, del siguiente modo:

1. Determinar la abundancia absoluta y relativa de los elementos y de los istopos de laTierra.

2. Estudiar la distribucin y migracin de los elementos, en particular en las diversas partesde la Tierra (atmsfera, hidrosfera, corteza, etc.), y en los minerales y rocas, con el objetode descubrir los principios que rigen esta distribucin y migracin.

En cuanto a Arthur Brownlow , gelogo norteamericano, en su texto Geochemistry (1979),define a la geoqumica como la ciencia que trata con la abundancia y distribucin de loselementos. Un elemento es materia representada por un tipo particular de tomo (un tomo


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cuyo ncleo tiene una carga positiva especfica). La abundancia y distribucin de loselementos dependen de sus propiedades fsicas y qumicas. A su vez, estas propiedades

dependen de la estructura electrnica de los tomos y varan sistemticamente con la carganuclear (nmero atmico). Hay una repeticin peridica de las propiedades caractersticas amedida que aumenta el nmero atmico. Esta regularidad es representada por el SistemaPeridico. Por consiguiente, una comprensin cabal del Sistema Peridico es fundamental paraabordar todos los aspectos de la geoqumica.

VI. Relaciones y Subdivisiones de la Geoqumica

La Geologa se define como el estudio de la Tierra. Se preocupa principalmente:

Del origen de la Tierra y su evolucin en el tiempo De la composicin, forma y tamao de la Tierra. De los procesos que tienen lugar hoy y de aquellos que han acontecidos en el pasado,

tanto al interior como en la superficie del planeta.

Para realizar este trabajo, el gelogo estudia las rocas, los minerales, los fsiles, las corrientesde agua, los glaciares, el mar, las mareas, las montaas, las llanuras, los terremotos, losvolcanes y la historia de la vida desde las hiptesis sobre su origen hasta la aparicin del

hombre.Puesto que la Geologa abarca un espectro tan amplio de reas de estudio que necesariamenteel gelogo debe incursionar en otras disciplinas para acceder a un mayor conocimiento yabordar eficientemente las investigaciones. De este modo, algunas ciencias bsicas como laastronoma, la qumica, la fsica y la biologa, desempean papeles importantes en el estudio dela Tierra. As por ejemplo:

A travs de la Astronoma, el gelogo ha conocido cul es el lugar del planeta Tierra en elUniverso y cul es su relacin con otros cuerpos planetarios. Con el advenimiento de laera espacial, la astronoma ha asumido un nuevo papel y ms interesante para lageologa.

A travs de la Fsica, se han efectuado importantes avances en el conocimiento de lasciencias geolgicas. La geofsica, que es un campo intermedio que emplea las tcnicas ylos conceptos de la fsica y la geologa orienta sus investigaciones principalmente hacialos estudios del volcanismo, la gravedad, las propiedades elctricas u otrascaractersticas fsicas similares de la Tierra. Importante es la geofsica de exploracin,como aplicacin prctica. Tambin la sismologa, en el estudio de los terremotos.

A travs de la Biologa el gelogo ha logrado comprender mejor la naturaleza de lasplantas y animales prehistricos.


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A travs de la Qumica, particularmente la Geoqumica, se han realizado importantes

avances en el conocimiento sobre el origen y evolucin de las rocas, as como tambinen la prospeccin y exploracin de recursos energticos y minerales. La geoqumica queforma parte de una ciencia ms amplia la Cosmoqumica, estudia la abundancia ydistribucin de los elementos qumicos e istopos en la Tierra. Emplea el conocimiento ylos mtodos de trabajo de varias disciplinas de estudio vecinas (ver Figura):

Por su parte, la Geoqumica tambin utiliza el conocimiento y los mtodos de trabajo denumerosas ramas de estudio vecinas.

La geoqumica se puede dividir de acuerdo a dos puntos de vista:

A) De acuerdo a un Objetivo Especfico de InvestigacinDesde esta perspectiva, la geoqumica puede subdividirse en 6 reas. Para su aplicacin, estasreas requieren datos geolgicos, oceanogrficos, meteorolgicos y bioqumicos.

1. Geoqumica de Suelos.El muestreo y anlisis de suelos residuales es uno de los mtodos de prospeccingeoqumica ms utilizado. Las investigaciones de suelos residuales se aplicanparticularmente en reas con potentes cobertura residual, donde otros mtodos sondemasiado costosos o son tcnicamente ineficaces.El metal se encuentra en los suelos en diferentes estados, sea en el estado nativo o comoconstituyente de diversos componentes (resistatos, minerales suprgenos, ptinas desesquixidos, materia orgnica, arcillas).Los materiales muestreados son de naturaleza muy variada, pudiendo consistir en suelospropiamente tales, con un buen desarrollo de horizontes; regolitos coluviales, especialmenteimportantes en zonas de pobre desarrollo de suelos; materiales glaciales; sinters de distintanaturaleza; y aun costras salinas.La forma de llevar a cabo estos muestreos son los usuales (perfiles, redes, cuchillas y lomas,base de coluvio), existiendo una preferencia general por realizar perfiles sistemticos, conespaciamiento mximo de 80 m e intervalo de muestreo variable entre 10 y 40 m. este tipo.La seleccin del punto de muestreo, en relacin a la profundidad y desarrollo del suelo, es unfactor de importancia en el xito de esta tcnica de prospeccin. En general, en suelos biendesarrollados, debe muestrearse el horizonte iluvial B, donde se encuentran las principalesconcentraciones de elementos trazas. Sin embargo, localmente, se observa que sepresentan mejores resultados, en cuanto a contraste de las anomalas, en el horizonte eluvialA y en el horizonte orgnico Ao, los cuales, frecuentemente, muestran enriquecimientos enAu, Ag, As y otros elementos trazas, como resultado de la presencia de complejosorganometlicos. En reas en que el suelo tiene un pobre desarrollo o en los casos en quese tome muestra de coluvios, la recoleccin de la muestra deber hacerse, en lo posible, enel horizonte C, o lo ms prximo a la roca fundamental.


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Los suelos que presentan horizontes enriquecidos en hierro, tambin muestran, en dichosniveles, enriquecimientos en Au, As y Sb, debiendo, en estos casos, en consecuencia,

preferirse el muestreo de ellos. En relacin a este aspecto de la tcnica, en general, serequiere de estudios orientativos, sobre reas mineralizadas conocidas, para definir elhorizonte o profundidad ptimos de muestreo.La fraccin de suelo a analizar es otro factor que debe ser considerado, debiendo definirsesobre la base del tamao esperado de las partculas mineralizadas (por Ej., Au), ya que debetenerse en cuenta que las anomalas del metal son, en general, combinadas, producidastanto por efectos qumicos o hidromrficos, como por efectos puramente mecnicos. Es deimportancia visualizar, tambin, la influencia que los procesos de transporte mecnico tienensobre la gnesis de eventuales anomalas, ya que si dicha influencia es preponderante, debeesperarse una migracin de las anomalas con respecto a su fuente de origen, por efectosgravitacionales.

El carcter autctono a alctono de cada anomala debe comprobarse con antelacin a larealizacin de trabajos de mayor envergadura y costo, mediante los mtodos habituales.Entre stos destacan el muestreo de un mismo perfil a diferentes profundidades, ya que, enanomalas autctonas, como es de esperar, los contenidos metlicos de los suelos tenderna aumentar con la profundidad. Tambin puede emplearse, en este sentido, tcnicasanalticas diferenciales, para determinar la forma en que el metal anmalo se encuentra en elsuelo.Se ha hecho muy comn el uso de muestreos de suelos mediante perforaciones profundas,en reas con cubierta de gran espesor. En estos casos, debe preferirse el muestreo delhorizonte C y, si es posible, complementarlo con muestreos litogeoqumicos de la partesuperficial de la roca fundamental.

Los mtodos tradicionales de prospeccin geoqumica de suelos pueden ser combinados conel anlisis de concentrados minerales, obtenidos del mismo suelo. Este mtodo opera enforma similar al de los concentrados minerales en sedimentos de drenaje.Las tcnicas de interpretacin de este tipo de prospeccin son similares a las indicadas paralos mtodos litogeoqumicos y de muestreo de sedimentos de drenaje, pudiendo emplearseelementos individuales, razones, sumatorias, productos, productividades lineales y areales, ytcnicas estadsticas ms complejas.Los materiales muestreados son variables, habindose empleado exitosamente coluvios,regolitos y horizontes tipo A y B. Los trabajos de carcter distrital se han realizado,fundamentalmente, por el mtodo de base de coluvios, los que son muestreados en formasistemtica, cada 50-200 m. Los estudios en detalle se realizan mediante redes de perfiles,

espaciados entre 40 y 100 m, con intervalos de muestreo variables entre 10 y 50 m; lasredes ms frecuentes son de 40 x 20 y 80 x 40 m.Las caractersticas de los suelos difieren en funcin de los aspectos geolgicos, fisiogrficosy climatolgicos de una regin. Estas condicionan sus perfiles tpicos en cuanto al desarrollo(o ausencia) y extensin de los distintos horizontes (A, B, C). Bajo el punto de vista de lageoqumica, el horizonte B (de acumulacin) presenta un gran inters, ya que es dondesuelen concentrarse de preferencia los elementos qumicos. Otro problema de inters es ladistribucin de los metales en las diferentes fracciones granulomtricas. Aunquegeneralmente la fraccin ms fina es la de mayor contenido metlico (puesto que contienems arcilla, materia orgnica y xidos hidratados de Fe-Mn que pueden fijar el metal), es


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conveniente establecer qu fraccin da la mejor indicacin de mineralizacin.Generalmente se emplea la fraccin menor que 80 mallas, lo que no significa que

necesariamente sea la mejor.El muestreo y anlisis de suelos residuales es el mtodo ms empleado en prospeccingeoqumica. Este mtodo de prospeccin es especialmente til en las reas de suelosprofundos y afloramientos escasos. El mtodo se basa en la premisa que el elemento blanco(target) ha tenido la oportunidad de esparcirse en un abanico desde una pequea zona de laroca subyacente. Las principales ventajas que deben considerarse del muestreo de suelo encomparacin con la litogeoqumica son, por una parte, el alto nivel de ruido geoqumico y, porotra, los efectos de una historia geolgica compleja.Generalmente, el muestreo de suelo se aplica con posterioridad al muestreo de drenaje ytiene por objetivo la deteccin directa de la mineralizacin.Los muestreos en cubiertas transportadas deben considerar factores hidrolgicos y de otro

tipo que hayan podido provocar el desplazamiento de las anomalas.Los estudios de orientacin deben constituir el primer paso en la prospeccin geoqumica desuelos. Estos buscan determinar la existencia y caractersticas de las anomalas asociadascon una mineralizacin (y por tanto deben efectuarse en lo posible en las cercanas deyacimientos conocidos sin contaminacin por actividades industriales). Tambin esimportante conocer la distribucin de los metales en reas no mineralizadas (paradeterminacin de los valores de fondo). Otro factor a estudiar en esta etapa es la naturalezade la cubierta (si es residual o transportada). De esta manera, los estudios de orientacinpermiten seleccionar las tcnicas ms adecuadas y establecer criterios de interpretacin dedatos.Tambin es importante establecer el tipo de anlisis que permite definir mejor la zona

mineralizada. Por ejemplo, ms que el contenido total de cobre, puede ser convenientedeterminar el contenido de cobre de fcil solubilidad, ya que ste es ms indicativo del aportea travs de soluciones ricas en dicho metal. Naturalmente, es necesario establecer ademsqu elementos conviene analizar aparte de los principales (es decir, seleccionar el o loselementos trazadores ms adecuados).En suelos transportados es importante conocer la relacin entre el contenido de loshorizontes superficiales y el de los ms profundos.Entre los principales factores de contaminacin que se deben tomar en cuenta (para evitarerrores en la determinacin de los valores de fondo y anomalas) aparecen las operacionesmineras y el humo de las fundiciones.

2. LitogeoqumicaLa litogeoqumica comprende mtodos que intentan determinar la existencia, en rocas, depatrones de distribucin de elementos mayores o trazas, que se encuentren relacionados conla existencia de depsitos minerales. Estos patrones de distribucin se habran originado,conjuntamente, y por los mismos procesos que los yacimientos, constituyendo patrones dedispersin primaria.Los mtodos litogeoqumicos han sido usados a contar de 1930 con bastante xito. El xitodel mtodo se encuentra directamente relacionado con la existencia de un adecuado modelo


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de ubicacin del yacimiento, en cuanto a roca husped, alteracin hidrotermal yasociaciones mineralgicas, requiriendo, en consecuencia, de un trabajo previo de tipo

conceptual.Los mtodos litogeoqumicos a escala regional, intentan determinar la existencia deprovincias metalognicas, puesto que los distritos mineros se ubican en zonas en que esfactible determinar la presencia de halos regionales, normalmente controladosestructuralmente, en que se observan aumentos sistemticos en el contenido de uno o mselementos en rocas, con valores de al menos el doble del background.En gran medida, las dificultades en el uso regional de mtodos litogeoqumicos se relacionancon el hecho que los contenidos singenticos del metal en rocas, raramente constituyenanomalas. Aparentemente, el mejor mtodo a emplear, a escala regional, es el anlisis delmetal en las fracciones de minerales separados de las rocas, en especial, pirita, magnetita,mica, feldespatos, etc. Adems, diversos autores sugieren que es ms diagnstica, en este

sentido, la distribucin de frecuencias del elemento, que su valor promedio, ya que lossesgos positivos marcados, indicaran una superposicin de patrones epigenticos,eventualmente relacionados con mineralizacin, sobre patrones singenticos.A escala distrital o local, los mtodos litogeoqumicos encuentran una excelente aplicacin.As, por ejemplo, se observa que los intrusivos granticos relacionados con el emplazamientode yacimientos aurferos, presentan valores de Au superiores a las intrusiones estriles, auncuando este enriquecimiento no sea sistemtico. En forma similar, dichas intrusionespresentan, frecuentemente, altos contenidos de Hg y los concentrados de minerales pesados(pirita, y arsenopirita, especialmente) muestran un mayor contenido de Au.La mxima utilizacin de la litogeoqumica, en este contexto, se encuentra en la deteccin dehalos primarios, relacionados con depsitos aurferos. Estos halos o aureolas se caracterizan

por incrementos o disminuciones en los contenidos de elementos mayores y trazas, endireccin a un depsito. La naturaleza y extensin de estos halos es variada, aunque, engeneral, puede esperarse que los incrementos y disminuciones sean de tipo logartmica,como resultados de procesos de difusin a travs de un medio esttico; sin embargo,fracturamientos y micro-fracturamientos diferenciales, en las rocas encajadoras, y lanaturaleza de stas en cuanto a su capacidad de reaccin, determinan que los halos tengancaractersticas propias y distintivas, aun entre depsitos de un mismo distrito.

3. Hidrogeoqumica: Comprende el estudio geoqumico de aguas de los ocanos y mares, delos cuerpos de agua interiores, de los ros y aguas subterrneas y el hielo de los glaciares. Elconcepto en que se basa el uso del agua en geoqumica aplicada consiste en que cuando las

aguas subterrneas o fluviales entran en contacto con mineralizacin, particularmente sulfuros,ellas pueden oxidar estos minerales con la consiguiente formacin de aguas cidas cargadascon varios metales y aniones, particularmente sulfatos. Estas aguas continan su flujodireccional como parte del sistema hidrolgico subterrneo hasta que se descargan en lossistemas fluviales. Por esto, es recomendable tener conocimiento de hidrogeologa parainterpretar de dnde provienen las aguas enriquecidas con diversos iones. No caben dudas deque las condiciones fisicoqumicas de las aguas van a influir en la dispersin de los metales. Porejemplo, las aguas cidas, especialmente cuando se hallan cerca de mineralizacin de pirita enproceso de oxidacin, facilitan la movilizacin de Cu, sin embargo la movilidad de Mo resulta


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mejor bajo condiciones ligeramente bsicas. No obstante, la movilidad de Cu y Mo ensistemas hidrolgicos es limitada por la presencia de materia orgnica y por los procesos

adsorptivos desarrollados por las arcillas, materia orgnica y los xidos e hidrxidos de Fe y Mn.Por consiguiente, varios son los factores que hay que considerar cuando se interpretan los datosgeoqumicos, particularmente, el medio ambiente en el que se desarrolla la investigacin. Hayque reconocer que la composicin qumica que tienen las aguas, provengan stas de corrientespermanentes o flujos intermitentes, de manantiales, de filtracin o de napas subterrnea depozos, puede ser modificada por la contaminacin, especialmente de minas antiguas, reasindustriales y tambin fuentes antropogenias. Por tanto, cuando se interpretan los datosgeoqumicos es imprescindible tomar en cuenta la posibilidad de contaminacin.

4. Biogeoqumica. La biogeoqumica se desarrolla como resultado de las relaciones entre labiosfera, la litosfera, la hidrosfera y la atmsfera. El eslabn primario que une a estos cuatro

elementos es la vegetacin, la cual usa el anhdrido carbnico de la atmsfera en el procesovital de la fotosntesis y extrae los elementos qumicos nutritivos y otros de la litosfera merced asu sistema de races, el cual est en contacto con las soluciones acuosas del suelo. Lavegetacin acumula en sus tejidos y rganos pequesimas cantidades de elementos qumicos.Estos elementos que se acumulan y su relacin cuantitativa dependen de la qumica y de losfactores fisicoqumicos y biolgicos del substrato nutritivo, es decir del suelo y de la rocasubyacente. En esto se fundamenta principalmente el uso de la bioqumica de la vegetacin. Labioqumica que ms se usa hoy es la de las plantas, y la prospeccin y aplicacin puedenhacerse por medio de algunos de los siguientes mtodos:

Conocimiento de los efectos de la concentracin txica (excesiva o deficitaria) de algunos

elementos sobre el crecimiento (morfologa) o el desarrollo fisiolgico de las especiesbotnicas (es decir, puede estimularlo o inhibirlo): Geobotnica.

Conocimiento de las plantas indicadoras, es decir, de las plantas que slo crecen dondese encuentra un elemento o una agrupacin de elementos en cantidad relativamentegrande y en formas qumicas disponibles. Esto est relacionado directamente con el tipode roca (o rocas) a partir de la cual se forma un suelo y la mineralizacin existente. Lasplantas pueden ser indicadoras universales o locales. Las universales slo crecen enreas que tienen contenido elevado de un elemento especfico (o ms de uno) y enningn otro lugar; son indicadoras directas de la existencia de manifestaciones yyacimientos de mena debajo del suelo. Las plantas indicadoras locales se concentran en

terrenos enriquecidos con un elemento especfico (o ms de uno), pero generalmente enreas limitadas, y as guan a la mineralizacin oculta debajo de la superficie; noobstante, estas plantas pueden crecer tambin sobre terrenos no mineralizados en otrasregiones.

Conocimiento de las plantas acumuladoras. Ciertas especies acumularn uno o msmetales presentes en el ambiente de crecimiento, aunque no necesiten estos metalespara desarrollarse normalmente ni tampoco sufran cambios fisiolgicos o morfolgicos siacumulan cantidades excesivas de metales. Una planta acumuladora es aquella cuyo


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contenido medio de un elemento (basado en el peso de su ceniza) es ms elevadoque el contenido de este elemento en la fraccin fina del substrato. Brooks y

colaboradores establecieron dos niveles adicionales de acumulacin para uso en labiogeoqumica de la vegetacin. La planta acumuladora fuerte contiene ms de 100 ppmy menos de 1000 ppm de un metal y la planta hiperacumuladora contiene ms de 1000ppm de un metal; ambas medidas estn basadas en el peso seco de una especie.

5. Atmogeoqumica.El uso del aire de los suelos o los vapores que emanan de la superficieterrestre encuentran gran aplicacin en la prospeccin geoqumica. Desde hace ms de 50 aosse usa la medicin de la concentracin de gases incluidos en los suelos en la bsqueda depetrleo y gas natural. Se encuentran aureolas de concentracin anmalas de gases en lossuelos y en la atmsfera que rodea los yacimientos, algunos de los cuales se encuentranemplazados a niveles bastante profundos y cubiertos por rocas de distintos orgenes. Para que

estas emanaciones puedan constituir indicadores valiosos de depsitos ocultos debajo de lasuperficie deben hacerse interpretaciones que tomen en cuenta los diversos factores queinfluyen en la concentracin de gases y su dispersin de los suelos en la atmsfera cercana a lasuperficie. Entre estos factores se cuentan la presin baromtrica, la temperatura del aire conrespecto a la del suelo, las condiciones climticas del da o la estacin del ao de muestreo, laprofundidad o la altura del muestreo, el viento y/o las condiciones de precipitacin, la existenciade fracturas, diaclasas y fallas y el espesor y caractersticas de la microcapa superficial y sunivel de humedad. Por ejemplo, geoqumicamente el Hg est muy ligado a los elementoscalcfilos, por lo que la geoqumica de su vapor se ha utilizado en prospeccin geoqumica enestudios de yacimientos de oro, de mineralizacin de metales de base y de depsitos del mismoHg.

Los gases que ms se emplean en prospeccin gasomtrica son: Hg, H2S, CO2, COS, CS2,SO2, Rn, He y otros.

6. Geoqumica Ambiental: A partir de los datos de anlisis qumicos de multielementosefectuados en muestras de rocas, sedimentos fluviales, suelos, aguas y vegetacin identificarlos lugares en que existen concentraciones media, baja o elevada de elementos que puedentener un papel importante en la salud de la poblacin y en los animales. El papel del geoqumicoes el de proveer datos sobre la distribucin de los elementos qumicos en la naturaleza yaveriguar si hay correlacin entre esa distribucin y la incidencia de enfermedades en una reginlimitada o extendida. La misin del geoqumico tiene varias facetas:

mediante la geoqumica se establecen los valores de fondo para los elementos deambientes naturales no contaminados;

la geoqumica proporciona datos sobre el contenido elevado de metales en suelos y envegetacin que provienen de rocas ricas en esos metales, y sobre los metales existentesen el material sedimentario y en las soluciones que se originan en la mineralizacin dedichas rocas;


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la geoqumica indica tambin cundo los niveles de concentracin de varios metalesestn muy por debajo de los valores de fondo que se consideran normales para unambiente geolgico conocido;

por los estudios de la geoqumica de suelos y de las soluciones acuosas relacionadas sepuede establecer la direccin de la migracin de los elementos qumicos y suscompuestos en aguas superficiales y subterrneas;

el geoqumico puede ayudar en la determinacin de la influencia de la contaminacin delaire en los valores de fondo de los elementos qumicos de los suelos y de las plantas;

el geoqumico puede aportar un conocimiento de los componentes de los desechos queprovienen de la minera o de procesos industriales y su solubilidad. Esta solubilidadinfluye en la dispersin de los elementos e indican si tales componentes entrarn en elsistema de drenaje o quedarn con los desechos.


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B) De acuerdo a reas Especficas de Estudio: Mtodos de Investigacin,

Aplicaciones Prcticas, etc. Geoqumica Isotpica: Es la extensin de la geoqumica tradicional de los elementos

qumicos al estudio de los istopos. Deteccin e interpretacin de las variacionesnaturales en la distribucin de istopos. Por su parte, la Geologa Isotpica seentiende como la aplicacin directa del conocimiento istopo-geoqumico y de susresultados a los problemas geolgicos. Campos especiales: Geocronologa(geoqumica de los elementos radiactivos e istopos y la determinacin de la edad pormedio de los istopos estables e inestables).

Geoqumica Fsica: Uso de los principios fisicoqumicos para esclarecer las leyes que

rigen la distribucin geoqumica; especialmente por medio de la determinacinexperimental de equilibrio entre fases minerales y soluciones.

Geoqumica de Elementos Trazas: Determinar las leyes de distribucin de loselementos traza de los minerales y rocas para encarar problemas cristaloqumicos ypetrolgicos (Mineraloqumica).

Geoqumica Regional: Determinar las caractersticas geoqumicas de unidadesgeolgicas regionales, especialmente de los contenidos promedios regionales (Clarke),de provincias petrogrficas y provincias metalognicas.

Prospeccin Geoqumica: Uso de los principios geoqumicos en trabajos de exploracingeolgica a escala regional y/o distrital, basados en establecer las asociacionesgeoqumica primarias y secundarias de los elementos y sus respectivas movilidad ydispersin en los ms diversos ambientes naturales. Se analizan muestras paraidentificar elementos, istopos o compuestos tiles en la prospeccin de yacimientosminerales (metales, no metales, o de hidrocarburos). Las lneas de investigacin en estarea son:

o Prospeccin geoqumica regional.o Prospeccin geoqumica detallada.o Litogeoqumica regional y local.

o Experimentacin en reacciones formadoras de yacimientos minerales

Geoqumica Histrica: Establecer la relacin entre las leyes geoqumicas y los factoresque inciden en la historia geolgica de la Tierra.

Geoqumica del Ambiente Desrtico. Se dedica al estudio de la distribucin de loselementos qumicos en reas desrticas de la superficie de la corteza terrestre. Laslneas de investigacin en esta rea son:

o Geoqumica de los Depsitos Salinos (Evaporitas)


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o Removilizacin del cobre durante procesos exgenos en ambientes de extremaaridez.

o Estudio detallado de la composicin qumica y mineralgica de los sedimentosterrgenos de grano fino: Procedencia de sedimentos y su importancia paraestablecer modelos de evolucin tectnica y paleogeogrfica de cuenca cratnicasy terrenos tectoestratigrficos.

Geoqumica del Ambiente Tropical: Se dedica al estudio de la distribucin de loselementos qumicos en la superficie de la corteza terrestre en ambiente tropical. Laslneas de investigacin en esta rea son:

o Geoqumica de la meteorizacin de rocas en clima tropical y sus aplicaciones.o Estudios geoqumicos de sistemas hidrolgicos. Balance geoqumico en

ambientes tropicales.

VII. Resumen Geoqumica General

a) Origen de los elementosLos elementos qumicos se producen por la fusin de hidrgeno y por otras reaccionestermonucleares que ocurren en las estrellas. Las estrellas son fbricas de elementos qumicos.Las reacciones tpicas son:

01

4

2

1

1 24

++ HeH

CHe 12

6

4

23

nMgC 1

0

23

12

12

62 +

++ NHC 13

7

1

1

12

6

La composicin qumica promedio estimada de la Tierra en su conjunto es:

Fe = 35% O = 30% Si = 15% Mg = 13% Ni = 2,4% S = 1,99%

Ca = 1, 1% Al = 1,1% Na = 0,57% Cr = 0,26% Co = 0,13% P = 0,10%

K = 0,07%


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La estabilidad excepcional de algunos nuclidos de elementos tales como Fe, O, Si y Mg dacuenta, en cierta medida, de su altas abundancias. Elementos tales como Li, Be y B tienenabundancia mucho menor de aquella predicha sobre la base de la estabilidad nuclear, tal vezesto se debe a que estos elementos se consumen en los procesos de fusin en beneficio deelementos ms pesados.

b) Distribucin de los elementosLa distribucin de los elementos en la Tierra se reparten de manera general como sigue: hierro,sulfuro de hierro y metales que se reducen ms fcilmente que el hierro se encuentranprincipalmente en el ncleo de la Tierra; el oxgeno, silicio y metales menos fcilmentereducibles que el hierro se encuentran en el manto y corteza de la Tierra.Esta distribucin se puede explicar de la siguiente manera: despus que los elementos seformaron en la Tierra, el cuerpo fundido estaba constituido principalmente por 4 elementos:hierro, oxgeno, silicio y magnesio. Estos, con una pequea cantidad de azufre (los 5 elementosconstituan el 90% de la Tierra) reaccionaron unos con otros durante el proceso de enfriamiento.Sin embargo, las cantidades de oxgeno y azufre eran insuficientes para reaccionar con todo el

silicio, hierro y magnesio presente. Las energas de enlace de varias combinaciones muestranque las mejores uniones son aquellas en que el silicio se une al oxgeno y el hierro al azufre.Tambin, el hierro se reduce ms fcilmente que el magnesio. Como resultado, durante elenfriamiento de la Tierra, sta pudo haber consistido ms o menos en tres fases inmiscibles:hierro, sulfuro de hierro y silicato de magnesio con elementos menores distribuidos de acuerdo asu afinidad relativa para con cada fase. Las reacciones y la separacin de la Tierra en capas, enbase a la densidad, dio como resultado la concentracin de hierro y de aquellos elementos quetienen menos afinidad por el oxgeno que por el hierro (por ej. nquel) en el ncleo de la Tierra.Tambin se concentraron en el ncleo aquellos elementos que tenan una mayor afinidad por elazufre que por el hierro (por ej. cobalto, fsforo). En la capa superior (manto y corteza) se


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concentraron magnesio, silicio, oxgeno y aquellos elementos que son ms fcilmenteoxidados que el hierro.

c) Separacin del Manto y Corteza; Formacin de la Atmsfera y OcanosA medida que la Tierra se enfriaba, los elementos en la capa de silicato magnsicoexperimentaron aparentemente un segundo fraccionamiento originado principalmente por lacristalizacin de los compuestos menos solubles, principalmente MgO-SiO2. La fase cristalinaque se form se conoce como manto. Es aquella que tiene un espesor aproximado de 2500km y se sita entre la corteza y el ncleo. El manto contiene tambin cantidades apreciablede iones sodio, calcio y aluminio.Durante la separacin y enfriamiento de la corteza y manto, los materiales disueltos tales comonitrgeno y agua fueron expulsados de la matriz slida, dando como resultado la formacin de laatmsfera y los ocanos.

La corteza terrestre consiste principalmente de los elementos O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg. Engeneral, los elementos ms livianos y ms reactivos migraron hacia la superficie y seconcentraron en la corteza. As, la corteza es mucho menos densa que el ncleo o manto,con una densidad promedio de 2,8 g/cc. Tiene un espesor de alrededor de 30 km sobre elcontinente y 8 km bajo los ocanos.

d) Minerales y RocasPuesto que el oxgeno es lejos el elemento ms abundante de la corteza terrestre, esevidente que la mayora de los compuestos que se encuentran all (y conocido comominerales) sern xidos. Las rocas son heterogneas en composicin, hechas de unaasociacin de minerales. La cantidad de minerales presentes en una roca rara vez excede de10 y algunas veces es mucho menos. En general, los silicatos y aluminosilicatos constituyenla mayora de las rocas. Ejemplos de algunos minerales que se encuentran en alguna rocacomn son:

Mineral Frmula Mineral FrmulaCuarzo SiO2 Forsterita Mg2SiO4Magnetita Fe3O4 Moscovita KAl2(AlSi3O10)(OH)2Ortoclasa KAlSi3O8 Fayalita Fe2SiO4Albita NaAlSi3O8 Calcita CaCO3Dipsido CaMgSi2O6 Antofilita Mg7Si8O22(OH)2

Muchos minerales son complejos debido a la similitud de los tamaos inicos y estructurascristalinas. Por ejemplo, tanto la forsterita (Mg2SiO4) como la fayalita (Fe2SiO4) cristalizan conla misma estructura. Los iones Mg2+y Fe2+tienen casi el mismo tamao inico. En el mineralolivino MgFeSiO4, algunos sitios catinicos en la estructura cristalina son ocupados por losiones Mg2+, otros son ocupados por los iones Fe2+. De una manera similar, algunos tomosde Si en una estructura pueden ser reemplazados por tomos de Al, dando origen a unavariedad de aluminosilicatos.


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e) Flujo de Energa en la TierraEl interior de la Tierra es caliente. Cuando se perfora la corteza la temperatura aumenta entre20-30C por cada kilmetro de profundidad. Durante las erupciones volcnicas, los silicatosfundidos a temperaturas cercanas a los 1200C aparecen sobre la superficie. El calor estcontinuamente fluyendo a la superficie desde el interior. Sin embargo, la medicin de esteflujo (y la ocurrencia natural de erupciones volcnicas) muestra que o bien las fuentescalricas no son distribuidas uniformemente o bien alguna forma de conveccin,posiblemente el movimiento de enorme volmenes de material fundido del manto y/o aguacaliente, ocurre al interior de la Tierra.

f) Formacin de Minerales de MenaEn cualquier punto dentro de la corteza o manto, la produccin de calor es de tal magnitudque puede tener lugar procesos de fusin. La gran presin de la formacin rocosa sobre la

fusin puede resultar en bolsones de fundidos de menor densidad penetrando lentamente laformacin rocosa. Si bolsones bastante grandes penetran la formacin rocosa, agrietamientoy/o fracturamiento muy masivos y extensivos pueden originarse; incluso el fundido puedealcanzar la superficie. En un momento posterior, el agua caliente a altas presionestransportando componentes disueltos puede circular a travs de las fracturas y enfriarse. Amedida que se enfra puede depositar algunos de sus componentes disueltos.De esta manera, podramos imaginarnos enormes cantidades de agua caliente circulando atravs de millones de kilmetros de fracturas al interior de la corteza terrestre pudierandisolver sales de plata, oro, cobre, plomo o nquel y llevarlos hacia la superficie. Cerca de lasuperficie la roca es ms fra, las sales son menos solubles, y los depsitos de sales puedenocurrir en una amplia o estrecha regin, dando origen a vetas o concentraciones de

minerales de mena.

g) MeteorizacinMuchos minerales incluyendo al cuarzo son ligeramente solubles en agua; muchos otrospueden ser lentamente oxidados por el oxgeno del aire, o descomponerse por agua de lluviacida. Como resultado de esto, hay un constante deterioro de las rocas de la superficieterrestre por el medio ambiente. Esto se conoce como meteorizacin. El agua de lluvia,saturada con CO2y con pequeas cantidades de cido ntrico (HNO3) puede tener un pH tanbajo como 5,7. Cuando el agua de lluvia cae sobre las rocas y percola a travs del suelo,puede causar alteracin por reacciones y posterior disoluciones como se seala en elsiguiente proceso:

2KAlSi3O8 + 2H+

ac + 9H2O 2K+

ac+ 4H4SiO4 ac + Al2Si2O5(OH)4(Feldespato) (agua de lluvia) (arcilla, caolinita)


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Geoqumica (Resumen):Elementos Mayores (>1%)

Abundancia de los elementos e istopos Elementos Menores (1% a 0,1%)Elementos. Traza (


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Valor de Fondo o Background: Es un valor promedio, puede ser aritmtico, geomtrico,algebraico, etc.

i

i

nX = Promedio Aritmtico = Desviacin Estndar

Umbral = ( 2+X )

n = 50

ppmX 67= = 4,8

Anomala: es un valor anmalo con respecto a un valor de fondo.

Valor de la anomala: Anomala 1 = 1+X Anomala 2 = 2+X 67 + 9,6 = 76,6 ppmAnomala 3 = 3+X

Los valores que superen esta anomala 2 (76,6 ppm) indicarn el lugar probable de albergar unamineralizacin importante.

El descubrimiento de un yacimiento va a depender de qu tan expuesto est y del mtodo a utilizarpara su anlisis. Por ejemplo, mediante prospeccin geoqumica para el caso de yacimientoscubiertos, anlisis de alteraciones en superficie o el anlisis de vetas. Las anomalas tienden atrasladarse, por lo que hay que tener en cuenta el relieve, la topografa, pendiente del terreno, etc.


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VIII. Relacin Geologa y QumicaLa Geoqumica, es una ciencia interdisciplinaria que conjuga estudios en sistemas naturales,permite realizar investigaciones bsicas y aplicadas, que contribuyen a solucionar problemasrelacionados con el ambiente y a la bsqueda de recursos naturales de utilidad para el hombre,al igual que en el desarrollo de modelos que expliquen la evolucin qumica de los sistemasnaturales en el tiempo geolgico.

Fundamentos de las dos ciencias que la conforman la geoqumica:

La Qumica LaGeologa

Estudia las caractersticas ypropiedades de las sustancias en susestados slido, lquido y gaseoso y losprocesos por los cuales las sustanciasreaccionan y se transforman. Estoscambios se estudian a travs demodelos, hiptesis y leyes

Comprende el estudio cientfico de la Tierra,de los procesos que en ella ocurren y de loscambios que estos procesos producen en eltiempo tanto en su parte externa comointerna. La Geologa es la ciencia queestudia la estructura de la Tierra y suevolucin en el tiempo

LA GEOQUMICA

Est relacionada con las leyes que gobiernan la distribucin de los elementos qumicosen la Tierra. Es la ciencia que estudia en forma cualitativa y cuantitativa las gesferasinternas (ncleo y manto) y externas (litosfera, atmsfera, hidrosfera y biosfera) queforman la Tierra y las leyes que controlan la distribucin de los elementos qumicos ysus istopos en cada una de estas partes y entre ellas.

Sus objetivos son:

Determinar la abundancia absoluta y relativa de los elementos e istoposen los diferentes sistemas naturales de la Tierra.

Estudio de la distribucin y migracin de los elementos en las diferentespartes que conforman la Tierra (litosfera, atmsfera, hidrosfera, biosfera),con el objeto de obtener informacin sobre los principios que gobiernan lamigracin y distribucin de los elementos (entre los diferentes sistemasnaturales).

Su aprovechamiento para el bienestar social:o Obtener recursos naturales para el beneficio de la humanidad.o El estudio de la calidad del ambiente y como evitar continuar

contaminndolo y mantenerlo para el beneficio de la humanidad.


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Por qu la Geoqumica es una especialidad interdisciplinaria?

La Geoqumica es una especialidad interdisciplinaria porque se nutre de los conocimientosbsicos de la qumica y la geologa, lo que conjuga estudios que incluyen actividades decampo, laboratorio y oficina. La Geoqumica presenta oportunidades de investigacin endiversas reas tales como:

Prospeccin de recursos minerales y energticos.

Geoqumica de rocas gneas, sedimentarias y metamrficas

Estudio geoqumico en ambientes tropical y desrtico.

Estudio geoqumico de impacto ambiental (evolucin de especies qumicas en ambientes

naturales y contaminados).

Distribucin y caracterizacin de elementos traza en formaciones geolgicas y depsitos

minerales.

Experimentacin y modelaje de sistemas geoqumicos. Modelos predictivos.

geoexog introduccion a la geoquimica general 02

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