Los minerales arcillosos son un componente importante de la superficie terrestre y se encuentran principalmente en los sedimentos de lagos, ríos y océanos. Las propiedades de la arcilla y la arcilla dependen de la orientación de las diminutas partículas de sedimento. Utilizando el acelerador de partículas Sincrotrón Europeo de Grenoble (Francia), un equipo de investigadores de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) ha logrado por primera vez observar en detalle cómo funcionan algunos de estos procesos.

Por Tom Leonhardt, Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg

El estudio fue publicado en la revista Communications Earth & Environment y proporciona a los investigadores información sobre la estructura y las propiedades de los sedimentos.

La formación de sedimentos ricos en arcilla es difícil de estudiar. «La sedimentación se produce, por ejemplo, en el fondo marino de difícil acceso durante un periodo de tiempo muy largo. Además, las partículas de arcilla tienen un tamaño de tan solo unos pocos micrómetros o menos. Por ello, los métodos de microscopía convencionales no son adecuados para la observación de partículas de arcilla durante la sedimentación», explica la Dra. Rebecca Kühn, geocientífica de la MLU, investigadora principal del estudio.

Para superar estas dificultades, el equipo de investigación ha recurrido a una tecnología de última generación: el acelerador de partículas Synchrotron de Grenoble. «Este instrumento nos ha permitido observar la sedimentación en tiempo real «, explica el profesor Michael Stipp, geólogo de la MLU.

Los investigadores colocaron cilindros llenos de agua con partículas de arcilla que se hundían en el haz de rayos X de alta energía del acelerador de partículas. Los experimentos se llevaron a cabo en diferentes condiciones, por ejemplo, en agua dulce y salada . En cada caso, los investigadores midieron la alineación de las partículas resuelta en el tiempo.

A partir de estas mediciones se pueden generar cantidades extremadamente grandes de datos; sin embargo, como no existía un método de evaluación rápida para esto, el coautor Dr. Rüdiger Kilian de MLU desarrolló uno para el nuevo estudio.

Los experimentos han demostrado que ya en los primeros milímetros de sedimento se produce una alineación de las partículas de arcilla. «Las partículas adoptan una determinada orientación muy pronto, es decir, en la capa límite entre el agua y el sedimento. Esta alineación aumenta aún más en los primeros milímetros de sedimento», explica Kühn.

«Esto fue sorprendente porque una hipótesis común sobre la alineación de las partículas de arcilla está determinada principalmente por el sedimento que se encuentra sobre ellas, que tiene muchos metros de espesor», dice Stipp. Los datos generados por el grupo de Halle contradicen o, al menos, amplían esta hipótesis.

Comprender la alineación de las partículas de arcilla es importante para muchas aplicaciones. «Por ejemplo, influye en la difusión y las propiedades térmicas de las arcillas y las arcillositas. Estas propiedades son relevantes para la energía geotérmica, así como para las rocas huésped en los depósitos de residuos nucleares», afirma Kühn.

Más información: Rebecca Kuehn et al., Clay arrangement takes place during early positions of sedimentation, Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01866-x