La serie de disolución de Goldich es un método para predecir la estabilidad relativa o la tasa de erosión de los minerales ígneos comunes en la superficie de la Tierra, donde los minerales que se forman a temperaturas y presiones más altas son menos estables en la superficie que los minerales que se forman a temperaturas y presiones más bajas.
SS Goldich derivó esta serie en 1938 después de estudiar los perfiles del suelo y sus rocas madre. [1] Basándose en el análisis de muestras de una serie de localidades meteorizadas, Goldich determinó que la tasa de meteorización de los minerales está controlada al menos en parte por el orden en el que cristalizan a partir de un derretimiento. Este orden significaba que los minerales que cristalizaban primero a partir del derretimiento eran los menos estables en las condiciones de la superficie terrestre, mientras que los minerales que cristalizaban al final eran los más estables. Este no es el único control de la tasa de meteorización; esta tasa depende tanto de variables intrínsecas (cualidades específicas de los minerales) como extrínsecas (cualidades específicas del medio ambiente). [1] [2] El clima es una variable extrínseca clave, que controla la relación agua-roca, el pH y la alcalinidad , todos los cuales afectan la tasa de meteorización. [1] La serie de disolución de Goldich se refiere a las cualidades minerales intrínsecas, que tanto Goldich como los científicos anteriores demostraron que también son importantes para limitar las tasas de meteorización.
Trabajos anteriores de Steidtmann [3] demostraron que el orden de pérdida iónica de una roca a medida que se meteoriza es: CO 3 2- , Mg 2+ , Na + , K + , SiO 2 − , Fe 2+/3+ y finalmente Al 3+ . Goldich amplió este análisis al señalar el orden de estabilidad mineral relativa, que está relacionado con la resistencia relativa de estos iones a la lixiviación. Goldich señala que, en general, los minerales máficos (ricos en hierro y magnesio) son menos estables que los minerales félsicos (ricos en sílice). El orden de estabilidad en la serie refleja muy bien la serie de reacción de Bowen , lo que lleva a Goldich a sugerir que la estabilidad relativa en la superficie está controlada por el orden de cristalización. [4]
Aunque el orden original de Goldich del potencial de meteorización mineral era cualitativo, el trabajo posterior de Michal Kowalski y J. Donald Rimstidt colocó la serie en términos cuantitativos . Kowalski y Rimstidt realizaron un análisis de la meteorización mecánica y química de los granos, y demostraron que la vida media de los granos detríticos meteorizados químicamente se ajustaba cuantitativamente a la secuencia de Goldich extremadamente bien. [5] Esto ayudó a complementar la aplicabilidad en el mundo real de la serie de disolución. La diferencia en el tiempo de meteorización química puede abarcar millones de años. Por ejemplo, el más rápido en meteorizarse de los minerales ígneos comunes es la apatita , que alcanza la meteorización completa en un promedio de 10 5,48 años, y el más lento en meteorizarse es el cuarzo, que se meteoriza completamente en 10 8,59 años. [5]
La serie de disolución de Goldich sigue el mismo patrón de la serie de reacción de Bowen , con los minerales que son los primeros en cristalizar también los primeros en sufrir meteorización química . [4] La serie de reacción de Bowen dicta que durante la cristalización fraccionada, el olivino y los feldespatos de plagioclasa de calcio son los primeros en cristalizar a partir de una masa fundida, después de lo cual siguen el piroxeno , el anfíbol , la biotita , la plagioclasa de sodio, el feldespato de ortoclasa , la moscovita y, finalmente, el cuarzo . Este orden está controlado por la temperatura de la masa fundida y su composición. Debido a que los minerales que cristalizan antes son más estables a temperaturas y presiones más altas, estos se meteorizan más rápido en condiciones de superficie.
La meteorización química de los minerales ígneos conduce a la formación de minerales secundarios, que constituyen los productos de meteorización de los minerales parentales. Los minerales de meteorización secundaria de las rocas ígneas se pueden clasificar principalmente como óxidos de hierro , sales y filosilicatos . La química de los minerales secundarios está controlada en parte por la química de la roca madre. Las rocas máficas tienden a contener mayores proporciones de magnesio y hierro férrico y ferroso , lo que puede dar lugar a minerales secundarios con una gran abundancia de estos cationes, [6] incluyendo serpentina , arcillas ricas en Al, Mg y Ca, [7] y óxidos de hierro como la hematita . [6] Las rocas félsicas tienden a tener proporciones relativamente más altas de potasio y sodio, lo que puede dar lugar a minerales secundarios ricos en estos iones, incluyendo arcillas ricas en Al, Na y K como la caolinita , [8] montmorillonita [8] e illita . [9]
La serie de disolución de Goldich se puede aplicar a las litosecuencias , que son una forma de caracterizar un perfil de suelo en función de su material parental. [10] Las litosecuencias incluyen suelos que han sufrido condiciones de meteorización relativamente similares, por lo que las variaciones en la composición se basan en las tasas de meteorización relativas de los minerales parentales. Por lo tanto, las tasas de meteorización de estos suelos y sus composiciones están influenciadas principalmente por la proporción relativa de minerales en la serie de disolución de Goldich. [10]
El trabajo experimental de White y Brantley (2003) destacó algunas de las limitaciones de la serie de disolución de Goldich, en particular que algunas variaciones en las tasas de meteorización de diferentes minerales no son tan pronunciadas como sostiene Goldich. [2] Según la serie de disolución de Goldich, la anortita, un feldespato plagioclasa , debería meteorizarse rápidamente, con una vida útil de 10 5,62 años cuantificada por Kowalski y Rimstidt. [1] [5] Por el contrario, la vida útil del feldespato potásico debería ser mucho más larga, 10 8,53 años basándose nuevamente en el trabajo de Kowalski y Rimstidt. Sin embargo, los resultados experimentales de White y Brantley demuestran que las tasas de meteorización relativas del feldespato potásico y el feldespato plagioclasa son bastante similares, y moderadas principalmente por el grado en que los minerales ya habían sido meteorizados (en una función exponencialmente decreciente). Esto demuestra que la serie de Goldich puede no aplicarse a todo tipo de procesos de meteorización y, asimismo, no tiene en cuenta el efecto de la descomposición exponencial en la tasa de meteorización de una superficie. [2]