Contenido
- ¿Qué es la piedra caliza?
- ¿Cómo se forma la piedra caliza?
- Formación de dolomita a partir de piedra caliza
- Otros tipos de roca carbonatada
- Minería de rocas carbonatadas
- Usos de la piedra caliza
- La escasez de cemento Portland
- Fuentes de piedra caliza en el futuro
- Patrones de producción de piedra caliza
- Algunos problemas en la minería de piedra caliza
- La necesidad de comprender un recurso esencial
- Consumo industrial estadounidense de piedra caliza
Productos elaborados con piedra caliza: La piedra caliza es un producto mineral esencial de importancia nacional. En esta fotografía se muestran algunos de los muchos productos hechos con piedra caliza: cereales para el desayuno, pintura, píldoras de suplementos de calcio, una mesa de mármol, tabletas antiácidas, papel de alta calidad, gránulos blancos para techos y cemento Portland. (Fotografía del USGS; el uso de nombres comerciales, de empresas o de productos es solo para fines descriptivos y no implica aprobación por parte del gobierno de EE. UU.)
Piedra caliza de Indiana en el Edificio Apex: Muchos edificios en la capital de las Naciones están cubiertos de piedra caliza. El Edificio Apex / Comisión Federal de Comercio tiene un exterior superior de piedra caliza de Indiana. (Fotografía del USGS).
¿Qué es la piedra caliza?
"Piedra caliza" significa cualquier roca formada principalmente de carbonato de calcio (CaCO3), pero para los geólogos, la piedra caliza es solo uno de varios tipos de "rocas de carbonato". Estas rocas están compuestas por más del 50% de minerales de carbonato, generalmente los minerales calcita (CaCO puro3) o dolomita (carbonato de calcio y magnesio, CaMg2) o ambos.
¿Cómo se forma la piedra caliza?
La mayoría de las rocas carbonatadas se depositaron del agua de mar. Estas rocas de carbonato sedimentario son comunes en todos los continentes y se han formado durante la mayor parte de la historia geológica; Todavía se están formando hoy en los trópicos como arrecifes de coral y en los fondos de mares poco profundos.
La piedra caliza marina se forma porque el agua de mar tiene altas concentraciones de dos químicos disueltos clave: calcio (Ca++) y bicarbonato (HCO3-) iones. En la capa cercana a la superficie de la mayoría de los océanos, los corales, las almejas y otras criaturas que viven en el mar usan estos dos productos químicos para hacer conchas protectoras combinándolos para formar calcita o "aragonita", que es la misma composición química que la calcita pero tiene un Diferente forma de cristal.
Sumidero en Winter Park, Florida: Grandes volúmenes de piedra caliza pueden ser disueltos y arrastrados por las aguas superficiales y subterráneas. Esto crea cuevas, como las Cavernas de Carlsbad en Nuevo México (foto a continuación). En climas húmedos, la formación de cuevas es especialmente común, y pueden desarrollarse sumideros donde colapsan los techos de las cuevas. Un sumidero de unos 240 pies a nivel del suelo se abrió en 1981 en Winter Park, Florida, cuando se derrumbó el techo de una cueva de piedra caliza subyacente. La cueva y el sumidero se encuentran en la Formación Cypresshead, que es un acuífero importante en el centro de Florida. En los acuíferos de piedra caliza cavernosa, los contaminantes en el agua subterránea se mueven mucho más rápido que en otros tipos de rocas, por lo que las canteras en esas áreas son preocupaciones especiales. (Fotografía del USGS).
Formación de dolomita a partir de piedra caliza
Algunas calizas han sido cambiadas por la introducción de magnesio en las aguas subterráneas. El magnesio en el agua subterránea puede convertir parte o la totalidad de la calcita en la piedra caliza en dolomita. Además, algunas rocas formadas cerca de las costas de los antiguos mares en climas áridos eran en su mayoría dolomitas en el momento en que se depositaron.
Cueva de piedra caliza: Las estalactitas cuelgan del techo, y las estalagmitas se elevan del piso de las Cavernas de Carlsbad, Nuevo México, dentro de piedra caliza de 260 millones de años. (Fotografía del Servicio de Parques Nacionales).
Otros tipos de roca carbonatada
La piedra caliza viene en muchas variedades diferentes. La tiza es una piedra caliza marina porosa de grano muy fino compuesta casi en su totalidad por fósiles microscópicos. El travertino es una piedra caliza sedimentaria de agua dulce que tiene capas crenuladas muy delgadas y se forma comúnmente en manantiales. El mármol es una roca de carbonato, generalmente una piedra caliza marina, que se ha exprimido y deformado como el plástico por un gran calor y presión debajo de la superficie de la Tierra. Este proceso se llama "metamorfismo". También hay rocas de carbonato "ígneas" raras que se han cristalizado del magma fundido de la misma manera que las lavas o los granitos. Estos se llaman "carbonatitas", y este tipo de roca se extrae en algunos lugares del mundo como piedra caliza industrial.
Minería de rocas carbonatadas
Los depósitos de piedra caliza sedimentaria pueden ser extensos, cubrir cientos de millas cuadradas y pueden ser relativamente uniformes en grosor y calidad. Por lo tanto, las canteras de piedra caliza pueden ser grandes y de larga vida, extrayendo capas de piedra caliza que pueden tener cientos de pies de espesor en áreas de varias millas cuadradas. Muchas canteras producen múltiples productos, y las rocas trituradas que no son lo suficientemente puras para ciertos usos aún pueden ser adecuadas como agregado de carreteras. Las canteras de mármol también pueden ser muy grandes. Sin embargo, estas rocas que alguna vez fueron asentadas regularmente se han transformado en cuerpos de forma irregular que son más difíciles y costosos de extraer.
En grandes partes de los Estados Unidos hay grandes depósitos de piedra caliza marina de varias edades, desde unos pocos miles hasta más de 350 millones de años. Algunos depósitos tienen grados químicos de hasta 95% de CaCO3. Sin embargo, algunas áreas están completamente sin depósitos de piedra caliza adecuados. La mayor parte del costo de la piedra caliza para el cliente está determinada por lo lejos que viene y cómo se envía. El envío por barcaza en el agua es más barato que en tren, lo que a su vez es más barato que el envío en camión.
Usos de la piedra caliza
La piedra caliza tiene muchos usos industriales y se puede usar como extraída o procesada en una amplia variedad de productos. Es la materia prima para una gran variedad de materiales de construcción, agrícolas, ambientales e industriales.
La piedra caliza se utiliza en la construcción en casi todas partes. En 2007, la piedra caliza triturada era el 68% de toda la roca triturada producida en los Estados Unidos. Además, la piedra caliza es el ingrediente clave en la fabricación de cemento Portland. A pesar de la abundancia de piedra caliza de nuestras naciones, ha habido escasez de cemento en los últimos años.
Algunas de las calizas naturales más puras son las canicas. Durante siglos, el mármol ha sido la piedra decorativa preferida en edificios gubernamentales y estatuas públicas. El travertino también se usa como piedra de dimensión en azulejos y tableros de mesa. Algunas calizas blancas simplemente se trituran y tamizan para su uso en paisajismo y techado.
La piedra caliza en polvo se utiliza para eliminar impurezas de metales fundidos como el acero. También puede eliminar compuestos tóxicos del escape de las centrales eléctricas que queman carbón. La piedra caliza se utiliza como relleno en una variedad de productos, incluidos papel, plástico y pintura. La piedra caliza más pura se utiliza incluso en alimentos y medicamentos, como cereales para el desayuno y píldoras de calcio.
La piedra caliza también es la materia prima para hacer cal (CaO) que se usa para tratar suelos, purificar agua y fundir cobre. La cal tiene muchos usos adicionales en las industrias químicas.
Las dolomitas son comúnmente menos adecuadas que otras calizas industriales para la mayoría de las aplicaciones. La mayor parte de la dolomita que se extrae es simplemente triturada y tamizada para su uso como agregado en concreto o asfalto.
La escasez de cemento Portland
El cemento Portland es uno de los productos más importantes hechos de piedra caliza. Es esencial en muchas aplicaciones de construcción. Estados Unidos no es autosuficiente en cemento y debe importarlo de otros países para compensar las deficiencias. Las importaciones de clinker (el producto del primer paso en la fabricación de cemento) y el cemento acabado representaron aproximadamente el 23% de las ventas totales de cemento de EE. UU. En 2006. En los años anteriores a 2007, el cemento Portland era muy escaso en la nación. La competencia de otros países, un sistema de transporte oceánico inadecuado y los requisitos de espacio de carga subestimados fueron algunas de las causas.
Cuando el cemento Portland era muy escaso, su precio aumentó significativamente. Los consumidores buscaron sustitutos. Utilizaron madera tratada a presión, acero aislado y poliestireno en los paneles, e incluso rediseñaron los pies de página de los edificios para reducir la cantidad de cemento necesaria. La escasez de cemento también causó demoras en la construcción que resultaron en un aumento de los costos de carreteras, puentes y edificios.
Fuentes de piedra caliza en el futuro
Establecer nuevas canteras de piedra caliza y plantas de cemento en los Estados Unidos es un proceso lento, y la escasez de suministros requiere tiempo para corregirse. Se tarda unos 2 años en construir una nueva planta de cemento, y el proceso de obtención de permisos puede llevar mucho más tiempo, de 8 a 10 años. Quizás un problema aún más desafiante es que las personas pueden no recibir nuevas canteras y plantas en su área. A pesar de estos obstáculos, muchas empresas de cemento de EE. UU. Están en proceso de expandir y modernizar sus operaciones.
Cuando el crecimiento urbano absorbe un área de roca adecuada y explotable o cuando la legislación o la zonificación prohíben la extracción, el resultado se denomina "esterilización de recursos". La piedra caliza es un material de importancia nacional, y la esterilización de los recursos puede resultar en un mayor recorrido a un costo más alto desde la cantera hasta el cliente.
Patrones de producción de piedra caliza
La mayor parte de la piedra caliza que se extrae es triturada para el agregado. La mayoría de la producción de piedra triturada de EE. UU. Proviene de piedra caliza durante al menos los últimos 40 años. Esto es cierto a pesar de que las rocas carbonatadas son solo del 25 al 35% de las rocas en la superficie.
Las operaciones de piedra triturada en los Estados Unidos han disminuido en número, con una pérdida de alrededor del 20% por década desde 1971. Sin embargo, desde 2001 hasta 2006, la producción total anual de piedra caliza en los Estados Unidos aumentó de acuerdo con los resúmenes de productos minerales del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), por lo que el tamaño promedio de un La cantera está aumentando. En otras partes del mundo, la nueva producción proviene principalmente de unas pocas canteras muy grandes. A pesar del aumento de la producción en los EE. UU., La nación estaba importando más y más de sus productos de piedra caliza hasta la reciente recesión en la construcción. Estas importaciones provienen principalmente de Canadá, México y China. Con menos canteras, la distancia de transporte promedio aumentará, y los precios de la piedra caliza probablemente aumentarán una vez más.
Algunos problemas en la minería de piedra caliza
La piedra caliza se extrae con mayor frecuencia de una cantera. Sin embargo, las minas subterráneas de piedra caliza se encuentran en lugares en el centro y este de los Estados Unidos, especialmente en y cerca de las ciudades. La extracción subterránea de piedra caliza tiene algunas ventajas sobre la extracción de superficie y probablemente aumentará en el futuro. Las preocupaciones públicas típicas sobre la extracción de piedra caliza incluyen polvo, ruido, vibraciones de voladuras y tráfico de camiones y otros asociados con las operaciones de canteras.
Algunas calizas también son acuíferos, es decir, son unidades de roca que pueden producir agua en los pozos. Donde la piedra caliza es un acuífero, puede haber preocupaciones de que los contaminantes de las operaciones de extracción puedan escapar al agua subterránea.
En muchas áreas de los Estados Unidos donde se encuentra piedra caliza, se disuelve gradualmente en agua de lluvia en la superficie o en el agua subterránea cercana a la superficie. En climas húmedos, grandes volúmenes de piedra caliza se disuelven y se llevan al agua. Esto crea cuevas y pueden desarrollarse sumideros donde colapsan los techos de las cuevas. En los acuíferos de piedra caliza cavernosa, los contaminantes en el agua subterránea se mueven mucho más rápido que en otros tipos de rocas, por lo que las canteras en esas áreas son preocupaciones especiales.
La necesidad de comprender un recurso esencial
La piedra caliza se encuentra entre los recursos más esenciales de nuestras naciones. Nuestra comprensión de ese recurso como mineral industrial es pobre dada su importancia para nuestra economía. Debido a que la piedra caliza ha sido considerada como una roca "común", la investigación geológica anterior tenía un alcance limitado. En el pasado, la mayoría de las investigaciones del USGS sobre piedra caliza se han centrado en cartografiar depósitos, así como en comprender su papel como acuíferos y depósitos de petróleo. Sin embargo, se necesitan diferentes datos para caracterizar la piedra caliza adecuada para la construcción y otras industrias. Las rocas carbonatadas deben cumplir con los requisitos de pureza química que varían según el uso previsto. Algunos usos requieren que la piedra caliza también tenga ciertas propiedades de ingeniería favorables. Están aumentando los estándares y requisitos para el uso de la piedra caliza, y se necesita una mayor comprensión de las características, la variabilidad y las propiedades de ingeniería de la piedra caliza.
La piedra caliza se encuentra entre los recursos más esenciales de nuestras naciones. Nuestra comprensión de ese recurso como mineral industrial es pobre dada su importancia para nuestra economía. Debido a que la piedra caliza ha sido considerada como una roca "común", la investigación geológica anterior tenía un alcance limitado. En el pasado, la mayoría de las investigaciones del USGS sobre piedra caliza se han centrado en cartografiar depósitos, así como en comprender su papel como acuíferos y depósitos de petróleo. Sin embargo, se necesitan diferentes datos para caracterizar la piedra caliza adecuada para la construcción y otras industrias. Las rocas carbonatadas deben cumplir con los requisitos de pureza química que varían según el uso previsto. Algunos usos requieren que la piedra caliza también tenga ciertas propiedades de ingeniería favorables. Están aumentando los estándares y requisitos para el uso de la piedra caliza, y se necesita una mayor comprensión de las características, la variabilidad y las propiedades de ingeniería de la piedra caliza.
Consumo industrial estadounidense de piedra caliza
Los límites geológicos y económicos ciertamente afectarán los suministros futuros de piedra caliza. Estados Unidos actualmente consume entre 5 y 10% de la producción mundial de piedra caliza industrial. En 2007, la producción nacional de piedra caliza industrial fue de aproximadamente 1.300 millones de toneladas métricas, valorada en más de 25.000 millones de dólares. En el mismo año, la nación importó alrededor de 430,000 toneladas métricas de piedra caliza industrial y productos de piedra caliza, valorados en alrededor de $ 2.2 mil millones. La mayoría de estas importaciones fueron cemento Portland.
Cumplir con el desafío de satisfacer las necesidades de América de productos minerales esenciales como la piedra caliza industrial requiere datos científicos precisos e imparciales. El trabajo en curso de los científicos con el Programa de Recursos Minerales del USGS proporciona la información crucial para la creación de políticas sólidas que ayudarán a asegurar el suministro futuro de recursos minerales.