laterita

La laterita es un tipo de suelo rico en hierro y aluminio que suele formarse en zonas cálidas y húmedas; la mayor parte de este tipo de suelo se encuentra en los trópicos . Casi todas las lateritas presentan una coloración rojiza debido a su alto contenido en óxido de hierro .

Los suelos lateríticos se desarrollan por meteorización intensiva y prolongada de la roca madre subyacente , generalmente bajo condiciones de altas temperaturas y fuertes lluvias alternadas con períodos secos, ^{[ 1 ]} en un proceso llamado laterización . ^{[ 2 ]} Esta meteorización química prolongada produce una amplia variedad en el espesor, grado, química y mineralogía de los menas de los suelos resultantes. Aparte de esta variedad, la laterita se ha considerado comúnmente un tipo de roca además de un tipo de suelo. Estos hechos, y otras formas de concebir la naturaleza de la laterita (por ejemplo, como un perfil de meteorización completo o incluso una teoría sobre la meteorización), han llevado a pedir que se abandone el término por completo. Al menos algunos investigadores especializados en el desarrollo del regolito , incluidos TR Paton y MAJ Williams, ^{[ 3 ]} han sugerido que se ha generado una confusión irremediable en torno al nombre.

Históricamente, la laterita se cortaba en formas similares a ladrillos y se utilizaba en la construcción de monumentos. Después del año 1000 d. C., la construcción en Angkor Wat y otros sitios del sudeste asiático cambió a recintos de templos rectangulares hechos de laterita, ladrillo y piedra. Desde mediados de la década de 1970, algunos tramos de prueba de carreteras de bajo volumen con superficie bituminosa han utilizado laterita en lugar de piedra como capa base. Las capas gruesas de laterita son porosas y ligeramente permeables, por lo que pueden funcionar como acuíferos en áreas rurales. La laterita disponible localmente también se ha utilizado para tratar aguas residuales, por ejemplo, en una solución ácida seguida de precipitación para eliminar fósforo y metales pesados .

Las lateritas son una fuente de mineral de aluminio ; este mineral se encuentra principalmente en minerales arcillosos y en los minerales hidróxidos gibbsita , boehmita y diásporo , por lo que su composición se asemeja a la de la bauxita , la principal fuente mundial de mineral de aluminio. En Irlanda del Norte, las lateritas fueron en su momento una importante fuente de minerales de hierro y aluminio. Los minerales lateríticos también fueron la principal fuente inicial de níquel .

Definición y descripción física

Francis Buchanan-Hamilton describió y nombró por primera vez una formación laterítica en el sur de la India en 1807. ^{[ 4 ]}^{: 65} La denominó laterita a partir de la palabra latina later , que significa ladrillo; este suelo altamente compactado y cementado se puede cortar fácilmente en bloques con forma de ladrillo para la construcción. ^{[ 4 ]}^{: 65} La palabra laterita se ha utilizado para horizontes de suelo con cementación variable y ricos en sesquióxidos . ^[⁵^] Un sesquióxido es un óxido con tres átomos de oxígeno y dos átomos de metal. También se ha utilizado para cualquier suelo rojizo en la superficie terrestre o cerca de ella. ^[⁵^]

Las capas de laterita son gruesas en las áreas estables del Escudo Etíope Occidental , en los cratones de la Placa Sudamericana y en el Escudo Australiano . ^{[ 6 ]}^{: 1} En Madhya Pradesh , India, la laterita que cubre la meseta tiene 30 m (100 pies) de espesor. ^[⁷^]^:⁵⁵⁴ Las lateritas pueden ser blandas y romperse fácilmente en trozos más pequeños, o firmes y físicamente resistentes. Las rocas del basamento están enterradas bajo la gruesa capa erosionada y rara vez están expuestas. ^[⁶^]^:¹ Los suelos lateríticos forman la parte más superior de la cubierta de laterita.

En algunos lugares las lateritas contienen pisolitas y ferricreta , y pueden encontrarse en posiciones elevadas como resultado de la inversión del relieve . ^{[ 8 ]}

Cliff Ollier ha criticado la utilidad del concepto, dado que diferentes autores lo utilizan con distintos significados. ^{[ 9 ]} Según se informa, algunos lo han usado para la ferricreta, otros para el suelo rojo tropical, y otros más para perfiles de suelo formados, de arriba abajo, por una costra , una zona moteada y una zona pálida. ^{[ 9 ]} Advierte enfáticamente contra el concepto de "meteorización profunda laterítica", ya que "plantea demasiadas preguntas". ^{[ 9 ]}

Formación

Capas del suelo, desde el suelo hasta la roca madre: A representa el suelo ; B representa la laterita, un regolito ; C representa la saprolita , un regolito menos erosionado; debajo de C se encuentra la roca madre.

La meteorización tropical (laterización) es un proceso prolongado de meteorización química que produce una amplia variedad en el espesor, grado, química y mineralogía de los suelos resultantes. ^{[ 10 ]}^{: 3} Los productos iniciales de la meteorización son esencialmente rocas caolinizadas llamadas saprolitas . ^{[ 11 ]} Un período de laterización activa se extendió desde aproximadamente mediados del Terciario hasta mediados del Cuaternario (hace 35 a 1,5 millones de años). ^{[ 10 ]}^{: 3} Los análisis estadísticos muestran que la transición en los niveles de media y varianza de ¹⁸ O durante mediados del Pleistoceno fue abrupta. ^{[ 12 ]} Parece que este cambio abrupto fue global y representa principalmente un aumento en la masa de hielo; casi al mismo tiempo se produjo una disminución abrupta en las temperaturas de la superficie del mar ; estos dos cambios indican un enfriamiento global repentino. ^{[ 12 ]} La tasa de laterización habría disminuido con el enfriamiento abrupto de la tierra. La meteorización en climas tropicales continúa hasta el día de hoy, a una tasa reducida. ^{[ 10 ]}^{: 3}

Las lateritas se forman a partir de la lixiviación de rocas sedimentarias parentales ( areniscas , arcillas , calizas ); rocas metamórficas ( esquistos , gneises , migmatitas ); rocas ígneas ( granitos , basaltos , gabros , peridotitas ); y proto-minerales mineralizados; ^{[ 6 ]}^{: 5} que deja los iones más insolubles , predominantemente hierro y aluminio. El mecanismo de lixiviación implica la disolución ácida de la red mineral huésped , seguida de hidrólisis y precipitación de óxidos y sulfatos insolubles de hierro, aluminio y sílice bajo las condiciones de alta temperatura ^[¹³^] de un clima monzónico subtropical húmedo . ^[¹⁴^]

Una característica esencial para la formación de laterita es la repetición de estaciones húmedas y secas . ^[¹⁵^] Las rocas son lixiviadas por el agua de lluvia que se filtra durante la estación húmeda; la solución resultante que contiene los iones lixiviados es llevada a la superficie por acción capilar durante la estación seca. ^[¹⁵^] Estos iones forman compuestos de sales solubles que se secan en la superficie; estas sales son arrastradas durante la siguiente estación húmeda. ^[¹⁵^] La formación de laterita se ve favorecida en relieves topográficos bajos de suaves crestas y mesetas que evitan la erosión de la cubierta superficial. ^[¹⁰^]^:⁴ La zona de reacción donde las rocas están en contacto con el agua —desde los niveles más bajos hasta los más altos del nivel freático— se agota progresivamente de los iones fácilmente lixiviables de sodio , potasio , calcio y magnesio . ^[¹⁵^] Una solución de estos iones puede tener el pH correcto para disolver preferentemente el óxido de silicio en lugar de los óxidos de aluminio y óxidos de hierro . ^[¹⁵^] Se ha sugerido que la silcreta se forma en zonas relativamente secas de lateritas, en las "zonas de precipitación". ^[¹⁶^] Por el contrario, en las partes más húmedas de las lateritas sujetas a lixiviación se ha sugerido que se forman ferricretas . ^[¹⁶^]

La composición mineralógica y química de las lateritas depende de sus rocas madre. ^{[ 6 ]}^{: 6} Las lateritas consisten principalmente en cuarzo , circón y óxidos de titanio , hierro, estaño , aluminio y manganeso , que permanecen durante el proceso de meteorización. ^{[ 6 ]}^{: 7} El cuarzo es el mineral relicto más abundante de la roca madre. ^{[ 6 ]}^{: 7}

Las lateritas varían significativamente según su ubicación, clima y profundidad. ^{[ 13 ]} Los principales minerales que albergan níquel y cobalto pueden ser óxidos de hierro , minerales arcillosos u óxidos de manganeso . ^{[ 13 ]} Los óxidos de hierro se derivan de rocas ígneas máficas y otras rocas ricas en hierro; las bauxitas se derivan de rocas ígneas graníticas y otras rocas pobres en hierro. ^[¹⁵^] Las lateritas de níquel se presentan en zonas de la Tierra que experimentaron una meteorización tropical prolongada de rocas ultramáficas que contienen los minerales ferromagnesianos olivino , piroxeno y anfíbol . ^[¹⁰^]^:³

Ubicaciones

Yves Tardy, del Instituto Nacional Politécnico de Toulouse y del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia , calculó que las lateritas cubren aproximadamente un tercio de la superficie continental de la Tierra. ^[⁶^]^:¹ Los suelos lateríticos son los subsuelos de los bosques ecuatoriales, de las sabanas de las regiones tropicales húmedas y de las estepas sahelianas . ^[⁶^]^:¹ Cubren la mayor parte de la superficie terrestre entre los trópicos de Cáncer y Capricornio; las áreas no cubiertas dentro de estas latitudes incluyen la parte más occidental de Sudamérica, la parte suroccidental de África, las regiones desérticas del centro-norte de África, la península arábiga y el interior de Australia. ^[⁶^]^:²

Algunas de las rocas ultramáficas más antiguas y altamente deformadas que sufrieron laterización se encuentran como suelos fósiles petrificados en los complejos escudos precámbricos en Brasil y Australia. ^{[ 10 ]}^{: 3} Intrusiones más pequeñas de tipo alpino altamente deformadas han formado perfiles de laterita en Guatemala, Colombia, Europa Central, India y Birmania. ^{[ 10 ]}^{: 3} Grandes láminas de cabalgamiento de arcos de islas mesozoicos y zonas de colisión continental sufrieron laterización en Nueva Caledonia, Cuba, Indonesia y Filipinas. ^[¹⁰^]^:³ Las lateritas reflejan condiciones de meteorización pasadas; ^[⁵^] las lateritas que se encuentran en áreas no tropicales actuales son productos de épocas geológicas anteriores , cuando esa área estaba cerca del ecuador. Las lateritas actuales que ocurren fuera de los trópicos húmedos se consideran indicadores de cambio climático, deriva continental o una combinación de ambos. ^[¹⁷^] En India, los suelos lateríticos ocupan un área de 240.000 kilómetros cuadrados. ^[¹^]

Usos

Agricultura

Los suelos lateríticos tienen un alto contenido de arcilla, lo que significa que tienen mayor capacidad de intercambio catiónico , baja permeabilidad, alta plasticidad y alta capacidad de retención de agua que los suelos arenosos. Esto se debe a que las partículas son tan pequeñas que el agua queda atrapada entre ellas. Después de la lluvia, el agua se mueve lentamente hacia el suelo. Debido a la lixiviación intensiva, los suelos lateríticos carecen de fertilidad en comparación con otros suelos; sin embargo, responden fácilmente al abonado y al riego. ^{[ 1 ]} Las palmeras son menos propensas a sufrir sequía porque el agua de lluvia se retiene en el suelo. Sin embargo, si la estructura de los suelos lateríticos se degrada, puede formarse una costra dura en la superficie, lo que dificulta la infiltración del agua, la emergencia de las plántulas y provoca un aumento de la escorrentía. Es posible rehabilitar dichos suelos mediante un sistema llamado "biorrecuperación de tierras degradadas". Esto implica el uso de métodos autóctonos de captación de agua (como hoyos y zanjas de plantación), la aplicación de residuos animales y vegetales, y la plantación de árboles frutales de alto valor y cultivos de hortalizas autóctonas tolerantes a las condiciones de sequía. Estos suelos son los más adecuados para cultivos de plantación. Son buenos para el cultivo de palma aceitera, té, café y anacardo. El Instituto Internacional de Investigación de Cultivos para los Trópicos Semiáridos ( ICRISAT ) ha empleado este sistema para rehabilitar suelos lateríticos degradados en Níger y aumentar los ingresos de los pequeños agricultores. ^{[ 18 ]} En algunos lugares, estos suelos sustentan pastizales y bosques de matorrales. ^{[ 1 ]}

bloques de construcción

Cuando están húmedas, las lateritas se pueden cortar fácilmente con una pala en bloques de tamaño regular. ^{[ 6 ]}^{: 1} La laterita se extrae cuando está por debajo del nivel freático, por lo que está húmeda y blanda. ^{[ 19 ]} Al exponerse al aire, se endurece gradualmente a medida que la humedad entre las partículas planas de arcilla se evapora y las sales de hierro más grandes ^{[ 15 ]} se fijan en una estructura reticular rígida ^{[ 19 ]}^{: 158} y se vuelven resistentes a las condiciones atmosféricas. ^{[ 6 ]}^{: 1} Se sospecha que el arte de extraer material laterítico para mampostería se introdujo desde el subcontinente indio. ^[²⁰^] Se endurecen como el hierro cuando se exponen al aire. ^[¹^]

Después del año 1000 d. C., la construcción angkoriana cambió de muros de tierra circulares o irregulares a recintos de templos rectangulares de laterita, ladrillo y estructuras de piedra. ^{[ 21 ]}^{: 3} Los estudios geográficos muestran áreas que tienen alineaciones de piedra laterita que pueden ser cimientos de sitios de templos que no han sobrevivido. ^{[ 21 ]}^{: 4} El pueblo jemer construyó los monumentos de Angkor —que están ampliamente distribuidos en Camboya y Tailandia— entre los siglos IX y XIII. ^{[ 22 ]}^{: 209} Los materiales de piedra utilizados fueron arenisca y laterita; el ladrillo se había utilizado en monumentos construidos en los siglos IX y X. ^{[ 22 ]}^{: 210} Se pueden identificar dos tipos de laterita; ambos tipos consisten en los minerales caolinita, cuarzo, hematita y goetita. ^{[ 22 ]}^{: 211} Se midieron diferencias en las cantidades de elementos menores arsénico, antimonio, vanadio y estroncio entre las dos lateritas. ^{[ 22 ]}^{: 211}

Angkor Wat —ubicado en la actual Camboya— es la estructura religiosa más grande construida por Suryavarman II , quien gobernó el Imperio Khmer desde 1112 hasta 1152. ^{[ 23 ]}^{: 39} Es Patrimonio de la Humanidad. ^{[ 23 ]}^{: 39} La arenisca utilizada para la construcción de Angkor Wat es arenisca mesozoica extraída en las montañas Phnom Kulen, a unos 40 km (25 mi) del templo. ^[²⁴^] Los cimientos y las partes internas del templo contienen bloques de laterita detrás de la superficie de arenisca. ^[²⁴^] La mampostería se colocó sin mortero de juntas. ^[²⁴^]

Se utiliza como material de construcción local en lugares como Burkina Faso , donde se valora por su resistencia y por reducir los costos de calefacción y refrigeración. ^{[ 25 ]}

Construcción de carreteras

Esta imagen muestra un camino laterítico cerca de Kounkane, en la región de Alto Casamance, Senegal. Se asemeja a un camino de grava roja. — Carretera de laterita cerca de Kounkane, Alto Casamance, Senegal

Los franceses pavimentaron carreteras en Camboya, Tailandia y Vietnam con laterita triturada, piedra o grava. ^{[ 26 ]} Kenia, a mediados de la década de 1970, y Malawi, a mediados de la década de 1980, construyeron tramos de prueba de carreteras de bajo volumen con superficie bituminosa utilizando laterita en lugar de piedra como capa base. ^{[ 27 ]} La laterita no se ajustaba a ninguna especificación aceptada, pero tuvo un rendimiento igual de bueno en comparación con tramos de carretera adyacentes que utilizaban piedra u otro material estabilizado como base. ^{[ 27 ]} En 1984, se ahorraron 40 000 dólares estadounidenses por kilómetro (0,62 millas) en Malawi al utilizar laterita de esta manera. ^[²⁷^] También se utiliza ampliamente en Brasil para la construcción de carreteras. ^[²⁸^]

suministro de agua

El lecho rocoso en las zonas tropicales suele ser granito, gneis, esquisto o arenisca impermeables ; la gruesa capa de laterita es porosa y ligeramente permeable, por lo que puede funcionar como acuífero en zonas rurales. ^{[ 6 ]}^{: 2} Un ejemplo es el acuífero de laterita sudoccidental (Cabook) en Sri Lanka. ^{[ 29 ]}^{: 1} Este acuífero se encuentra en la frontera suroeste de Sri Lanka, con los estrechos acuíferos superficiales en arenas costeras entre él y el océano. ^{[ 29 ]}^{: 4} Tiene una considerable capacidad de retención de agua, dependiendo de la profundidad de la formación. ^{[ 29 ]}^{: 1} El acuífero en esta laterita se recarga rápidamente con las lluvias de abril-mayo que siguen a la estación seca de febrero-marzo, y continúa llenándose con las lluvias monzónicas . ^{[ 29 ]}^{: 10} El nivel freático retrocede lentamente y se recarga varias veces durante el resto del año. ^{[ 29 ]}^{: 13} En algunas áreas suburbanas de alta densidad, el nivel freático podría descender hasta 15 m (50 pies) por debajo del nivel del suelo durante un período seco prolongado de más de 65 días. ^[²⁹^]^:¹³ Las lateritas del acuífero de Cabook sustentan acuíferos relativamente poco profundos que son accesibles mediante pozos excavados. ^[²⁹^]^:¹⁰

Tratamiento de aguas residuales

En Irlanda del Norte, el enriquecimiento de fósforo de los lagos debido a la agricultura es un problema significativo. ^{[ 30 ]} La laterita disponible localmente —una bauxita de baja calidad rica en hierro y aluminio— se utiliza en solución ácida, seguida de precipitación para eliminar fósforo y metales pesados en varias instalaciones de tratamiento de aguas residuales. ^{[ 30 ]} Se recomiendan medios sólidos ricos en calcio, hierro y aluminio para la eliminación de fósforo. ^{[ 30 ]} Un estudio, utilizando tanto pruebas de laboratorio como humedales construidos a escala piloto, informa la efectividad de la laterita granular en la eliminación de fósforo y metales pesados del lixiviado de vertedero . ^{[ 30 ]} Los estudios iniciales de laboratorio muestran que la laterita es capaz de eliminar el 99% del fósforo de la solución. ^{[ 30 ]} Una instalación experimental a escala piloto que contiene laterita logró una eliminación del 96% del fósforo. ^{[ 30}^]^Esta^eliminación es mayor que la reportada en otros sistemas. ^{[ 30 ]} Las eliminaciones iniciales de aluminio y hierro por instalaciones a escala piloto han sido de hasta el 85 % y el 98 %, respectivamente. ^{[ 30 ]} Las columnas percolantes de laterita eliminaron suficiente cadmio , cromo y plomo hasta concentraciones indetectables. ^{[ 30 ]} Existe una posible aplicación de este sistema de bajo costo, baja tecnología, visualmente discreto y eficiente para áreas rurales con fuentes puntuales de contaminación dispersas. ^{[ 30 ]}

Minerales

Los minerales se concentran en lateritas metalíferas; el aluminio se encuentra en bauxitas , el hierro y el manganeso en costras duras ricas en hierro, el níquel y el cobre en rocas desintegradas, y el oro en arcillas moteadas. ^{[ 6 ]}^{: 2}

Bauxita

El mineral de bauxita es la principal fuente de aluminio. ^{[ 4 ]}^{: 65} Es una variedad de laterita (roca sedimentaria residual), por lo que no tiene una fórmula química precisa. ^{[ 31 ]} Está compuesta principalmente de minerales de alúmina hidratada como la gibbsita [Al(OH) ₃ o Al ₂ O ₃ . 3H ₂ O)] en depósitos tropicales más recientes; en depósitos subtropicales y templados más antiguos, los minerales principales son la boehmita [γ-AlO(OH) o Al ₂ O ₃ .H ₂ O] y algo de diásporo [α-AlO(OH) o Al ₂ O ₃ .H ₂ O]. ^{[ 31 ]} La composición química promedio de la bauxita, en peso, es de 45 a 60% de Al ₂ O ₃ y de 20 a 30% de Fe ₂ O ₃ . ^{[ 31 ]} El peso restante consiste en sílices (cuarzo, calcedonia y caolinita ), carbonatos ( calcita , magnesita y dolomita ), dióxido de titanio y agua. ^{[ 31 ]} Las bauxitas de interés económico deben tener bajo contenido de caolinita. ^{[ 11 ]} La formación de bauxitas lateríticas ocurre en todo el mundo en las llanuras costeras del Cretácico y Terciario de 145 a 2 millones de años de antigüedad . ^{[ 32 ]} Las bauxitas forman cinturones alargados, a veces de cientos de kilómetros de longitud, paralelos a las líneas de costa del Terciario Inferior en India y Sudamérica; su distribución no está relacionada con una composición mineralógica particular de la roca madre. ^{[ 32 ]} Muchas bauxitas de alto nivel se forman en llanuras costeras que posteriormente se elevaron a su altitud actual. ^{[ 32 ]}

Hierro

Las lateritas basálticas de Irlanda del Norte se formaron por una extensa meteorización química de basaltos durante un período de actividad volcánica. ^{[ 14 ]} Alcanzan un espesor máximo de 30 m (100 pies) y en su momento constituyeron una importante fuente de mineral de hierro y aluminio. ^[¹⁴^] Las aguas de percolación provocaron la degradación del basalto original y la precipitación preferencial por agua ácida a través de la red cristalina dejó los minerales de hierro y aluminio. ^[¹⁴^] El olivino primario , el feldespato plagioclasa y la augita se descompusieron sucesivamente y fueron reemplazados por una asociación mineral compuesta por hematita , gibbsita , goetita , anatasa , halloysita y caolinita . ^[¹⁴^]

Níquel

Los minerales de laterita fueron la principal fuente de níquel primitivo. ^{[ 10 ]}^{: 1} Los ricos depósitos de laterita en Nueva Caledonia se explotaron a partir de finales del siglo XIX para producir metal blanco . ^{[ 10 ]}^{: 1} El descubrimiento de depósitos de sulfuro de Sudbury , Ontario, Canadá, durante la primera parte del siglo XX cambió el enfoque hacia los sulfuros para la extracción de níquel . ^{[ 10 ]}^{: 1} Alrededor del 70% de los recursos terrestres de níquel de la Tierra están contenidos en lateritas; actualmente representan alrededor del 40% de la producción mundial de níquel. ^{[ 10 ]}^{: 1} En 1950, el níquel de origen laterítico era menos del 10% de la producción total, en 2003 representaba el 42%, y para 2012 se esperaba que la participación del níquel de origen laterítico fuera del 51%. ^{[ 10 ]}^{: 1} Las cuatro principales áreas del mundo con los mayores recursos de laterita de níquel son Nueva Caledonia, con un 21%; Australia, con un 20%; Filipinas, con un 17%; e Indonesia, con un 12%. ^{[ 10 ]}^{: 4}

Véase también

Ferricrita : partículas pétreas aglomeradas en roca por compuestos de hierro oxidados del agua subterránea.
Oxisol – Tipo de suelo conocido por encontrarse en selvas tropicales.
Plintosol – Tipo de suelo rico en hierro

Referencias

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