Arena

Material granular compuesto de rocas y partículas minerales finamente divididas.

Dunas de arena en Idehan Ubari , Libia

Representación de arenas:
vidrio, duna, cuarzo,
volcánica, coral biogénico, coral rosa,
volcánica, granate, olivino.
Las muestras proceden del desierto de Gobi , Estonia , Hawái y los Estados Unidos continentales. (1×1 cm cada uno) ^[1]

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

La composición de la arena varía dependiendo de las fuentes y condiciones de las rocas locales, pero el constituyente más común de la arena en entornos continentales interiores y entornos costeros no tropicales es la sílice (dióxido de silicio o SiO ₂ ), generalmente en forma de cuarzo .

El carbonato de calcio es el segundo tipo de arena más común, por ejemplo, la aragonita , que ha sido creada en su mayor parte, durante los últimos 500  millones de años, por diversas formas de vida, como corales y mariscos . Por ejemplo, es la forma principal de arena aparente en áreas donde los arrecifes han dominado el ecosistema durante millones de años, como en el Caribe . Algo más raramente, la arena puede estar compuesta de sulfato de calcio , como yeso y selenita , como se encuentra en lugares como el Parque Nacional White Sands y el Refugio Nacional de Vida Silvestre Salt Plains en EE.UU.

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

Composición

Minerales pesados ​​(oscuros) en la arena de una playa de cuarzo ( Chennai , India)

Arena del Parque Estatal Coral Pink Sand Dunes , Utah . Se trata de granos de cuarzo con una capa de hematita que proporciona el color naranja.

Arena de Pismo Beach, California . Los componentes son principalmente cuarzo , pedernal , roca ígnea y fragmentos de conchas.

La definición exacta de arena varía. El Sistema científico de clasificación unificada de suelos 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 utilizado 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. milímetros, siendo la diferencia de volúmenes 34.688 medidas de diferencia. ^[6] Cualquier partícula que se encuentre dentro de este rango de tamaños se denomina grano de arena . Los granos de arena se encuentran entre la grava (con partículas que van desde 2 mm hasta 64 mm en el último sistema, y ​​desde 4,75 mm hasta 75 mm en el primero) y 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 que se utilizaba a principios del siglo XX. Los granos de arena en The Sand Reckoner 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] Una norma de ingeniería de 1953 publicada 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 arenosa cuando se frota entre los dedos. El limo , en comparación, se siente como harina .

ISO 14688 clasifica las arenas como finas, medias y gruesas con rangos de 0,063 mm a 0,2 mm, 0,63 mm y 2,0 mm. En los Estados Unidos, la arena se divide comúnmente en cinco subcategorías según el 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 en 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.

Cerca de arena volcánica negra de Perissa, Santorini , Grecia

El constituyente más común de la arena, en ambientes continentales interiores y costeros no tropicales, es la sílice (dióxido de silicio o SiO ₂ ), generalmente en forma de cuarzo , que, debido a su inercia química y su considerable dureza, es el más Mineral común resistente a la intemperie .

La composición de la arena mineral es muy variable, dependiendo de las fuentes y condiciones de las rocas locales. Las brillantes arenas blancas que se encuentran en entornos costeros tropicales y subtropicales son piedra caliza erosionada y pueden contener fragmentos de coral y conchas , además de otros materiales fragmentarios orgánicos o de origen orgánico, lo que sugiere que la formación de arena también depende de los organismos vivos. ^[8] Las dunas de arena de yeso del Parque Nacional White Sands en Nuevo México son famosas por su color blanco brillante. Arkose es una arena o arenisca con un contenido considerable de feldespato , derivada de la 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 suelen ser 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 extensamente en el sur de Europa , tienen impurezas de hierro dentro de los cristales de cuarzo de la arena, lo que les da un color amarillo intenso. Los depósitos de arena en algunas zonas contienen granates y otros minerales resistentes, incluidas algunas pequeñas piedras preciosas .

Fuentes

Las rocas se erosionan o erosionan durante un largo período de tiempo, principalmente por el agua y el viento, y sus sedimentos son transportados río abajo. Estos sedimentos continúan rompiéndose en pedazos más pequeños hasta convertirse en finos granos de arena. El tipo de roca de donde se originó el sedimento y la intensidad del ambiente dan diferentes composiciones de arena. La roca más común para formar arena es el granito , donde los minerales de feldespato se disuelven más rápido que el cuarzo , lo que hace que la roca se rompa en pequeños pedazos. En entornos de alta energía las rocas se rompen mucho más rápido que en entornos más tranquilos. En las rocas de granito, esto da como resultado más minerales de feldespato en la arena porque no tienen tanto tiempo para disolverse. El término para la arena formada por la meteorización es "epiclástico". ^[9]

La arena de los ríos se recoge del propio río o de su llanura aluvial y representa 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. El ritmo de extracción de arena en esas zonas supera con creces el ritmo de reposición de la arena, lo que la convierte en un recurso no renovable. ^[10]

Las dunas de arena son consecuencia de condiciones secas o deposición del viento. El desierto del Sahara es muy seco debido a su ubicación geográfica y 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 se lleva las partículas finas, como la arcilla y la materia orgánica muerta, dejando sólo arena y rocas más grandes. Sólo el 15% del Sahara son dunas de arena, mientras que el 70% es roca desnuda. ^[11] El viento es responsable de crear estos diferentes ambientes y de darle forma a la arena para que sea redonda y suave. Estas propiedades hacen que la arena del desierto sea inutilizable para la construcción. ^[12]

La arena de las playas también se forma por la erosión. Durante miles de años, las rocas cerca de la costa se erosionan debido al movimiento constante de las olas y los sedimentos se acumulan. La erosión y la deposición de los ríos también aceleran el proceso de creación de una playa, junto con la interacción de los animales marinos con las rocas, como comerse las algas de ellas. Una vez que hay suficiente arena, la playa actúa como una barrera para evitar que la tierra se erosione más. Esta arena es ideal para la construcción ya que es angular y de varios tamaños. ^[13]

La arena marina (o arena del océano) proviene de los sedimentos transportados al océano y de la erosión de las rocas oceánicas. El espesor de la capa de arena varía, sin embargo es común tener más arena más cerca de la tierra; este tipo de arena es ideal para la construcción y es un bien muy valioso. Europa es la principal minera de arena marina, lo que perjudica enormemente a los ecosistemas y a la pesca local. ^[10]

Estudiar

Micrografía electrónica de barrido que muestra granos de arena.

Granos de arena picados del desierto occidental , Egipto. Las picaduras son una consecuencia del transporte eólico.

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 recientemente erosionada a partir de cristales de cuarzo de granito o gneis será angular. Se le llama grus en geología o arena afilada en la construcción, donde se prefiere para el hormigón, y en jardinería, donde se utiliza como enmienda del suelo para aflojar los suelos arcillosos. La arena transportada a largas distancias por el agua o el viento será redondeada y tendrá patrones de abrasión característicos en la superficie del grano. La arena del desierto suele ser redondeada.

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

Usos

Granos de arena de arena de construcción amarilla. Microscopio Lumam P-8. Iluminación EPI. La foto de cada grano de arena es el resultado del apilamiento multifocal .

• Abrasión : Antes del papel de lija, se utilizaba arena húmeda como elemento abrasivo entre dispositivos giratorios con superficie elástica y materiales duros como piedra muy dura (fabricación de jarrones de piedra) o metal (eliminación de manchas viejas antes de volver a teñir ollas de cobre).
• Agricultura : Los suelos arenosos son ideales para cultivos como sandías, melocotones y maní, y sus excelentes características de drenaje los hacen aptos para la ganadería lechera intensiva.
• Filtración de aire : Las partículas de arena más finas mezcladas con tela se usaban comúnmente en ciertos diseños de filtros de máscaras antigás , pero han sido reemplazadas en gran medida por microfibras .
• Acuarios : La arena es un material de base para acuarios de bajo costo que algunos creen que es mejor que la grava para uso doméstico. También es una necesidad para los tanques de arrecifes de agua salada , que emulan ambientes compuestos en gran parte por arena de aragonita descompuesta de corales y mariscos .
• Arrecifes artificiales : La arena en bolsas geotextiles puede servir como base para nuevos arrecifes.
• Islas artificiales en el Golfo Pérsico .
• Nutrición de las playas : los gobiernos trasladan arena a las playas donde las mareas, las tormentas o los cambios deliberados en la costa erosionan la arena original. ^[dieciséis]
• Ladrillo : Las plantas de fabricación añaden arena a una mezcla de arcilla y otros materiales para fabricar ladrillos. ^[17]
• Mazorca : La arena gruesa constituye hasta el 75% de la mazorca.
• Concreto : La arena suele ser el componente principal de este material de construcción fundamental.
• Vidrio : La arena rica en sílice es el componente principal de los vidrios comunes.
• Fracturación hidráulica : Técnica de perforación de gas natural, que utiliza arena de sílice redondeada como " apuntalante ", un material para mantener abiertas las grietas que son causadas por el proceso de fracturación hidráulica.
• Paisajismo: La arena forma pequeñas colinas y pendientes (los campos de golf serían un ejemplo).
• Mortero : La arena se mezcla con cemento de mampostería o cemento Portland y cal para usarse en la construcción de mampostería.
• Pintura : Mezclar arena con pintura produce un acabado texturizado para paredes y techos o superficies de pisos antideslizantes.
• Ferrocarriles: los maquinistas y los operadores de transporte ferroviario utilizan arena para mejorar la tracción de las ruedas sobre los rieles.
• Recreación: Jugar con arena es una de las actividades favoritas en la playa. Uno de los usos más queridos de la arena es hacer estructuras a veces intrincadas y a veces simples conocidas como castillos de arena , proverbialmente impermanentes. Las zonas de juego especiales para niños, que encierran una importante superficie de arena y se conocen como areneros, son habituales en muchos parques públicos e incluso en algunas viviendas unifamiliares. Las dunas de arena también son populares entre los escaladores, motociclistas y conductores de buggys de playa .
• Carreteras: la arena mejora la tracción (y por tanto la seguridad del tráfico) en condiciones de hielo o nieve.
• Animación en arena : los artistas de performance dibujan imágenes en la arena. Los realizadores de películas animadas utilizan el mismo término para describir el uso de arena sobre vidrio con iluminación frontal o retroiluminada.
• Fundición en arena : Las ruedas humedecen o engrasan la arena de moldeo , también conocida como arena de fundición y luego le dan forma a moldes en los que vierten el material fundido. Este tipo de arena debe poder soportar altas temperaturas y presiones, permitir el escape de gases, tener un tamaño de grano pequeño y uniforme y no reaccionar con los metales.
• Sacos de arena : Protegen contra inundaciones y disparos. Las bolsas económicas son fáciles de transportar cuando están vacías y los voluntarios no cualificados pueden llenarlas rápidamente con arena local en caso de emergencia.
• Arenado : La arena graduada sirve como abrasivo para limpiar, preparar y pulir.
• Silicio : La arena de cuarzo es una materia prima para la producción de silicio .
• Arma térmica : aunque ya no se usa mucho, la arena solía calentarse y verterse sobre las tropas invasoras en los períodos clásico y medieval.
• Filtración de agua : Los filtros de medios utilizan arena para filtrar el agua. También se utiliza habitualmente en muchas instalaciones de tratamiento de agua, a menudo en forma de filtros rápidos de arena .
• Wuḍūʾ : ritual islámico de limpieza de partes del cuerpo.
• "Esqueletos" zoántidos : animales de este orden de cnidarios bentónicos marinos relacionados con los corales y las anémonas de mar , incorporan arena en su mesoglea para obtener resistencia estructural, que necesitan porque carecen de un verdadero esqueleto.

Recursos y preocupaciones ambientales

Sólo algunas arenas son aptas para la industria de la construcción, por ejemplo para fabricar 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 rugosa 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 llamado " Sand Wars " sobre el impacto de la falta de arena de construcción. Muestra los efectos ecológicos y económicos del comercio legal e ilegal de arena de construcción. ^{[18] [19] [20]}

Para recuperar la arena se utiliza el método de dragado hidráulico. Esto funciona bombeando los primeros metros de arena del agua y llenándolos en un barco, que luego se transporta de regreso 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 se completa la minería. Esto no sólo 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 orilla del agua. Cuando se saca 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 sobre 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 estas cuestiones como un factor importante. ^[23] Se estima que el consumo anual de arena y grava es de 40 mil millones de toneladas y la arena es una industria global de 70 mil millones de dólares. ^[24] Con un uso cada vez mayor, 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 como parte de una industria de 99.500 millones de dólares. ^[26] En abril de 2022, el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) publicó un informe en el que se afirmaba que cada año se utilizaban 50 mil millones de toneladas de arena y grava. El informe hizo 10 recomendaciones, incluida la prohibición de la extracción en playas, para evitar una crisis y avanzar hacia una economía circular para los dos recursos. ^{[27] [28]}

Peligros

Si bien la arena generalmente no es tóxica, las actividades que utilizan arena, como el pulido con chorro de arena, requieren precauciones. Las bolsas de arena de sílice utilizadas para el pulido con chorro de arena ahora llevan etiquetas que advierten al usuario que use protección respiratoria para evitar respirar el fino polvo de sílice resultante . Las hojas de datos de seguridad de la arena de sílice establecen que "la inhalación excesiva de sílice cristalina es un problema de salud grave". ^[29]

En áreas de alta presión de agua de poro , la arena y el agua salada pueden formar arenas movedizas , que es un hidrogel coloide que se comporta como un líquido. Las arenas movedizas producen una barrera considerable para escapar de las criaturas atrapadas en ellas, que a menudo mueren por exposición (no por inmersión) como resultado.

A veces la gente cava hoyos 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]

Fabricar

La arena manufacturada (arena M) es arena obtenida 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 angulosa y tener propiedades algo diferentes. ^[31]

Estudios de caso

En Dubái , Emiratos Árabes Unidos, el uso de arena ha sido muy exigente en la construcción de infraestructuras y creación de nuevas islas. Agotaron sus propias reservas y también importaron arena de Australia. Ha habido tres proyectos para crear islas artificiales que necesitan más de 835 millones de toneladas de arena, lo que costó más de 26 mil millones de dólares. ^[32]

Ver también

 Portal de Ciencias de la Tierra

• Agregado (geología)  : masa de roca, grava, arena, partículas de suelo o minerales en una roca.
• Playa  – Área de partículas sueltas al borde del mar u otro cuerpo de agua.
• Agregado de construcción  : materiales rocosos de grano grueso a fino utilizados en el hormigón.
• Parque Estatal Coral Pink Sand Dunes  - Parque estatal en Utah, EE. UU.
• Arena del desierto (color)  – Color amarillo rojizo claro
• Arenas movedizas secas  : el tipo de suelo conjetural probablemente no se encuentra en la naturaleza
• Cemento modificado energéticamente  - Clase de cementos, procesados ​​mecánicamente para transformar la reactividad (EMC)
• Depósitos de minerales de arenas minerales pesadas  – Depósitos de minerales de metales de tierras raras
• Arenas bituminosas  : tipo de depósito de petróleo no convencional
• Papakolea Beach  : playa de arena verde en el distrito de Kaʻū, Hawai'i, EE. UU.
• Tamaño de partícula  : noción para comparar dimensiones de partículas en diferentes estados de la materia.
• Playa Punaluʻu  – Playa de arena negra, Isla Grande, Hawái, EE. UU.
• Arenas movedizas  : mezcla de arena, limo o arcilla con agua, que crea un suelo licuado cuando se agita.
• Playa de arena roja  – Playa Kaihalulu, Maui, Hawaii, EE. UU.
• Ríos giratorios  : una forma sorprendente y poco común de crecimiento de montones de arena que se puede encontrar en algunas arenas de todo el mundoPáginas que muestran descripciones de wikidata como alternativa
• Arte y juego con arena  : moldear y esculpir formas con arena húmeda
• Playa de Arena (desambiguación)
• Isla de arena  : isla que está compuesta principalmente de arena.
• Minería de arena  – Práctica que se utiliza para extraer arena
• Rata de arena  - Género de roedores
• Arenisca  – Tipo de roca sedimentaria
• Tormenta de arena  : fenómeno meteorológico común en regiones áridas y semiáridas
• Robo de arena  : extracción de arena no autorizada o ilegal
• Arena cantante  : un fenómeno de arena que produce sonido.
• Parque Nacional White Sands  - parque nacional en los condados de Otero y Doña Ana en Nuevo México, Estados UnidosPáginas que muestran descripciones de wikidata como alternativa

Referencias

1. Siim Sep. "Tipos de arena". sandatlas.org. Archivado desde el original el 13 de agosto de 2019 . Consultado el 17 de febrero de 2020 .
2. Glosario de términos en ciencias del suelo (PDF) . Ottawa: Agricultura de Canadá. 1976. pág. 35.ISBN _ 978-0662015338. Archivado (PDF) desde el original el 14 de febrero de 2019 . Consultado el 11 de agosto de 2014 .
3. Constable, Harriet (3 de septiembre de 2017). "Cómo la demanda de arena está acabando con los ríos". Revista de noticias de la BBC . Archivado desde el original el 3 de septiembre de 2017 . Consultado el 9 de septiembre de 2017 .
4. Albarazi, Hannah. "Las pendientes resbaladizas de la escasez mundial de arena". Archivado desde el original el 29 de marzo de 2019 . Consultado el 29 de marzo de 2019 .
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11. "Sáhara". La Enciclopedia de Columbia (6 ed.). Prensa de la Universidad de Columbia. 2000.ISBN _ 9780787650155.
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Otras lecturas

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

enlaces externos

• Arena de playa: qué es, de dónde viene y cómo llega aquí - Biblioteca del condado de Beaufort
• Playa, Chandler B., ed. (1914). "Arena"  . La obra de referencia para nuevos estudiantes  . Chicago: FE Compton and Co.

Efectos secundarios de la minería de arena

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