UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS Escuela de Química Instituto de Ciencias de la Tierra

Departamento de Geoquímica

UNIDAD DOCENTE DE: PROGRAMA DE LA ASIGNTURA:

PRINCIPIOS DE GEOQUIMICA

1.- INFORMACION GENERAL a) b) c) d)

Código: 5531 Nro. de Unidades: 4 Requisitos: 5421 Dedicación: 4T

La asignatura tiene como objetivo dar a conocer al estudiante, la abundancia y distribución de los elementos químicos en los diferentes ambientes presentes en el planeta tierra, indicando los procesos físico-químicos de su historia evolutiva; es decir, entender y conocer los procesos que controlan la migración de los elementos en las distintas geoesferas. OBJETIVOS GENERALES: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

7.

Entender el significado de la geoquímica. Poder manejar las herramientas fundamentales que permiten estudiar los cambios químicos que ocurren en los sistemas naturales (termodinámica, cinética, cristaloquímica, propiedades periódicas). Definir el sistema Tierra dentro del Universo. Caracterizar a la Tierra, sobre la base de su estructura y composición como un sistema geoquímico. Analizar los modelos de magmatismo, sedimentación y metamorfismo como sistemas geoquímicos. Caracterizar las geósferas externas (atmósfera, hidrosfera y biosfera) sobre la base de su estructura y composición. Entender la importancia de las geósferas externas en el ciclo exógeno de los elementos químicos. Conocer el concepto de Ciclo Geoquímico y su aplicación en sistemas naturales sencillos.

PROGRAMA TEMA 1. INTRODUCCIÓN Definición de geoquímica. Objetivos de la geoquímica. Desarrollo histórico. Relación entre la geoquímica y otras áreas científicas. Principales fuentes bibliográficas de la geoquímica. TEMA 2. LA TIERRA CON RELACIÓN AL UNIVERSO Origen del universo. Origen del sistema solar. Composición del universo y el sistema solar. Características del sistema solar. Meteoritos, clasificación. Importancia del estudio de los meteoritos. Origen de los elementos químicos.

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TEMA 3. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA Estructura interna de la Tierra. Evidencias que apoyan la composición externa. Composición de la corteza, el manto y el núcleo. Diferenciación de la tierra. Teorías que explican la diferenciación de la tierra. TEMA 4. NOCIONES DE TERMODINÁMICA Y CINÉTICA Ecuaciones termodinámicas fundamentales y su aplicación en procesos naturales. Uso de datos termodinámicos en geoquímica. Cinética, aplicación en procesos naturales. Enlace químico en minerales. Propiedades periódicas. Número de coordinación, efecto de la presión y la temperatura. Isomorfismo y polimorfismo. Soluciones sólidas. Reglas de Goldschmidt, aplicación en la distribución de los elementos traza en minerales. Clasificación geoquímica de los elementos (Goldschmidt). TEMA 5. MAGMATISMO Y ROCAS ÍGNEAS Magma: Definición, Origen y Composición. Generación de magmas, principales mecanismos. Diferenciación magmática. Composición química y mineralógica de las rocas ígneas. Diagramas de fases binarios y ternarios, interpretación y aplicaciones. Cristalización magmática. Distribución de los elementos traza durante la cristalización magmática: Diadóquia, Camuflaje, Admisión y Captura. TEMA 6. SEDIMENTACIÓN Y ROCAS SEDIMENTARIAS Ciclo de la sedimentación. Meteorización. Importancia y efectos de la meteorización. Factores y agentes que controlan la meteorización. Potencial iónico, Eh y pH. Importancia en sistemas naturales. Suelos. Definición. Procesos que influyen en la formación de un suelo. Rocas sedimentarias. Definición. Composición química y mineralógica de las rocas sedimentarias. Arcillas. Sistemas coloidales, importancia en sistemas naturales. Clasificación Geoquímica de los productos de sedimentación. TEMA 7. METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS Definición de metamorfismo. Condiciones del proceso, factores del metamorfismo. Tipos de metamorfismo. Rocas metamórficas, composición química y mineralógica. Metasomatismo. Facies Metamórficas. TEMA 8. LA ATMÓSFERA Características físicas y químicas de las diferentes capas que la constituyen. Origen y evolución de la atmósfera. Posibles procesos de desarrollo del oxígeno. Principales pérdidas y adiciones a la atmósfera, formas en que se producen. TEMA 9. LA HIDRÓSFERA Distribución de las aguas sobre la tierra: Agua de mar, aguas fluviales. Composición: Mayoritarios, traza, gases. Estado estacionario, tiempo de residencia. Origen y evolución de la hidrosfera. Importancia de su estudio en procesos geoquímicos. TEMA 10. LA BIÓSFERA Definición de biosfera, origen y evolución. Fotosíntesis importancia en el proceso de desarrollo del resto de las geósferas externas. Composición de la biosfera. Importancia de la biosfera en los procesos geoquímicos externos. Depósitos biogénicos.

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Departamento de Geoquímica TEMA 11. CICLO GEOQUÍMICO Definición de ciclo geoquímico. Distribución de los elementos químicos en la tierra y los factores que los regulan desde su origen hasta el presente. Importancia del ciclo geoquímico. Aplicaciones. OBJETIVOS POR TEMA TEMA 1: INTRODUCCIÓN 1. Saber la definición de geoquímica. 2. Poder explicar los objetivos de la geoquímica con ejemplos. 3. Tener una apreciación general sobre la historia de la geoquímica y las principales escuelas que le dieron origen. 4. Conocer la relación de la geoquímica con otras ciencias. 5. Conocer las principales áreas de investigación en el campo de la geoquímica. 6. Conocer las principales fuentes bibliográficas de la geoquímica. TEMA 2: LA TIERRA CON RELACIÓN AL UNIVERSO 1. Tener idea de la ubicación del sistema tierra en el Universo. 2. Tener una apreciación general acerca de los modelos que tratan de explicar el origen del universo. Pruebas en que se apoyan. Composición del Universo. 3. Entender (en forma sencilla) la naturaleza del sistema solar y el modelo generalizado que trata de explicar su origen. 4. El sistema estelar como reactor elemental. Conocer los principales procesos de nucleosíntesis que explican el origen de los elementos y los parámetros que controlan su abundancia relativa. 5. Saber los parámetros que controlan la diferenciación elemental cosmoquímica. 6. Entender porqué es de interés conocer la composición de los meteoritos. Saber la clasificación de los meteoritos 7. Conocer las consideraciones que deben hacerse para establecer la edad de los elementos. TEMA 3: ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA 1. Saber cuales son las evidencias que dan soporte a la estructura interna de la tierra aceptada actualmente. 2. Saber cual es la composición del manto y núcleo y sobre que bases están fundamentadas. 3. Conocer en términos generales la composición de la corteza terrestre, en que se fundamenta y a que críticas está expuesta. 4. Conocer las causas que determinaron la "primera" diferenciación de la tierra en capas. Sobre que modelos se apoya, y poder explicar el proceso en su conjunto. 5. Conocer la clasificación geoquímica de los elementos según Goldschmidt (1923). 6. Poder determinar y explicar para cualquier elemento su tendencia siderófila, calcófila, litófila o atmófila. TEMA 4: NOCIONES DE TERMODINÁMICA Y CINÉTICA 1. Sistemas: Tipos. Variables que lo definen (intensivas, extensivas) 2. Ecuaciones termodinámicas fundamentales. Aplicación en sistemas naturales 3. Concepto de equilibrio 4. Cinética. Aplicación en sistemas naturales. 5. Propiedades Periódicas. 6. Estado Cristalino. Concepto. 7. Enlace químico en minerales.

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Número de coordinación. Efecto de la presión y temperatura. Tipos de arreglos geométricos debidos a la relación Rcatión/Ranión. Estructura y clasificación de los silicatos. Concepto de isomorfismo y polimorfismo. Ejemplos. Reglas de Goldschmidt. Aplicación en la distribución de elementos traza en minerales

TEMA 5: MAGMATISMO Y ROCAS ÍGNEAS 1. Saber que es un magma. 2. Saber (y poder explicar en forma sencilla) que parámetros determinan la fusión de rocas. Conocer los principales mecanismos de fusión para la producción de un magma. 3. Saber cuales son los factores que determinan la viscosidad de un magma. 4. Conocer los sitios tectónicos asociados al proceso de magmátismo y producción de rocas ígneas. 5. Conocer la composición química y mineralógica de las rocas ígneas mas comunes. 6. Conocer la composición y estructura de los tipos mas comunes de sílice, feldespatos, feldespatoides, piroxenos, anfiboles y micas. 7. En un diagrama de fases binario del tipo: solución sólida y eutéctico (fusión congruente e incongruente), saber que camino composicional sigue la cristalización de un "líquido" magmático. Comparar casos de equilibrio y no equilibrio. 8. Conocer y poder explicar (forma sencilla) los mecanismos de cristalización magmática como proceso generador de rocas ígneas. 9. Conocer la serie de Bowen. Entender su utilidad y limitaciones como modelo que trata de explicar la formación de rocas ígneas de diferente composición. 10. Comportamiento de los elementos traza en la cristalización magmática. Tener el concepto de camuflaje, admisión y captura de un elemento en una estructura mineral. Poder predecir casos determinados. 11. Conocer la composición de los "líquidos" residuales de la cristalización magmática. 12. Saber por qué hay depósitos minerales asociados (genéticamente) a las rocas ígneas. TEMA 6: SEDIMENTACIÓN Y ROCAS SEDIMENTARIAS 1. Conocer el ciclo de sedimentación y formación de rocas sedimentarias. 2. Poder explicar en forma sencilla cada una de sus partes. 3. Saber en que consiste el proceso de meteorización. Tipos (física, química y biológica). Factores y agentes que lo controlan. 4. Conocer los parámetros que controlan la movilidad de las especies químicas en el ambiente de meteorización. Poder aplicarlos a casos sencillos de sistemas naturales: • • • • • 5. 6.

Conocer la estabilidad relativa de los minerales en el ambiente de sedimentación. Saber que es el potencial iónico y su utilidad para poder predecir y explicar el comportamiento de los elementos en Ambientes acuosos naturales. Saber la importancia del Eh y pH como parámetros que controlan la movilidad elemental en un sistema natural. Poder predecir en términos relativos el Eh y pH de un determinado ambiente geológico. Poder explicar con ejemplos

Saber que es un suelo y que procesos influyen en su formación. Tener ideas sobre la composición química y mineralógica de los principales tipos de rocas

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7. 8. 9.

sedimentarias. Conocer la importancia de la diagénesis como proceso geoquímico para la formación de las rocas sedimentarias. Saber la diferencia entre Regolito, Suelo y Secuencia Sedimentaria. Conocer la clasificación geoquímica de los elementos como producto del proceso de sedimentación (resistatos, hidrolizados, oxidados, evaporados y reduzatos). Saber en que se fundamenta.

TEMA 7: METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS 1. Conocer la definición de metamorfismo. 2. Poder explicar en que condiciones ocurre el metamorfismo. Factores que lo favorecen. 3. Conocer la composición química y mineralógica de las rocas metamórficas más comunes. 4. Conocer y poder aplicar algunos criterios químicos que permitan establecer el tipo de roca o material precursor de una roca metamórfica dada (casos sencillos). 5. Saber la importancia que tiene la presencia de una sustancia volátil en una reacción metamórfica desde el punto de vista termodinámica. 6. Saber como se divide el campo del metamorfismo y cuales son los factores que determinan cada una de dichas divisiones. 7. Entender el proceso del metamorfismo desde el punto de vista termodinámico y cinético. 8. Para sistemas metamórficos sencillos, poder establecer el tipo de metamorfismo que ha ocurrido a partir de datos termodinámicos. 9. Conocer la definición de metasomatismo. Tener idea del origen de las soluciones que causas el metasomatismo. 10. Tener el concepto de facies metamórfica y como se reconoce.

TEMA 8: LA ATMÓSFERA 1. Saber las características físicas y químicas resaltantes de las capas atmosféricas. 2. Entender la importancia de la Atmósfera en los procesos geoquímicos. 3. Conocer la importancia de la capa de ozono en la conservación de la vida en la tierra. 4. Conocer los diferentes períodos de evolución de la atmósfera y sus características más resaltantes. 5. Conocer los procesos posibles de desarrollo de oxígeno en el planeta y los factores que lo regulan. Fotosíntesis y fotoquímica. 6. Conocer las principales pérdidas y adiciones atmosféricas y las formas en que se producen. TEMA 9: LA HIDROSFERA 1. Tener idea de la distribución de las aguas sobre la tierra. 2. Conocer algunos datos típicos del agua de mar tales como temperatura, densidad, profundidad, presión, pH, gases disueltos. 3. Saber los parámetros principales que describen un cuerpo de agua de mar. 4. Conceptos de salinidad y clorinidad, como medidas de concentración oceanográficas. 5. Tener una idea de las especies mayoritarias en agua de mar, elementos traza y gases disueltos. Importancia relativa. 6. Conocer la distribución de las aguas terrestres (continentales) y su composición general. 7. Poder explicar la distribución de especies mayoritarias en aguas fluviales y agua de mar. 8. Entender (en forma sencilla) el modelo de Estado Estacionario. 9. Saber la definición de Tiempo de Residencia. Tener idea del orden de magnitud del Tiempo de Residencia (alto, bajo, muy bajo) para especies mayoritarias y trazas disueltas en agua de mar. 10. Conocer (en forma sencilla) la evolución de la hidrosfera en el tiempo geológico.

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TEMA 10: LA BIOSFERA 1. Introducción 2. Origen y evolución de la Biosfera (generalidades) 3. Geoquímica Orgánica. Aplicaciones 4. Origen de la Vida 5. Composición Química de la Biomasa 6. Acumulación y Preservación de la Materia Orgánica 7. Sustancias Húmicas 8. Carbón 9. Generación del petróleo 10. Diagénesis de la Materia Orgánica. Generación del petróleo TEMA 11: EL CICLO GEOQUÍMICO 1. Ser capaz de criticar los siguientes conceptos aplicados a la tierra como sistema físico-químico: a) Sistema Aislado b) Sistema Cerrado c) Sistema abierto d) Sistema en equilibrio 2. 3. 4. 5.

Criticar los conceptos de Energía Libre y Entropía aplicados al Universo, Sistema Solar y la Tierra. Saber los procesos que producen ganancias y perdidas de energía en el ciclo geoquímico. Entender la distribución de elementos químicos en la tierra y los factores que lo regulan desde su origen hasta el presente. Entender la importancia del ciclo geoquímico hacia el entendimiento de cada elemento en particular.

BIBLIOGRAFÍA Faure, G., 1991. Inorganic Gechemistry. MacMillan Publishing Company. 626 p. Brownlow, A., 1979. Geochemistry. Editorial Prentice-Hall, London. Drever, J., 1982. The geochemistry of natural waters, Editorial Prentice-Hall, London Garrels y Chris., 1965. Solutions, Minerals and Equilibria. González-Bonorino, F., 1972. Introducción a la Geoquímica. Organización de Estados Americanos. Seie Química. Monografía N° 8. Krauskopf, K., 1979. Introduction to Geochemistry, 2da edición. Mc Graw-Hill Book Company, New York. Mason, B., 1990. Principios de Geoquímica. Editorial Omega, Barcelona, España. Mason, B., y Moore, C.B., 1982. Principles of Geochemistry. John Wiley and Sons. Cuarta Edición, 344 p. Richardson, S.M., y McSween, H.Y., 1989. Geochemistry: Pathways and Processes. Prentice Hall, 488 p. Robie, R et al., 1979. Termodinamic Propierties of mineral and related substances at 298, 15 °K and 1 Bar of pressure and higher temperature. Geological Survey Bulletin 1452, Washington D.C.

EVALUACIÓN Dos Exámenes Parciales y un Examen Final.

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Primer Examen Parcial Segundo Examen Parcial Tercer Examen Parcial Cuarto examen Parcial

(%)

Temas

20 25 25 30

1, 2, 3 4, 5 6, 7, 8 9,10, 11

Fecha

Examen de Rezagados: Se realizará un solo examen de Rezagados en fecha anterior al cuarto parcial. Este examen contemplará la materia desde el tema 1 hasta el tema 8 del programa. Para poder presentar dicho examen el estudiante deberá cumplir los siguientes requisitos: 1. 2. 3.

Presentar un justificativo de inasistencia del parcial respectivo. Tener aprobado el examen parcial que presentó. En el caso de inasistencia a los dos exámenes parciales, el estudiante pierde el derecho a reparación.

La asistencia al curso es obligatoria.

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