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La tierra de diatomeas ( / ˌ d aɪ . ə t ə ˈ m eɪ ʃ ə s / DY -ə -tə- MAY -shəs ), diatomita ( / d aɪ ˈ æ t ə m aɪ t / dy- AT -ə -myte ), celita o kieselgur / kieselguhr es una roca sedimentaria silícea blanda de origen natural que se puede desmenuzar hasta formar un polvo fino de color blanco a blanquecino. Tiene un tamaño de partícula que varía de más de 3 mm a menos de 1 μm , pero normalmente de 10 a 200 μm. [1] Dependiendo de la granularidad , este polvo puede tener una sensación abrasiva , similar al polvo de piedra pómez , y tiene una baja densidad como resultado de su alta porosidad . La composición química típica de la tierra de diatomeas secada al horno es de 80 a 90 % de sílice , con 2 a 4 % de alúmina (atribuida principalmente a minerales arcillosos ) y 0,5 a 2 % de óxido de hierro . [2]
La tierra de diatomeas consiste en los restos fosilizados de diatomeas , un tipo de microalgas de caparazón duro . [3] Se utiliza como auxiliar de filtración , abrasivo suave en productos que incluyen abrillantadores de metales y pasta de dientes , insecticida mecánico , absorbente para líquidos, agente matificante para recubrimientos, relleno de refuerzo en plásticos y caucho, antibloqueo en películas plásticas, soporte poroso para catalizadores químicos, arena para gatos , activador en estudios de coagulación , componente estabilizador de dinamita , aislante térmico y suelo para plantas y árboles en macetas como en el arte del bonsái . [4] [5] También se utiliza en columnas empaquetadas de cromatografía de gases hechas con vidrio o metal como fase estacionaria.
Cada depósito de tierra de diatomeas es diferente, con diferentes mezclas de tierra de diatomeas pura combinada con otras arcillas y minerales naturales. [3] Las diatomeas en cada depósito contienen diferentes cantidades de sílice, dependiendo de las condiciones de sedimentación , de la presencia de otros sedimentos (arcilla, arena, cenizas volcánicas) y de la edad del depósito ( diagénesis , disolución/precipitación de sílice (SiO 2 ), pruebas de envejecimiento de diatomeas). Las especies de diatomeas también pueden diferir entre depósitos. La especie de diatomea depende de la edad y la paleoecología del depósito. A su vez, la forma de una diatomea está determinada por su especie.
Muchos depósitos en toda la Columbia Británica , como Red Lake Earth, son de la época del Mioceno y contienen una especie de diatomea conocida como Melosira granulata . Estas diatomeas tienen una forma globular pequeña. Un depósito que contenga diatomeas de esta época puede proporcionar ciertos beneficios sobre otros. Por ejemplo, las diatomeas de la época del Eoceno no son tan efectivas en su capacidad de absorber fluidos porque a medida que las diatomeas más antiguas se recristalizan, sus pequeños poros se llenan de sílice. [6]
La diatomita se forma por la acumulación de sílice amorfa ( ópalo , SiO 2 · n H 2 O ) que queda de diatomeas muertas ( algas unicelulares microscópicas ) en sedimentos lacustres o marinos . Los restos fósiles consisten en un par de conchas simétricas o frústulas . [2] Las diatomitas marinas se encuentran asociadas con una amplia variedad de otros tipos de rocas, pero las diatomitas lacustres casi siempre están asociadas con rocas volcánicas. El sílex de diatomeas consiste en diatomita que ha sido cementada con sílice. [7]
Las diatomeas son capaces de extraer sílice del agua que está saturada en menos de un 1% en sílice amorfa (índice de saturación (SI): -2). Sus frústulas permanecen sin disolverse porque están rodeadas por una matriz orgánica. Los minerales arcillosos también pueden precipitarse sobre las frústulas y protegerlas de la disolución en el agua de mar. Cuando la diatomea muere, la frústula se despoja de su capa orgánica y queda expuesta al agua de mar. Como resultado, solo entre el 1% y el 10% de las frústulas sobreviven el tiempo suficiente para ser enterradas bajo sedimentos y parte de esto se disuelve dentro de los sedimentos. Se estima que solo entre el 0,05% y el 0,15% de la cantidad original de sílice producida por las diatomeas se conserva en el registro sedimentario. [8]
En 1836 o 1837, el campesino alemán Peter Kasten descubrió la tierra de diatomeas (en alemán: Kieselgur ) al excavar un pozo en las laderas septentrionales de la colina Haußelberg , en Lüneburg Heath en el norte de Alemania . [9] [10]
El lugar de extracción en Lüneburger Heide fue Neuohe entre 1863 y 1994, mientras que los lugares de almacenamiento fueron:
Los depósitos tienen hasta 28 metros (92 pies) de espesor y todos están compuestos de tierra de diatomeas de agua dulce. [ cita requerida ]
Hasta la Primera Guerra Mundial , casi toda la producción mundial de tierra de diatomeas provenía de esta región. [ cita requerida ]
En Polonia se encuentran depósitos de tierra de diatomeas en Jawornik, y están compuestos principalmente de esqueletos de diatomeas (frústulas). [11]
En Alemania, la tierra de diatomeas también se extrajo en Altenschlirf [12] en Vogelsberg ( Alto Hesse ) y en Klieken [13] ( Sajonia-Anhalt ).
En la reserva natural de Soos, en la República Checa, hay una capa de tierra de diatomeas de más de 6 metros de espesor. [14]
Los depósitos de la isla de Skye , frente a la costa oeste de Escocia, se explotaron hasta 1960. [15]
En Colorado y en el condado de Clark, Nevada , Estados Unidos, existen depósitos que tienen hasta varios cientos de metros de espesor en algunos lugares. Se han trabajado depósitos marinos en la Formación Sisquoc en el condado de Santa Bárbara, California, cerca de Lompoc y a lo largo de la costa sur de California . Este es el depósito de diatomita más grande del mundo. [16] Se han trabajado depósitos marinos adicionales en Maryland , Virginia , Argelia y MoClay de Dinamarca. Los depósitos lacustres de agua dulce se encuentran en Nevada, Oregón , Washington y California . Los depósitos lacustres también se encuentran en lagos interglaciales en el este de Estados Unidos, en Canadá y en Europa en Alemania, Francia, Dinamarca y la República Checa. La asociación mundial de depósitos de diatomita y depósitos volcánicos sugiere que la disponibilidad de sílice de ceniza volcánica puede ser necesaria para depósitos de diatomita gruesos. [17]
En ocasiones se encuentra tierra de diatomeas en superficies desérticas . Las investigaciones han demostrado que la erosión de la tierra de diatomeas en dichas zonas (como la depresión de Bodélé en el Sahara ) es una de las fuentes más importantes de polvo atmosférico que afecta al clima. [18]
Las frústulas silíceas de las diatomeas se acumulan en humedales y lagos de agua dulce y salobre. Algunas turbas y lodos contienen una abundancia suficiente de frústulas como para que puedan extraerse. La mayoría de las tierras de diatomeas de Florida se han encontrado en el lodo de humedales o lagos. La American Diatomite Corporation, de 1935 a 1946, refinó un máximo de 145 toneladas por año en su planta de procesamiento cerca de Clermont, Florida . El lodo de varias ubicaciones en el condado de Lake, Florida, se secó y se quemó ( calcinó ) para producir la tierra de diatomeas. [19] Anteriormente se extraía del lago Mývatn en Islandia.
Los depósitos comerciales de diatomita se limitan a los períodos Terciario o Cuaternario . Se conocen depósitos más antiguos, que datan del Cretácico , pero son de baja calidad. [17]
Se han localizado yacimientos de diatomita ricos en fósiles en Nueva Zelanda, pero la explotación de los yacimientos de Foulden Maar a escala industrial para su conversión en piensos para animales ha suscitado una fuerte oposición. [20]
La tierra de diatomeas está disponible comercialmente en varios formatos:
En 1866, Alfred Nobel descubrió que la nitroglicerina podía volverse mucho más estable si se absorbía en tierra de diatomeas ( kieselguhr en alemán). [21] Esto permitió un transporte y manejo mucho más seguro que la nitroglicerina pura en forma líquida. Nobel patentó esta mezcla como dinamita en 1867; la mezcla también se llama dinamita guhr en referencia a la tierra de diatomeas. [22] [23]
El ingeniero de Celle , Wilhelm Berkefeld, reconoció la capacidad de la tierra de diatomeas para filtrar y desarrolló filtros tubulares (conocidos como velas de filtro) encendidos a partir de tierra de diatomeas. [24] Durante la epidemia de cólera en Hamburgo en 1892, estos filtros Berkefeld se utilizaron con éxito. Una forma de tierra de diatomeas se utiliza como medio filtrante , especialmente para piscinas. Tiene una alta porosidad porque está compuesta de partículas huecas microscópicamente pequeñas. La tierra de diatomeas (a veces denominada por marcas registradas como Celite) se utiliza en química como una ayuda de filtración, para aumentar el caudal y filtrar partículas muy finas que de otro modo pasarían a través del papel de filtro o lo obstruirían . También se utiliza para filtrar agua, particularmente en el proceso de tratamiento de agua potable y en peceras , y otros líquidos, como cerveza y vino. También puede filtrar jarabes, azúcar y miel sin eliminar ni alterar su color, sabor o propiedades nutricionales. [25]
El uso más antiguo de la diatomita es como abrasivo muy suave y se ha utilizado en pastas de dientes , abrillantadores de metales y algunos exfoliantes faciales.
La diatomita es valiosa como insecticida debido a sus propiedades abrasivas y fisicoabsorbentes . [ 26] El polvo fino adsorbe lípidos de la capa exterior cerosa de los exoesqueletos de muchas especies de insectos; esta capa actúa como una barrera que resiste la pérdida de vapor de agua del cuerpo del insecto. Dañar la capa aumenta la evaporación del agua de sus cuerpos, de modo que se deshidratan, a menudo de manera fatal.
Esto también funciona contra los gasterópodos y se emplea comúnmente en jardinería para derrotar a las babosas . [27] Sin embargo, como las babosas habitan en ambientes húmedos, la eficacia es muy baja. La tierra de diatomeas a veces se mezcla con un atrayente u otros aditivos para aumentar su eficacia.
No se ha demostrado que la forma de las diatomeas contenidas en un depósito afecte a su funcionalidad en lo que respecta a la adsorción de lípidos; sin embargo, ciertas aplicaciones, como la de las babosas y los caracoles, funcionan mejor cuando se utiliza una diatomea con una forma particular, lo que sugiere que la adsorción de lípidos no es el único factor involucrado. Por ejemplo, en el caso de las babosas y los caracoles, las diatomeas grandes y espinosas funcionan mejor para lacerar el epitelio del molusco. Las conchas de diatomeas funcionarán hasta cierto punto en la gran mayoría de los animales que experimentan ecdisis al despojarse de la cutícula , como los artrópodos o los nematodos . También puede tener otros efectos en los lofotrocozoos , como los moluscos o los anélidos .
Se ha estudiado la eficacia de la diatomita de grado médico como agente antiparasitario en el ganado; en ambos estudios citados, los grupos tratados con tierra de diatomeas no obtuvieron mejores resultados que los grupos de control. [28] [29] Se utiliza comúnmente en lugar del ácido bórico y se puede utilizar para ayudar a controlar y posiblemente eliminar las chinches , [30] los ácaros del polvo doméstico , las cucarachas , las hormigas y las pulgas . [31]
La tierra de diatomeas se aplica ampliamente para el control de insectos en el almacenamiento de granos. [32] Se utiliza para controlar comportamientos caníbales en escarabajos de la harina confundidos , que infestan los depósitos de harina.
Para ser eficaz como insecticida, la tierra de diatomeas no debe estar calcinada (es decir, no debe tratarse térmicamente antes de su aplicación) [33] y tener un tamaño de partícula medio inferior a aproximadamente 12 μm (es decir, de calidad alimentaria, ver más abajo).
Aunque se considera que presentan un riesgo relativamente bajo, los pesticidas que contienen tierra de diatomeas no están exentos de regulación en los Estados Unidos bajo la Ley Federal de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas y deben estar registrados en la Agencia de Protección Ambiental . [34]
Sus propiedades térmicas permiten su uso como material de barrera en algunas cajas fuertes resistentes al fuego. [ cita requerida ] También se utiliza en aislamiento de polvo evacuado para su uso con criogenia. [ 35 ] El polvo de tierra de diatomeas se inserta en el espacio de vacío para ayudar a la eficacia del aislamiento al vacío. Se utilizó en las cocinas AGA clásicas como barrera térmica. [ cita requerida ]
La tierra de diatomeas también se utiliza como soporte para catalizadores , generalmente para maximizar la superficie y la actividad del catalizador . Por ejemplo, el níquel puede soportarse sobre el material (la combinación se denomina Ni-Kieselguhr) para mejorar su actividad como catalizador de hidrogenación . [36]
La tierra de diatomeas de agua dulce natural se utiliza en la agricultura para el almacenamiento de granos como agente antiaglomerante , así como insecticida. [37] Está aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos como aditivo alimentario [38] para prevenir el apelmazamiento . [39]
Algunos creen que puede usarse como antihelmíntico natural (desparasitante), aunque los estudios no han demostrado que sea eficaz. [28] [29] Algunos granjeros lo agregan a la alimentación de su ganado y aves de corral para evitar que el alimento se apelmace. [40] La "tierra de diatomeas de calidad alimentaria" está ampliamente disponible en las tiendas de suministros de alimentos agrícolas.
La diatomita de agua dulce se puede utilizar como medio de cultivo en jardines hidropónicos .
También se utiliza como sustrato de cultivo en plantas en macetas, en particular como sustrato para bonsáis . Los entusiastas del bonsái lo utilizan como aditivo para el suelo o para plantar un árbol de bonsái en tierra de diatomeas al 100 %. En la horticultura, a veces se utiliza como acondicionador del suelo , ya que, al igual que la perlita , la vermiculita y la arcilla expandida , retiene el agua y los nutrientes, al tiempo que drena de forma rápida y libre, lo que permite una alta circulación de oxígeno dentro del sustrato de cultivo.
La tierra de diatomeas natural seca, no calcinada, se utiliza habitualmente en la investigación sobre nutrición del ganado como fuente de ceniza insoluble en ácido (AIA), que se utiliza como marcador indigerible. Al medir el contenido de AIA en relación con los nutrientes en las dietas de prueba y las heces o la digestión obtenidas del íleon terminal (el último tercio del intestino delgado), se puede calcular el porcentaje de ese nutriente digerido utilizando la siguiente ecuación:
dónde:
Muchos investigadores prefieren la tierra de diatomeas de agua dulce natural al óxido crómico, que se ha utilizado ampliamente para el mismo propósito, siendo este último un carcinógeno conocido y, por lo tanto, un peligro potencial para el personal de investigación.
La tierra de diatomeas gastada del proceso de elaboración de cerveza se puede agregar a la masa cerámica para la producción de ladrillos rojos con mayor porosidad abierta. [41]
La tierra de diatomeas se considera un material inorgánico no metálico muy destacado que se puede utilizar para la producción de diversas cerámicas, incluida la producción de cerámicas porosas con tecnología hidrotermal de baja temperatura. [42]
La tierra de diatomeas se utiliza en algunos productos para el hogar en los que la sequedad o la capacidad de absorber la humedad son fundamentales. En particular, hay alfombrillas de baño hechas de tierra de diatomeas que absorben el agua del bañista y permiten que se extienda por el material y se evapore rápidamente. También hay cucharas hechas de tierra de diatomeas para recoger azúcar y otros ingredientes de cocina higroscópicos.
Ciertas especies de bacterias en océanos y lagos pueden acelerar la velocidad de disolución de la sílice en diatomeas muertas y vivas mediante el uso de enzimas hidrolíticas para descomponer el material orgánico de las algas. [43] [44]
El clima de la Tierra se ve afectado por el polvo en la atmósfera , por lo que localizar las principales fuentes de polvo atmosférico es importante para la climatología . Investigaciones recientes indican que los depósitos superficiales de tierra de diatomeas juegan un papel importante. Las investigaciones muestran que una cantidad significativa de polvo proviene de la depresión de Bodélé en Chad , donde las tormentas empujan la grava de diatomita sobre las dunas , generando polvo por abrasión . [45]
La inhalación de sílice cristalina es perjudicial para los pulmones y causa silicosis . Se considera que la sílice amorfa tiene baja toxicidad, pero la inhalación prolongada provoca cambios en los pulmones. [46] La tierra de diatomeas es principalmente sílice amorfa , pero contiene algo de sílice cristalina, especialmente en las formas de agua salada. [47] En un estudio de trabajadores de 1978, aquellos expuestos a tierra de diatomeas natural durante más de cinco años no tuvieron cambios pulmonares significativos, mientras que el 40% de los expuestos a la forma calcinada habían desarrollado neumoconiosis . [48] Las formulaciones de tierra de diatomeas comunes de la actualidad son más seguras de usar, ya que están compuestas predominantemente de sílice amorfa y contienen poco o nada de sílice cristalina. [49]
El contenido de sílice cristalina de la tierra de diatomeas está regulado en los Estados Unidos por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) y existen directrices del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional que establecen las cantidades máximas permitidas en el producto (1%) y en el aire cerca de la zona de respiración de los trabajadores, con un límite de exposición recomendado de 6 mg/m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. [49] La OSHA ha establecido un límite de exposición permisible para la tierra de diatomeas de 20 mppcf (80 mg/m 3 /%SiO 2 ). En niveles de 3000 mg/m 3 , la tierra de diatomeas es inmediatamente peligrosa para la vida y la salud. [50]
En la década de 1930, se descubrió que la exposición ocupacional a largo plazo entre los trabajadores de la industria de la tierra de diatomeas cristobalita que estuvieron expuestos a altos niveles de sílice cristalina en el aire durante décadas tenía un mayor riesgo de silicosis . [51]
La diatomita producida para los filtros de piscinas se trata con calor elevado ( calcinación ) y un agente fundente ( carbonato de sodio ), lo que hace que el dióxido de silicio amorfo, anteriormente inofensivo, adopte su forma cristalina. [49]
