FACULTAD DE INGENIERÍA


DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN CIENCIAS DE LA TIERRA
DEPARTAMENTO DE YACIMIENTOS MINERALES
Programa de la Asignatura: GEOQUÍMICA Clave: 0411 Núm. de créditos: 09 Carrera: ING. GEOLOGO Duración del curso: Semanas: 16 Horas: 72 Semestre: 5º Horas a la semana: Teoría: 4.5 Obligatoria: SI Prácticas: Optativa: OBJETIVO DEL CURSO El alumno tendrá la capacidad para resolver problemas geoquímicos, relacionados a fenómenos ígneos, sedimentarios y metamórficos. TEMAS Núm: Nombre: Horas I. INTRODUCCION. 2 II. EQUILIBRIO TERMODINAMICO. 3 III. EQUILIBRIO DE FASES. 3 IV. TERMODINAMICA DE SOLUCIONES. 6 V. EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS IGNEOS. 8 VI. LAS REACCIONES DE H2O Y CO2 CON LAS FASES MINERALES. 4 VII. LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO Y POTENCIAL QUIMICO. 6 VIII. REACCIONES DE OXIDO-REDUCCION. 8 IX. COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS TRAZA. 8 X. GEOQUIMICA ISOTOPICA. 8 XI. NOCIONES DE GEOQUIMICA ORGANICA. 10 XII. GEOQUIMICA AMBIENTAL. 6 72 ASIGNATURAS ANTECEDENTES : QUÍMICA TEMODINÁMICA ASIGNATURAS CONSECUENTES : GEOHIDROLOGÍA PETROLOGÍA IGNEA PETROLOGÍA METAMÓRFICA ANTECEDENTES, OBJETIVOS Y CONTENIDOS DE LOS TEMAS I. INTRODUCCION. ANTECEDENTES: Mineralogía OBJETIVO: El alumno ubicará a la Geoquímica en el contexto geológico e histórico y conocerá las clasificaciones, distribuciones y afinidades geoquímicas de los elementos. CONTENIDO: I.1. Definiciones. I.2. La Geoquímica en la Geología. I.3. Bosquejo histórico. I.4. Clasificación, distribución y afinidad geoquímica de los elementos mayores y menores. II. EQUILIBRIO TERMODINAMICO. ANTECEDENTES: Termodinámica. OBJETIVO: El alumno aplicará los conocimientos de Termodinámica y Química en el campo de la Geoquímica. CONTENIDO: II.1. Introducción a las propiedades de los gases. (Ley de los gases ideales, gases reales, isotermas de los gases reales y el fenómeno crítico, la teoría del estado correspondiente a la ecuación Redlich-Kwong modificada). II.2. Principios de Termodinámica. (Primera ley: Energía interna, segunda ley: Entropía, combinación de la primera y la segunda ley: Entalpía, energía libre, criterio de la espontaneidad y equilibrio, la dependencia de la temperatura, tercera ley de la Termodinámica). III. EQUILIBRIO DE FASES. ANTECEDENTES: Química Termodinámica. OBJETIVO: El alumno aplicará los principios termodinámicos en las reacciones de equilibrio entre minerales. CONTENIDO: III.1. Superficie de energía libre (G-P-T). (Conceptos: Univariante y Divariante, la ecuación de Clapeyon). III.2. Regla de Schreinemaker. (Reacciones de primer y segundo orden en soluciones). III.3. Cálculo de líneas Univariantes. IV. TERMODINAMICA DE SOLUCIONES. ANTECEDENTES: Química Termodinámica. OBJETIVO: El alumno conocerá la variación de composición en soluciones, para la formación de minerales ígneos y metamórficos. CONTENIDO: IV.1. Componentes conservativos y no conservativos en una solución. IV.2. Leyes de Roult y Henry. IV.3. La energía en las soluciones. (potencial químico). IV.4. Las propiedades termodinámicas en soluciones ideales. IV.5. Fugacidad, actividad y estados estandares. IV.6. Soluciones no ideales. IV.7. Soluciones separadas (inmisibilidad y exsolución). V. EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS IGNEOS. ANTECEDENTES: Petrología ígnea. OBJETIVO: El alumno comprenderá los procesos geoquímicos que involucran la transferencia e intercambio de materia entre los minerales y los fluidos naturales deduciendo y aplicando conceptos físico-químicos. CONTENIDO: V.1. Definiciones. (Fase, componente y grados de libertad). V.2. Regla de las fases de Gibbs. V.3. Regla de Lever. V.4. Sistemas de dos componentes. V.5. Sistemas binarios (componentes intermedios, inmisibilidad líquida, solución sólida incompleta, solución sólida completa, solución sólida parcial, etc.). V.6. Sistemas ternarios. VI. LAS REACCIONES DE H2O Y CO2 EN LAS FASES MINERALES ANTECEDENTES: Petrología Metamórfica. OBJETIVO: El alumno comprenderá reacciones metamórficas que involucran fases volátiles de CO2 y H2O durante los procesos de descarbonatación y deshidratación. CONTENIDO: VI.1. El comportamiento de los fluidos bajo condiciones de presión, volumen y temperatura. VI.2. La temodinámica de las reacciones entre minerales y los fluidos de H2O y CO2. VII. LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO Y EL POTENCIAL QUIMICO. ANTECEDENTES: Química. Termodinámica. OBJETIVO: El alumno considerará el equilibrio heterogéneo multicomponente bajo condiciones de presión, temperatura y variables composicionales espe- cialmente enfocado en las actividades químicas. CONTENIDO: VII.1. La constante de equilibrio (para sólidos, líquidos y gases) VII.2. La dependencia de la constante de equilibrio de los parámetros de temperatura, presión y composición. VII.3. Diagramas de potencial químico. (Obtención de la pendiente y mezcla de volátiles a altas presiones por temperatura, dia- gramas de actividad en medios acuosos, el índice de saturación, diagramas de estabilidad). VIII. REACCIONES DE OXIDO-REDUCCION. ANTECEDENTES: Petrología Ignea. Petrología Metamórfica. OBJETIVO: El alumno desarrollara la habilidad de interpretar cálculos que expliquen el equilibrio electroquímico de minerales y iones en soluciones en los diferentes ambientes geológicos, además deberá comprender la importancia de la fugacidad del oxigeno como una variable esencial en el equilibrio redox. CONTENIDO: VIII.1. Principios electroquímicos. VIII.2. La ecuación de Nernst. VIII.3. Diagramas de PE - ph. VIII.4. Equilibrio REDOX a temperaturas elevadas (sistema de equilibrio Fe-Si-O-H; C-O y C-O-H). VIII.5. La fugacidad del oxigeno en las rocas ígneas y metamórficas y sistemas hidro- termales. IX. COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS TRAZA. ANTECEDENTES: Petrología Ignea. OBJETIVO: El alumno explicará la ley de la distribución de los elementos a problemas de Geotermometría, Geobarometría y Evolución Ignea. CONTENIDO: IX.1. La Ley de Henry y su aplicación. IX.2. Coeficiente de distribución de Nernst. IX.3. Elementos traza como geotermómetros y geobarómetros. IX.4. Elementos traza como parámetros de la evolución ígnea. IX.5. Ley de Rayleigh. IX.6. Cristalización en equilibrio y modelos de fusión parcial. X. LA GEOQUIMICA ISOTOPICA. ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO: El alumno conocerá los procesos naturales que rigen en el fraccionamiento y decaimiento isotópico para la medición y aplicación como una alternativa en la solución de problemas en Geología. CONTENIDO: X.1. Geocronómetros. (Modos de decaimiento, ley de la radioactividad, métodos de fechamiento, ejemplos). X.2. Fraccionamiento isotópico (Principios isotópicos, fraccionamiento, relaciones matemáticas, isótopos de oxigeno en cal- citas y minerales arcillosos, isótopos de oxigeno e hidrógeno en la hidrósfera, aguas subterráneas y sistemas geotermales, fraccionamiento del carbón, isótopos de estroncio en rocas carbonatadas y fraccio- namiento isotópico del azufre). XI. NOCIONES DE GEOQUIMICA ORGANICA. ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO: El alumno conocerá la importancia del ciclo bioquímico, así como la formación de hidrocarburos y la influencia de la materia orgánica en los depósitos metalíferos. CONTENIDO: XI.1. Definición de Geoquímica Orgánica. XI.2. Origen de la materia orgánica. XI.3. El ciclo bioquímico (Formación, reservación y composición) XI.4. Calidad y tipos de materia orgánica. XI.5. La diagenesis en la materia orgánica. XI.6. La materia orgánica en las rocas. XI.7. La formación de hidrocarburos. XI.8. Métodos análiticos para el estudio de la materia orgánica. XI.9. Parámetros empleados en la determinación del potencial general de la roca. XI.10. Determinación del grado de evolución de la materia orgánica en la roca: métodos ópticos y químicos. XI.11. Métodos geoquímicos de superficie. XI.12. La materia orgánica en los depósitos metalíferos. XII. GEOQUIMICA AMBIENTAL. ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO: El alumno aplicará los conocimientos precedentes en la resolución de problemas de Geología Ambiental. CONTENIDO: XII.1. Químicos inorgánicos en aguas subterráneas. (Unidades de medición y concentración, el equilibrio químico y las leyes de acción de masa, reacciones óxido-reducción, rela- ción entre PE - Eh,complejos metálicos, química de contaminante inorgánicos no metálicos, química de metales, isótopos radioactivos). XII.2. Compuestos orgánicos en aguas subterráneas. (Propiedades físicas, estructura orgánica y nomenclatura, destilados del petróleo, grupos funcionales: éteres, alcoholes, fenoles, etc.; degradación de compuestos orgánicos, ejemplos de campos de biode- gradación, análisis de compuestos orgánicos en aguas subterráneas). XII.3. Desechos radioactivos. (Tipos de desechos radioactivos, depósitos radioactivos y sus disposiciones geológicas, geoquímica del plutonio, diagramas de Eh - ph del neptunio y plutonio). XII.4. Desechos sólidos (influencia en el medio ambiente, solubilidades, disposiciones geodepositacionales). TECNICAS DE ENSEÑANZA: ELEMENTOS DE EVALUACION: Exposición oral (X) Exámenes parciales (X) Exposición audiovisual (X) Exámenes finales (X) Ejercicios dentro de clase ( ) Trabajos y tareas fuera del aula ( ) Ejercicios fuera del aula ( ) Participación en clase ( ) Seminarios ( ) Asistencia a prácticas ( ) Lecturas obligatorias ( ) Otros: Trabajo de investigación (X) Prácticas de taller o laboratorio ( ) Prácticas de campo ( ) Otras: BIBLIOGRAFIA Texto Temas de la materia para los que se recomienda: BLOSS F.D. I y II An Introduction to the Methods of Optical Cristallography Holth, Rinehart and Winston, Inc (Traducido por Ed. Omega, 1970) WINCHELL, A. TODOS Elements of Optical Mineralogy, Vols. 1 a 3 John Wiley, 1949 LIBROS DE CONSULTA HEINRICH, E. W. M. TODOS Microscopic Identification of Minerals McGraw Hill (1965) (Trad. por editorial URMO) KERR, P. F. TODOS Optical Mineralogy McGraw Hill (1965) SAGGERSON, E. P. TODOS Identification tables for Minerals in thin Sections Longman, 1975 COX, K. G. et al TODOS “The Interpretation of Igneous rocks “ Ed. George Allen and Unwin London, Engl. 1984 NORDSTROM, D. K. et al TODOS “Geochemical Thermodynamics” Ed. The Benjamin Leummings Publishing Co.Inc. E.E.U.U. 1985 RICHARDSON, S. M. y Mc SWEEN, H. Y. Jr. TODOS “Geochemistry Pathways and Processes “ Ed. Prentice Hall Inc. E.E.U.U. 1989 LIBROS DE CONSULTA COLLINS, A. G. XI, XII “Geochemistry of Oil Field Waters” Ed. Elsevier Scientific Publishing Co. Amsterdam, 1975 EHLERS, E. G. II, III, IV “The Interpretation of Geological Phase Diagrams” Ed. Dover Publications Inc. New York, 1972 ERNST, E. G. II, III, IV “Petrologic Phase Equilibria” Ed. W. H. Freeman and Co San francisco, 1976 FAURE, G. IX, X “Principles of Isotope Geology” 2a. Ed. John Wiley and Sons New York, 1986