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, siendo los minerales que se forman a temperaturas y presiones más altas 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 erosionadas, Goldich determinó que la velocidad de meteorización de los minerales está controlada, al menos en parte, por el orden en que cristalizan a partir de una masa fundida. Este orden significaba que los minerales que cristalizaron primero a partir del fundido eran los menos estables en las condiciones de la superficie terrestre, mientras que los minerales que cristalizaron últimos fueron los más estables. Este no es el único control sobre 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 , todo lo cual impacta la tasa de erosión. [1] La serie de disoluciones de Goldich se refiere a cualidades minerales intrínsecas, que tanto Goldich como 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 erosiona 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 relativa de los minerales, 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 se hace eco muy bien de la serie de reacciones de Bowen , lo que lleva a Goldich a sugerir que la estabilidad relativa en la superficie está controlada por el orden de cristalización. [4]
Si bien el orden original de Goldich del potencial de meteorización mineral era cualitativo, el trabajo posterior de Michal Kowalski y J. Donald Rimstidt se ubicó en 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 muy bien a la secuencia de Goldich. [5] Esto ayudó a complementar la aplicabilidad en el mundo real de la serie de disolución. La diferencia en el tiempo de erosión química puede abarcar millones de años. Por ejemplo, el mineral ígneo común que se erosiona más rápido es la apatita , que alcanza la meteorización completa en un promedio de 10,5,48 años , y el más lento de meteorización es el cuarzo, que se erosiona completamente en 10,8,59 años . [5]
La serie de disolución de Goldich sigue el mismo patrón de la serie de reacciones de Bowen , y los minerales que son los primeros en cristalizar también son los primeros en sufrir meteorización química . [4] La serie de reacciones de Bowen dicta que durante la cristalización fraccionada, los feldespatos de olivino y plagioclasa de calcio son los primeros en cristalizar en una masa fundida, después de lo cual siguen el piroxeno , el anfíbol , la biotita , la plagioglasa de sodio, el feldespato de ortoclasa , la moscovita y, finalmente, 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 desgastan más rápidamente en condiciones superficiales.
La meteorización química de los minerales ígneos conduce a la formación de minerales secundarios, que constituyen los productos de la meteorización de los minerales originales. 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 proporciones más altas de magnesio y hierro férrico y ferroso , lo que puede dar lugar a minerales secundarios con gran abundancia de estos cationes, [6] incluidas arcillas serpentinas , ricas en Al, Mg y Ca, [7] y hierro. óxidos como la hematita . [6] Las rocas félsicas tienden a tener proporciones relativamente más altas de potasio y sodio, lo que puede conducir a minerales secundarios ricos en estos iones, incluidas arcillas ricas en Al, Na y K, como caolinita , [8] montmorillonita [8] y illita . [9]
La serie de disolución de Goldich se puede aplicar a las Litosecuencias , que son una forma de caracterizar el perfil de un 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 originales. 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 las series de disolución de Goldich, la anortita, un feldespato plagioclasa , debería erosionarse 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, según 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 del feldespato plagioclasa son bastante similares y están 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 todos los tipos de procesos de meteorización y, además, no tiene en cuenta el efecto de la decadencia exponencial en la tasa de meteorización de una superficie. [2]