Ciclos sedimentarios: características, etapas y ejemplos
Los ciclos sedimentarios se refieren al conjunto de etapas por las que pasan ciertos elementos minerales presentes en la corteza terrestre. Estas fases implican una secuencia de transformaciones formando una serie temporal circular que se repite en períodos largos.
Estos son ciclos biogeoquímicos en los que el almacenamiento del elemento ocurre fundamentalmente en la corteza terrestre. Entre los elementos minerales que son objeto de ciclos sedimentarios están azufre, el calcio, el potasio, el fósforo y los metales pesados.
El ciclo comienza con la exposición de las rocas que contienen dichos elementos desde las profundidades de la corteza hacia la superficie o cerca de ella. Luego, estas rocas son sometidas a meteorización y sufren procesos de erosión ante la acción de factores atmosféricos, hidrológicos y biológicos.
El material erosionado es transportado por el agua, la gravedad o el viento para posteriormente ocurrir la sedimentación o deposición del material mineral en el sustrato. Estas capas de sedimentos se van acumulando a lo largo de millones de años y sufren procesos de compactación y cementación.
De esta forma ocurre la litificación de los sedimentos, es decir, su transformación nuevamente en roca sólida a grandes profundidades. Además, en las fases intermedias de los ciclos sedimentarios ocurre también una fase biológica que consiste en la solubilización y absorción por parte de organismos vivos.
Dependiendo del mineral y las circunstancias, pueden ser absorbidos por las plantas, bacterias o animales, pasando a las redes tróficas. Luego los minerales serán excretados o liberados por la muerte del organismo.
Índice del artículo
- 1 Características
- 2 Etapas de los ciclos sedimentarios
- 3 Ejemplos de ciclos sedimentarios
- 4 Referencias
Los ciclos sedimentarios constituyen uno de los tres tipos de ciclos biogeoquímicos y se caracterizan porque la principal matriz de almacenamiento es la litosfera. Estos ciclos tienen su propia disciplina de estudio, llamada sedimentología.
Los ciclos sedimentarios se caracterizan porque el tiempo que tardan en cumplir las distintas etapas es muy largo, medido incluso en millones de años. Esto es debido a que estos minerales permanecen largos períodos incluidos en las rocas a grandes profundidades en la corteza terrestre.
Es importante no perder de vista que no se trata de un ciclo cuyas etapas siguen una secuencia estricta. Algunas fases pueden intercambiarse o presentarse varias veces a lo largo del proceso.
Las rocas formadas a ciertas profundidades en la corteza terrestre, se ven sometidas a distintos procesos diastróficos (fracturas, plegamientos y elevaciones) que terminan llevándolas a la superficie o cerca de esta. De esta forma quedan expuestas a la acción de factores ambientales, bien sean edáficos, atmosféricos, hidrológicos o biológicos.
El diastrofismo es producto de los movimientos de convección del manto terrestre. Estos movimientos también generan fenómenos volcánicos que exponen rocas de forma más dramática.
Una vez expuesta la roca, la misma sufre la meteorización (descomposición de la roca en fragmentos menores) sufriendo o no cambios de composición química o mineralógica. La meteorización es un factor clave en la formación del suelo y puede ser física, química o biológica.
Física
En este caso los factores que provocan la ruptura de la roca no alteran su composición química, solo variables físicas como el volumen, densidad y tamaño. Esto lo provocan distintos agentes físicos como la presión y la temperatura. En el primer caso, tanto la liberación de presión como su ejercicio son causas de rupturas de las rocas.
Por ejemplo, al aflorar las rocas desde las profundidades de la corteza, se liberan de presión, se expanden y agrietan. Por su parte, las sales acumuladas en las grietas ejercen también presión al recristalizar, profundizando las fracturas.
Además, las variaciones de temperaturas diarias o estacionales, provocan ciclos de expansión y contracción que terminan rompiendo las rocas.
Química
Esta altera la composición química de las rocas en el proceso de disgregación porque actúan agentes químicos. Entre estos agentes químicos que intervienen están el oxígeno, el vapor de agua y el dióxido de carbono.
Los mismos provocan diversas reacciones químicas que afectan la cohesión de la roca y la transforman, entre ellos la oxidación, la hidratación, carbonatación y disolución.
Biológica
Los agentes biológicos actúan por una combinación factores físicos y químicos, incluyendo entre los primeros las presiones, fricciones y otros. Mientras que como agentes químicos están las secreciones de ácidos, álcalis y otras sustancias.
Por ejemplo, las plantas son agentes de meteorización muy efectivos, rompiendo las rocas con sus raíces. Esto gracias tanto a la acción física del crecimiento radical como a las secreciones que emiten.
La erosión actúa tanto directamente sobre la roca como sobre los productos de la meteorización, incluido el suelo formado. Por otra parte, implica el transporte del material erosionado, siendo el mismo agente erosivo el medio de transporte y puede ser tanto eólica como hídrica.
También se señala la erosión gravitatoria, cuando ocurren desplazamientos y desgaste del material en pendientes pronunciadas. En el proceso erosivo el material se fragmenta en partículas minerales aun menores, susceptibles de transporte a grandes distancias.
El viento
La acción erosiva del viento se ejerce tanto por el arrastre como por el desgaste que a su vez ejercen las partículas arrastradas sobre otras superficies.
El agua
La erosión hídrica actúa tanto por la acción física del impacto del agua de lluvia o de las corrientes superficiales, como por la acción química. Un ejemplo extremo de efecto erosivo de las precipitaciones es la lluvia ácida, especialmente en rocas calcáreas.
Las partículas minerales son transportadas por agentes como el agua, el viento o la gravedad a grandes distancias. Es importante tomar en cuenta que cada medio de transporte tiene una capacidad de carga definida, en cuanto a tamaño y cantidad de partículas.
Por gravedad pueden desplazarse incluso rocas grandes aun escasamente meteorizadas, mientras que el viento transporta partículas muy pequeñas. Además, el medio condiciona la distancia, ya que la gravedad transporta rocas grandes a cortas distancias, mientras que el viento desplaza pequeñas partículas a distancias enormes.
El agua por su parte, puede transportar una amplia gama de tamaños de partículas, incluidas grandes rocas. Este agente puede llevar las partículas a distancias cortas o sumamente largas, dependiendo del caudal.
Consiste en la deposición del material transportado, debido a disminución de la velocidad del medio de transporte y a la gravedad. En este sentido puede ocurrir sedimentación fluvial, de marea o sísmica.
Como el relieve de la Tierra consiste de un gradiente que va desde máximas altitudes hasta el fondo marino, es aquí donde ocurre la mayor sedimentación. A medida que transcurre el tiempo, se van acumulando las capas de sedimentos una sobre otra.
Una vez ocurrida la meteorización del material rocoso, es factible que ocurra la disolución de los minerales liberados y su absorción por los seres vivos. Esta absorción puede llevarse a cabo por parte de plantas, bacterias o incluso directamente por animales.
Las plantas son consumidas por herbívoros y estos por carnívoros, y todos por los descomponedores, pasando los minerales a formar parte de redes tróficas. Asimismo, existen bacterias y hongos que absorben directamente los minerales e incluso animales, como por ejemplo las guacamayas que consumen arcillas.
El ciclo se completa con la fase de litificación, es decir con la formación de nueva roca. Esto sucede cuando los minerales se sedimentan formando sucesivas capas que se acumulan ejerciendo enormes presiones.
Los estratos a mayor profundidad en la corteza se compactan y cementan formando roca sólida y estas capas nuevamente se verán sometidas a los procesos diastróficos.
Compactación
Producto de la presión ejercida por las capas de sedimentos que se van apilando en las sucesivas fases de sedimentación, las capas inferiores se compactan. Esto implica que los poros o espacios que existen entre las partículas de sedimentos se reducen o desaparecen.
Cementación
Este proceso consiste en el depósito de sustancias cementantes entre las partículas. Estas sustancias, como calcita, óxidos, sílice y otros cristalizan y cementan el material conformando roca sólida.
El azufre es un componente esencial de determinados aminoácidos como la cistina y la metionina, así como de vitaminas como la tiamina y la biotina. Su ciclo sedimentario incluye una fase gaseosa.
Este mineral ingresa al ciclo debido a la meteorización de rocas (pizarras y otras rocas sedimentarias), descomposición de materia orgánica, actividad volcánica y aportes industriales. También la minería, la extracción de petróleo y la quema de combustibles fósiles son fuentes de azufre en el ciclo.
Las formas del azufre en estos casos son sulfatos (SO4) y sulfuro de hidrógeno (H2S); los sulfatos están tanto en el suelo como disueltos en el agua. Los sulfatos son absorbidos y asimilados por las plantas a través de sus raíces y pasan a las redes tróficas.
Al morir los organismos actúan las bacterias, hongos y otros descomponedores, liberando el azufre en forma del gas sulfuro de hidrógeno que pasa a la atmósfera. El sulfuro de hidrógeno es rápidamente oxidado al mezclarse con oxígeno, formando sulfatos que precipitan al suelo.
Bacterias de azufre
En los lodos de pantanos y en la descomposición de la materia orgánica en general, actúan bacterias anaeróbicas. Estas procesan el SO4 generando H2S gaseoso que se libera a la atmósfera.
Lluvia ácida
Se forma debido a precursores como el H2S, emitidos a la atmósfera por la industria, las bacterias de azufre y erupciones volcánicas. Estos precursores reaccionan con el vapor de agua y forman SO4 que luego precipita.
El calcio se encuentra en rocas sedimentarias formadas en fondos marinos y lacustres gracias a los aportes de organismos provistos de conchas calcáreas. Igualmente, hay calcio libre ionizado en el agua, como en los océanos a profundidades mayores que 4.500 m donde el carbonato de calcio está disuelto.
Las rocas ricas en calcio como la caliza, la dolomita y la fluorita entre otras, son meteorizadas y liberan calcio. El agua de lluvia disuelve el CO2 atmosférico dando como resultado ácido carbónico que facilita la disolución de la roca caliza, liberando HCO 3– y Ca 2+.
El calcio en estas formas químicas es arrastrado por el agua de lluvia hasta los ríos, lagos y océanos. Este es el catión más abundante en el suelo de donde lo absorben las plantas mientras que los animales lo toman de las plantas o directamente disuelto en el agua.
El calcio forma parte esencial de las conchas, exoesqueletos, huesos y dientes, por lo que al morir es reintegrado al ambiente. En el caso de los océanos y lagos se sedimenta en el fondo y los procesos de litificación forman nuevas rocas calcáreas.
El potasio es un elemento fundamental en el metabolismo celular, porque cumple un papel relevante en la regulación osmótica y en la fotosíntesis. El potasio es parte de los minerales del suelo y rocas, siendo los suelos arcillosos ricos en este mineral.
Los procesos de meteorización liberan iones potasio solubles en agua que pueden ser absorbidos por las raíces de las plantas. El ser humano también agrega potasio al suelo como parte de las prácticas de fertilización de cultivos.
A través de los vegetales el potasio se distribuye en las redes tróficas, para luego con la acción de los descomponedores volver al suelo.
Las principales reservas de fósforo están en el sedimento marino, los suelos, rocas fosfatadas y el guano (excremento de aves marinas). Su ciclo sedimentario se inicia con rocas fosfatadas que al meteorizarse y erosionarse, liberan fosfatos.
Asimismo, el ser humano incorpora cantidades adicionales de fósforo al suelo al aplicar abonos o fertilizantes. Los compuestos fosforados son arrastrados junto con el resto de los sedimentos por la lluvia hacia las corrientes de agua y de allí al océano.
Estos compuestos en parte sedimentan y otra se incorpora a las redes tróficas marinas. Uno de los bucles del ciclo ocurre cuando el fósforo disuelto en el agua de mar es consumido por el fitoplancton, este a su vez por peces.
Luego los peces son consumidos por aves marinas, cuyas excretas contienen grandes cantidades de fósforo (guano). El guano es empleado por el ser humano como abono orgánico para proveer fósforo a los cultivos.
El fósforo que permanece en el sedimento marino sufre los procesos de litificación formando nuevas rocas fosfatadas.
Entre los metales pesados se encuentran algunos que cumplen funciones esenciales para la vida, como el hierro, y otros que pueden llegar a ser tóxicos, como el mercurio. Entre los metales pesados hay más de 50 elementos como el arsénico, molibdeno, níquel, zinc, cobre y cromo.
Algunos como el hierro son abundantes, pero la mayoría de estos elementos se encuentran en cantidades relativamente pequeñas. Por otra parte, en la fase biológica de su ciclo sedimentario pueden acumularse en los tejidos vivos (bioacumulación).
En este caso, al no ser fáciles de desechar, su acumulación se incrementa a lo largo de las cadenas alimenticias causando serios problemas de salud.
Fuentes
Los metales pesados provienen de fuentes naturales, por meteorización de rocas y erosión de suelos. También hay importantes aportes antrópicos a través de emisiones industriales, quema de combustibles fósiles y la basura electrónica.
Ciclo sedimentario general
En términos generales los metales pesados siguen un ciclo sedimentario que parte de su fuente principal que es la litosfera y transitan por la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. Los procesos de meteorización liberan los metales pesados al suelo y de ahí pueden contaminar el agua o invadir la atmósfera mediante el polvo arrastrado por el viento.
La actividad volcánica también contribuye a la emisión de metales pesados a la atmósfera y la lluvia los arrastra del aire al suelo y de este a los cuerpos de agua. Fuentes intermedias forman bucles en el ciclo debido a las actividades humanas ya mencionadas y al ingreso de los metales pesados a las redes tróficas.
- Calow, P. (Ed.) (1998). The encyclopedia of ecology and environmental management.
- Christopher R. and Fielding, C.R. (1993). A review of recent research in fluvial sedimentology. Sedimentary Geology.
- Margalef, R. (1974). Ecología. Ediciones Omega.
- Márquez, A., García, O., Senior, W., Martínez, G., González, A. y Fermín. I. (2012). Metales pesados en sedimentos superficiales del río Orinoco, Venezuela. Boletín del Instituto Oceanográfico de Venezuela.
- Miller, G. y TYLER, J.R. (1992). Ecología y medio ambiente. Grupo Editorial Iberoamérica S.A. de C.V.
- Rovira-Sanroque, J.V. (2016). Contaminación por metales pesados en los sedimentos del río Jarama y su bioasimilación por Tubificidos (Annelida: Oligochaeta, Tubificidae). Tesis Doctoral. Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Complutense de Madrid.
- Odum, E.P. y Warrett, G.W. (2006). Fundamentos de ecología. Quinta edición. Thomson.