Arena

La arena es un material granular compuesto por partículas minerales finamente divididas . Presenta diversas composiciones, pero generalmente se define por el tamaño de sus granos. Los granos de arena son más pequeños que la grava y más gruesos que el limo . El término arena también puede referirse a una clase textural de suelo o a un tipo de suelo; es decir, un suelo que contiene más del 85 % de partículas del tamaño de la arena en masa. ^{[ 2 ]}

La composición de la arena varía según las fuentes de roca y las condiciones locales, pero el componente más común de la arena en entornos continentales interiores y entornos costeros no tropicales es la sílice (dióxido de silicio o SiO₂ ₎ , generalmente en forma de cuarzo .

El carbonato de calcio es el segundo tipo de arena más común. Un ejemplo de ello es la aragonita , que se ha formado a lo largo de los últimos 500  millones de años por diversas formas de vida, como corales y moluscos . Es el tipo de arena predominante en zonas donde los arrecifes han dominado el ecosistema durante millones de años, como en el Caribe . Con menos frecuencia, la arena puede estar compuesta de sulfato de calcio , como el yeso y la selenita , como se encuentra en lugares como el Parque Nacional White Sands y el Refugio Nacional de Vida Silvestre Salt Plains en Estados Unidos.

La arena es un recurso no renovable en escalas de tiempo humanas, y la arena apta para la fabricación de hormigón tiene una gran demanda. ^{[ 3 ]} La arena del desierto, aunque abundante, no es apta para el hormigón. Cincuenta mil millones de toneladas de arena de playa y arena fósil se utilizan cada año para la construcción. ^{[ 4 ]}

La definición exacta de arena varía. El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (UNCS ) científico utilizado en ingeniería y geología corresponde a los tamices estándar de EE. UU. y define la arena como partículas con un diámetro de entre 0,074 y 4,75 milímetros. [ ^{5 ] Según} otra definición, en términos de tamaño de partícula como la utilizada por los geólogos , las partículas de arena varían en diámetro desde 0,0625 mm  (o 1/16  mm) un volumen de aproximadamente 0,00012 milímetros cúbicos, hasta 2  mm, un volumen de aproximadamente 4,2 milímetros cúbicos, la diferencia en volúmenes es de 34.688 medidas de diferencia. ^{[ 6 ]} Cualquier partícula que caiga dentro de este rango de tamaños se denomina grano de arena . Los granos de arena se encuentran entre la grava (con partículas que varían de 2  mm a 64  mm según el último sistema, y ​​de 4,75  mm a 75  mm en el primero) y el limo (partículas menores de 0,0625  mm hasta 0,004  mm). La especificación de tamaño entre arena y grava se ha mantenido constante durante más de un siglo, pero diámetros de partículas tan pequeños como 0,02  mm se consideraban arena según el estándar de Albert Atterberg en uso durante principios del siglo XX. Los granos de arena en el " Arena de Arquímedes " , escrito alrededor del 240 a. C., tenían 0,02 mm de diámetro. Una especificación de 1938 del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos era de 0,05 mm. ^{[ 7 ]} Un estándar de ingeniería de 1953 publicado por la Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte estableció el tamaño mínimo de arena en 0,074 mm. La arena se siente áspera cuando se frota entre los dedos. El limo , en comparación, se siente como harina .   

La norma ISO 14688 clasifica las arenas en finas, medianas y gruesas, con rangos de 0,063 mm a 0,2 mm a 0,63 mm a 2,0 mm. En Estados Unidos, la arena se divide comúnmente en cinco subcategorías según su tamaño: arena muy fina (1/16 –  1/8  mm  de diámetro  ) , arena fina ( 1/8 mm – 1/4 mm ) , arena mediana ( 1/4 mm – 1/2 mm ) , arena gruesa ( 1/2 mm – 1 mm ) y arena muy gruesa (1 mm – 2 mm). Estos tamaños se basan en la escala phi de Krumbein , donde el tamaño es Φ = -log ₂ D; siendo D el tamaño de partícula en mm. En esta escala, para la arena el valor de Φ varía de -1 a +4, con las divisiones entre subcategorías en números enteros.         

El componente más común de la arena, tanto en entornos continentales interiores como en entornos costeros no tropicales, es la sílice (dióxido de silicio o SiO₂ ₎ , generalmente en forma de cuarzo , que, debido a su inercia química y considerable dureza, es el mineral más común resistente a la erosión .

La composición de la arena mineral es muy variable, dependiendo de las fuentes de roca y las condiciones locales. Las arenas blancas brillantes que se encuentran en entornos costeros tropicales y subtropicales son caliza erosionada y pueden contener fragmentos de coral y conchas , además de otro material orgánico o fragmentario derivado de materia orgánica, lo que sugiere que la formación de arena también depende de organismos vivos. ^{[ 8 ]} Las dunas de arena de yeso del Parque Nacional White Sands en Nuevo México son famosas por su brillante color blanco. La arcosa es una arena o arenisca con un contenido considerable de feldespato , derivada de la meteorización y erosión de un afloramiento de roca granítica (generalmente cercano) . Algunas arenas contienen magnetita , clorita , glauconita o yeso . Las arenas ricas en magnetita son de color oscuro a negro, al igual que las arenas derivadas de basaltos volcánicos y obsidiana . Las arenas que contienen clorita y glauconita son típicamente de color verde, al igual que las arenas derivadas de lava basáltica con un alto contenido de olivino . Muchas arenas, especialmente las que se encuentran en abundancia en el sur de Europa , contienen impurezas de hierro en los cristales de cuarzo, lo que les confiere un color amarillo intenso. Los depósitos de arena en algunas zonas contienen granates y otros minerales resistentes, incluyendo algunas gemas pequeñas .

Las rocas se erosionan o desgastan con el tiempo, principalmente por la acción del agua y el viento, y sus sedimentos son transportados río abajo. Estos sedimentos se siguen desintegrando en fragmentos más pequeños hasta convertirse en finos granos de arena. El tipo de roca de la que se originó el sedimento y la intensidad del ambiente dan lugar a diferentes composiciones de arena. La roca más común que forma arena es el granito , donde los minerales de feldespato se disuelven más rápido que el cuarzo , lo que provoca que la roca se desintegre en pequeños fragmentos. En ambientes de alta energía, las rocas se desintegran mucho más rápido que en entornos más tranquilos. En las rocas de granito, esto resulta en una mayor cantidad de minerales de feldespato en la arena, ya que no tienen tanto tiempo para disolverse. El término para la arena formada por la meteorización es "epiclástica". ^{[ 9 ]}

La arena de los ríos se extrae del propio río o de su llanura aluvial y constituye la mayor parte de la arena utilizada en la industria de la construcción. Debido a esto, muchos ríos pequeños se han agotado, lo que genera preocupación ambiental y pérdidas económicas en las tierras adyacentes. La tasa de extracción de arena en estas zonas supera con creces la tasa de regeneración del recurso, convirtiéndolo en un recurso no renovable. ^{[ 10 ]}

Las dunas de arena son consecuencia de condiciones secas o de la deposición eólica. El desierto del Sahara es muy seco debido a su ubicación geográfica y su proximidad al ecuador . Es conocido por sus vastas dunas de arena, que existen principalmente debido a la falta de vegetación y agua. Con el tiempo, el viento arrastra partículas finas, como arcilla y materia orgánica muerta, dejando solo arena y rocas más grandes. Solo el 15% del Sahara son dunas de arena, mientras que el 70% es roca desnuda. ^{[ 11 ]} El viento es responsable de crear estos diferentes entornos y de dar forma a la arena, haciéndola redonda y lisa. Estas propiedades hacen que la arena del desierto no sea apta para la construcción. ^{[ 12 ]}

La arena de playa también se forma por erosión. A lo largo de miles de años, las rocas se erosionan cerca de la costa debido al movimiento constante de las olas y los sedimentos se acumulan. La meteorización y la sedimentación fluvial también aceleran el proceso de formación de la playa, junto con la interacción de los animales marinos con las rocas, como por ejemplo, al alimentarse de las algas que crecen en ellas. Una vez que hay suficiente arena, la playa actúa como una barrera que impide que la tierra siga erosionándose. Esta arena es ideal para la construcción, ya que es angular y de diversos tamaños. ^{[ 13 ]}

La arena marina (o arena oceánica) proviene de sedimentos transportados al océano y de la erosión de las rocas marinas. El espesor de la capa de arena varía, aunque suele haber mayor cantidad cerca de la costa; este tipo de arena es ideal para la construcción y constituye un recurso muy valioso. Europa es el principal productor de arena marina, lo que perjudica gravemente a los ecosistemas y a la pesca local. ^{[ 10 ]}

El estudio de granos individuales puede revelar mucha información histórica sobre el origen y el tipo de transporte del grano. ^{[ 14 ]} La arena de cuarzo que se ha erosionado recientemente de cristales de cuarzo de granito o gneis será angular. Se la llama grus en geología o arena afilada en la industria de la construcción donde se prefiere para el hormigón, y en jardinería donde se usa como enmienda del suelo para aflojar suelos arcillosos. La arena que es transportada largas distancias por agua o viento será redondeada, con patrones de abrasión característicos en la superficie del grano. La arena del desierto es típicamente redondeada.

Las personas que coleccionan arena como pasatiempo se conocen como arenófilos . Los organismos que prosperan en ambientes arenosos son psamófilos. ^{[ 15 ]}

• Abrasión : Antes de la invención del papel de lija, se utilizaba arena húmeda como elemento abrasivo entre dispositivos giratorios con superficie elástica y materiales duros como piedra muy dura (para la fabricación de jarrones de piedra) o metal (para eliminar manchas antiguas antes de volver a teñir ollas de cobre).
• Agricultura : Los suelos arenosos son ideales para cultivos como sandías, melocotones y cacahuetes, y sus excelentes características de drenaje los hacen adecuados para la ganadería lechera intensiva.
• Filtración de aire : En algunos diseños de filtros para máscaras antigás se solía utilizar arena fina mezclada con tela, pero en gran medida ha sido sustituida por microfibras .
• Acuarios : La arena es un material base económico para acuarios que, según algunos, es mejor que la grava para uso doméstico. También es indispensable para los acuarios de arrecife de agua salada , que emulan entornos compuestos principalmente de arena de aragonita proveniente de la descomposición de corales y moluscos .
• Arrecifes artificiales : La arena envasada en geotextil puede servir de base para la creación de nuevos arrecifes.
• Islas artificiales en el Golfo Pérsico .
• Regeneración de playas : Los gobiernos trasladan arena a las playas donde las mareas, las tormentas o los cambios deliberados en la línea costera erosionan la arena original. ^{[ 16 ]}
• Ladrillo : Las plantas de fabricación añaden arena a una mezcla de arcilla y otros materiales para la fabricación de ladrillos. ^{[ 17 ]}
• Cob : El cob es un material de construcción compuesto de agua, materia orgánica (como paja), cal y subsuelo , que en su mayor parte se compone de arena. La arena gruesa constituye hasta el 75% del cob.
• Hormigón : La arena suele ser un componente principal de este material de construcción fundamental.
• Vidrio : La arena rica en sílice es el componente principal de los vidrios comunes.
• Fracturamiento hidráulico : Técnica de perforación para la extracción de gas natural que utiliza arena de sílice redondeada como " apuntalante ", un material que mantiene abiertas las grietas causadas por el proceso de fracturamiento hidráulico.
• Paisajismo: La arena permite crear pequeñas colinas y pendientes (los campos de golf serían un ejemplo).
• Mortero : Se mezcla arena con cemento para mampostería o cemento Portland y cal para su uso en la construcción de mampostería.
• Pintura : La mezcla de arena con pintura produce un acabado texturizado para paredes y techos o superficies de suelo antideslizantes.
• Ferrocarriles: Los maquinistas y los operadores de transporte ferroviario utilizan arena para mejorar la tracción de las ruedas sobre las vías.
• Recreación: Jugar con arena es una de las actividades favoritas en la playa. Uno de los usos más populares de la arena es construir estructuras, a veces complejas, a veces sencillas, conocidas como castillos de arena , que, como se suele decir, son efímeros. Las áreas de juego especiales para niños, que delimitan una superficie considerable de arena y se conocen como areneros, son comunes en muchos parques infantiles públicos e incluso en algunas casas unifamiliares. Las dunas de arena también son populares entre escaladores, motociclistas y conductores de buggies de playa .
• Carreteras: La arena mejora la tracción (y por lo tanto la seguridad vial) en condiciones de hielo o nieve.
• Animación con arena : Los artistas escénicos dibujan imágenes en arena. Los creadores de películas de animación utilizan el mismo término para describir su uso de arena sobre vidrio retroiluminado o con iluminación frontal.
• Fundición en arena : Los fundidores humedecen o engrasan la arena de moldeo , también conocida como arena de fundición , y luego la moldean en moldes en los que vierten el material fundido. Este tipo de arena debe soportar altas temperaturas y presiones, permitir la salida de gases, tener un tamaño de grano pequeño y uniforme, y ser inerte con los metales.
• Sacos de arena : Protegen contra inundaciones y disparos. Estos sacos económicos son fáciles de transportar cuando están vacíos, y voluntarios sin experiencia pueden llenarlos rápidamente con arena local en caso de emergencia.
• Chorro de arena : La arena clasificada se utiliza como abrasivo para la limpieza, preparación y pulido.
• Silicio : La arena de cuarzo es una materia prima para la producción de silicio .
• Arma térmica : Aunque ya no se utiliza de forma generalizada, en la época clásica y medieval se solía calentar arena y verterla sobre las tropas invasoras.
• Filtración de agua : Los filtros de arena utilizan arena para filtrar el agua. También son de uso común en muchas plantas de tratamiento de agua, a menudo en forma de filtros rápidos de arena .
• Tayammum : Tayammum es un ritual islámico que consiste en la limpieza de partes del cuerpo.
• "Esqueletos" de zoántidos : Los animales de este orden de cnidarios bentónicos marinos, emparentados con los corales y las anémonas de mar, incorporan arena a su mesoglea para obtener resistencia estructural, que necesitan porque carecen de un verdadero esqueleto.

Solo algunas arenas son aptas para la industria de la construcción, por ejemplo, para la fabricación de hormigón . Los granos de arena del desierto se redondean al ser arrastrados por el viento, y por esta razón no producen hormigón sólido, a diferencia de la arena gruesa del mar. Debido al crecimiento de la población y de las ciudades, y la consiguiente actividad de construcción, existe una enorme demanda de estos tipos especiales de arena, y las fuentes naturales se están agotando. En 2012, el director francés Denis Delestrac realizó un documental titulado « Guerras de arena» sobre el impacto de la escasez de arena para la construcción. Muestra los efectos ecológicos y económicos del comercio, tanto legal como ilegal , de arena para la construcción. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

Para extraer la arena, se utiliza el método de dragado hidráulico. Este método consiste en bombear los primeros metros de arena del agua y cargarlos en una embarcación, que luego se transporta a tierra para su procesamiento. Toda la vida marina mezclada con la arena extraída muere y el ecosistema puede seguir sufriendo durante años después de que finalice la extracción. Esto no solo afecta a la vida marina, sino también a las industrias pesqueras locales debido a la pérdida de vidas y a las comunidades que viven cerca de la costa. Cuando se extrae arena del agua, aumenta el riesgo de deslizamientos de tierra, lo que puede provocar la pérdida de tierras agrícolas y/o daños a las viviendas. ^{[ 21 ]}

Los múltiples usos de la arena requieren una importante industria de dragado , lo que genera preocupaciones ambientales por el agotamiento de los peces, los deslizamientos de tierra y las inundaciones. ^{[ 22 ]} Países como China, Indonesia, Malasia y Camboya prohíben las exportaciones de arena, citando estos problemas como un factor importante. ^{[ 23 ]} Se estima que el consumo anual de arena y grava es de 40 mil millones de toneladas y que la arena es una  industria global de 70 mil millones de dólares estadounidenses. ^{[ 24 ]} Con el uso creciente, se espera que provenga más del reciclaje y de alternativas a la arena. ^{[ 25 ]}

La demanda mundial de arena en 2017 fue de 9.550 millones de toneladas, dentro de una  industria valorada en 99.500 millones de dólares. ^{[ 26 ]} En abril de 2022, el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) publicó un informe que indicaba que se utilizaban 50.000 millones de toneladas de arena y grava cada año. El informe formuló 10 recomendaciones, entre ellas la prohibición de la extracción de arena de las playas, para evitar una crisis y avanzar hacia una economía circular para estos dos recursos. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

Aunque la arena generalmente no es tóxica, las actividades que la utilizan, como el arenado, requieren precauciones. Las bolsas de arena de sílice que se usan para arenado ahora llevan etiquetas que advierten al usuario que use protección respiratoria para evitar inhalar el polvo fino de sílice resultante . Las fichas de datos de seguridad de la arena de sílice indican que "la inhalación excesiva de sílice cristalina es un grave riesgo para la salud". ^{[ 29 ]}

En zonas de alta presión de agua intersticial , la arena y el agua salada pueden formar arenas movedizas , un hidrogel coloidal que se comporta como un líquido. Las arenas movedizas constituyen una barrera considerable para las criaturas atrapadas, que a menudo mueren por exposición (no por inmersión).

A veces la gente cava agujeros en la arena de las playas con fines recreativos, pero si son demasiado profundos pueden provocar lesiones graves o la muerte en caso de derrumbe. ^{[ 30 ]}

La arena manufacturada (arena M) es arena producida a partir de roca mediante procesos artificiales, generalmente para fines de construcción en cemento u hormigón. Se diferencia de la arena de río por ser más angular y tener propiedades algo distintas. ^{[ 31 ]}

En Dubái , Emiratos Árabes Unidos , la arena necesaria para construir infraestructura y crear las Islas de Dubái supera los suministros locales, lo que obliga a importar arena de Australia . Las islas artificiales requirieron más de 835 millones de toneladas de arena, con un coste superior a los 26.000 millones de dólares estadounidenses  . ^{[ 32 ]}

Portal de Ciencias de la Tierra

• Vince Beiser (2018). El mundo en un grano: La historia de la arena y cómo transformó la civilización . Riverhead Books. ISBN 978-0399576423.

• Arena de playa: qué es, de dónde viene y cómo llega hasta aquí - Biblioteca del Condado de Beaufort
• Beach, Chandler B., ed. (1914). "Arena"  . Obra de referencia para el nuevo estudiante  . Chicago: FE Compton and Co.

Efectos secundarios de la extracción de arena

• El mundo se está quedando sin arena - New York Times
• La extracción de arena en los ríos de la India está causando problemas - New York Times
• Cómo la demanda de arena está acabando con los ríos en África - BBC
• Dubái importa arena - BBC
• La ONU advierte que se avecina una crisis de arena a medida que aumenta la población mundial - Reuters