Interacciones bióticas en la neoformación de minerales en lagunas salinas y alcalinas, con énfasis en los minerales de la arcilla

Resumen

En esta Tesis Doctoral se han estudiado las interacciones bióticas en la neoformación de minerales (arcillas, carbonatos y sulfatos) en tapices microbianos de dos complejos lagunares. Las lagunas de El Longar, Altillo Grande y Altillo Chica, situadas en la Cuenca del Guadiana, son de carácter hipersalino y su composición tipo es Mg2+-(Na+)-(Ca2+)-SO4 2--(Cl-). La laguna de El Longar se ha estudiado en más detalle, al ser permanente y presentar tapices microbianos más evolucionados. Las lagunas de Caballo Alba, Las Eras y Bodón Blanco (Cuenca del Duero) son alcalinas, sódicas y su composición tipo es Na+-Cl--SO4 2--HCO3 -. Se ha hecho énfasis en Caballo Alba, por su mayor contenido de esmectitas. Se han realizado análisis genómicos de los tapices microbianos. Se componen de bacterias autótrofas y heterótrofas, diatomeas y otras algas verdes. Los minerales precipitan en la matriz de los tapices microbianos, formada por sustancias poliméricas extracelulares (EPS). Este crecimiento intrasedimentario se produce mayoritariamente al desecarse la laguna. Mediante FTIR e ICP-OES se ha determinado que los EPS enlazan los iones disueltos mediante sus grupos funcionales, de modo que su concentración supera a la hallada en las salmueras. Utilizando ITC se ha determinado que la fijación de Ca y Mg a los grupos funcionales está termodinámicamente favorecida, con afinidades de enlace para Ca y Mg comprendidas entre 2.0¿104-3.3¿105 kJ/mol. A su vez, la modelización de la concentración de elementos en EPS de El Longar realizada con PHREEQC, indica que los sulfatos están sobresaturados. Además, se han realizado experimentos de liofilización de EPS que confirman que la desecación de EPS induce la nucleación de hexahidrita, bloedita, konyaita, thenardita, glauberita y palygorskita. Esto indica que la fijación de elementos a la matriz favorece el crecimiento mineral en su seno e inhibe la nucleación en la salmuera, al rebajar los índices de saturación. El yeso, a diferencia de los sulfatos magnésico-sódicos, no precipita ni en los ensayos de desecación de EPS ni de evaporación de salmuera. Dentro de las arcillas, la palygorskita es el principal mineral autigénico. Se forma en EPS con alta densidad de grupos amino (valoración ácido-base) que podrían jugar un papel relevante en su formación. La mayoría de las esmectitas tienen origen detrítico y son dioctaédricas. Con TEM se observa que estas esmectitas quedan atrapadas en la matriz de EPS donde son degradadas mediante la expansión de sus espaciados interlaminares. En la laguna de Caballo Alba, calcita y dolomita precipitan en los EPS excretados por microorganismos autótrofos y presentan valores medios isotópicos negativos (-4.20¿, ¿13C y -1.05¿, ¿18O). Mediante cultivos líquidos se reproduce la precipitación de carbonatos y arcillas sobre frústulas de diatomeas. Contrariamente estos minerales no precipitan a partir de la desecación experimental de EPS, en los que sí se forman nesquehonita, huntita, monohidrocalcita, trona, natrón y witherita. También precipitan sulfatos: bloedita, epsomita, mirabilita, y anhidrita. Esta es la primera vez que se documenta la formación de anhidrita a baja Ta en materia orgánica. Estos carbonatos se asocian a esmectitas detríticas dioctaédricas que se adhieren a los EPS. En su seno unas se transforman en fases de composición di-trioctaédrica y otras se neoforman, mediante escalones de crecimiento. En estas lagunas coexisten palygorskitas detríticas y en menor abundancia relativa, autigénicas. Los resultados de la presente Tesis Doctoral permiten concluir que las sustancias EPS juegan un papel importante en la formación mineral. La desecación de EPS induce la neoformación de sulfatos, carbonatos y silicatos. En particular, las esmectitas se transforman o destruyen en EPS. Alternativamente, la dolomita, la calcita y el yeso no precipitan mediante la desecación de EPS ni directamente de la salmuera.