La pirita, u oro de los tontos, es un mineral común que reacciona rápidamente con el oxígeno cuando se expone al agua o al aire, como durante las operaciones mineras, y puede conducir al drenaje ácido de la mina. Sin embargo, se sabe poco sobre la oxidación de la pirita enroca no minada en las profundidades del subsuelo.
Un nuevo enfoque de múltiples escalas para estudiar la oxidación de la pirita en las profundidades subterráneas sugiere que la fracturación y la erosión en la superficie marcan el ritmo de la oxidación, que, cuando ocurre lentamente, evita la acidez descontrolada y en su lugar deja "fósiles" de óxido de hierro.
"La oxidación de pirita es un problema geológico y ambiental clásico, pero sabemos poco sobre la tasa de oxidación de pirita que ocurre en rocas profundas", dijo Xin Gu, profesor asistente de investigación en el Instituto de Sistemas Ambientales y de la Tierra de Penn State EESI.la pirita reacciona con el oxígeno, libera ácido sulfúrico, que puede causar un drenaje ácido en las minas, un grave problema ambiental en todo el mundo y especialmente aquí en Pennsylvania ".
Cuando se expone al aire, como en una mina, la pirita se oxida completamente en cuestión de años, dijo Gu. También se pueden formar microorganismos en el mineral y acelerar la reacción. El proceso de oxidación ocurre rápidamente y permite que el ácido sulfúrico se acumule.Sin embargo, si no se extrae en las profundidades de la superficie, los procesos geológicos ralentizan la reacción en decenas de miles de años y evitan que el ácido se acumule.
Los investigadores estudiaron la oxidación de la pirita en el Observatorio de la Zona Crítica CZO de Susquehanna Shale Hills, financiado por la National Science Foundation.tipos de rocas comunes en el mundo. Los investigadores bajaron las herramientas de registro geofísico instrumentos que pueden enviar y recibir señales, o incluso tomar imágenes de alta resolución en pozos de 3 pulgadas de ancho y rocas recuperadas de más de 100 pies de profundidad para examinarel lecho de roca de lutita e identificar qué tan profunda o superficial se desgasta y se fractura la pirita bajo tierra.
El equipo estudió los granos de pirita y cómo se convierten en óxidos de hierro de tipo óxido usando microscopios especializados en el Laboratorio de Caracterización de Materiales de Penn State. Cortaron la roca en rodajas de menos de una décima de pulgada de espesor y colocaron las secciones bajo barrido electrónicomicroscopios para obtener imágenes de sus microestructuras.Los microscopios electrónicos de transmisión de alta resolución, que utilizan haces de electrones para producir imágenes, ayudaron a los investigadores a estudiar las microestructuras hasta pequeñas características unas 70 veces más delgadas que un cabello humano.
El examen de las muestras permitió a los investigadores identificar la zona subterránea donde la pirita se oxida a un mineral de hierro de tipo óxido a una escala muy fina, dijo Gu.
Los investigadores informaron sus hallazgos en una edición reciente de ciencia .
El equipo descubrió que la tasa de erosión de la lutita controlaba la tasa de oxidación de pirita en profundidad. Las fisuras microscópicas que se forman en la roca a decenas de pies por debajo de la superficie son demasiado pequeñas para que entren microorganismos. En paisajes como el de Pensilvania que se erosionaron durante milenios, el oxígeno disuelto en el agua se filtra por las aberturas y tiene mucho tiempo para catalizar la reacción, haciéndolo en pequeñas cantidades. Cuando esto ocurre, la pirita se pseudomorfos, lo que significa que estructuralmente conserva su forma de frambuesa aunque químicamente se ha transformado desulfuro de hierro a óxido de hierro.
"La cantidad y velocidad a la que ocurre la reacción bajo tierra explica por qué la pirita es reemplazada por estos 'fósiles' perfectos de óxido de hierro", dijo Susan Brantley, profesora distinguida de geociencias y directora de EESI.
Los investigadores utilizaron sus hallazgos para desarrollar un modelo para calcular las tasas de oxidación de pirita en Shale Hills y en todo el mundo, incluso en áreas con tasas de erosión más rápidas. También puede ayudar a los científicos a comprender mejor cómo era la Tierra antes del Gran Evento de Oxidación 2.400 milloneshace años, lo que permitió que organismos más complejos crecieran y evolucionaran.
"Lo que hizo Xin es extraordinario", dijo Brantley. Demostró que la pirita se oxida 30 pies o más debajo de la superficie de la tierra para formar cristales que son réplicas perfectas del grano de pirita original. También demostró que esta comprensión más profunda de la pirita puederevelan información sobre por qué la pirita todavía se conservaba en la superficie terrestre en la Tierra primitiva, cuando el oxígeno estaba presente en concentraciones más bajas en la atmósfera ".
El Observatorio de la Zona Crítica de Shale Hills es el mejor lugar para realizar este tipo de trabajo, según Gu.
"Tenemos expertos de diversos campos que están trabajando en diferentes aspectos de esta cuenca, como hidrología, erosión, suelos, biota y perfiles de meteorización", dijo. "Si realizamos el estudio a una escala o desde una perspectiva disciplinaria,nos hubiéramos perdido una gran parte de la historia. Nuestro enfoque interdisciplinario nos permite comprender mejor lo que está sucediendo aquí ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Original escrito por Francisco Tutella. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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