Carbonates

Los carbonatos son fases minerales muy abundantes en la corteza terrestre, y desempeñan un papel clave en la evolución del clima y de la vida en la Tierra.

Palabras clave

biomineralización, Carbonatos, conservación de monumentos, geoquímica, paleoclima y cambio climático,

Resumen científico

Nuestro objetivo es avanzar en el estudio de los procesos bióticos y abióticos de formación y alteración de carbonatos integrando líneas de investigación complementarias.

Esta UCE “Carbonates: from biominerlization and earth’s climate evolution to CO2 capture and built heritage conservation” plantea avanzar la investigación que en los últimos años vienen desarrollando sus diferentes miembros y que se ha centrado en el análisis de la precipitación/disolución tanto biótica (biominerales y fósiles) como abiótica (química) de los carbonatos y sus implicaciones/aplicaciones en múltiples aspectos biológicos, paleontológicos, geoquímicos, mineralógicos, cristalográficos, químicos, climatológico-ambientales, biomédicos e histórico-artísticos.

Los carbonatos (por ejemplo: calcita, aragonito y dolomita) son fases minerales muy abundantes en la corteza terrestre (> 17 % de las rocas de la superficie continental), y desempeñan un papel clave en la evolución del clima y de la vida en la Tierra. En su formación intervienen diversos organismos tanto procariotas (bacterias) como eucariotas (por ejemplo: foraminíferos y moluscos) que, una vez acumulados en cuencas sedimentarias y fosilizados, fijan de forma estable el CO2 atmosférico como mineral. El estudio de tales organismos formadores de biominerales de CaCO3 y de los procesos de biomineralización permite conocer la evolución de las diversas especies que aparecen en el registro fósil y del clima en tiempos geológicos pasados y predecir su evolución futura. Esto es clave para aplicar medidas que reduzcan la concentración de CO2 atmosférico actual y el consiguiente efecto invernadero mediante su fijación como carbonatos. El estudio de la formación y disolución de estas fases minerales está demostrando que, en contra de lo pensado en los últimos 100 años, ésta ocurre de forma no-clásica mediante precursores amorfos. Tal conocimiento permite diseñar nuevas rutas para la fabricación de nuevos materiales funcionales: desde implantes osteoinductivos hasta materiales opto-electrónicos. Además, el carbonato cálcico es el principal componente de calizas y mármoles, rocas ornamentales que sufren procesos de degradación (el llamado mal de la piedra) que hacen peligrar el futuro de numerosos edificios históricos y obras de arte. El estudio de la alteración de los carbonatos permite diseñar nuevos métodos de protección y conservación del patrimonio histórico-artístico mediante, por ejemplo, biomineralización bacteriana de CaCO3, método patentado por nuestro equipo.

Nuestro objetivo es avanzar en el estudio de los procesos bióticos y abióticos de formación y alteración de carbonatos integrando líneas de investigación complementarias, lo que ayudará a que la UGR sea un referente internacional en este campo. Para ello se desarrollarán los siguientes retos investigadores:

1 Comprender mejor los procesos mediante los cuales los organismos regulan la precipitación de minerales con una cristalinidad y nano-microestructura controlada.
2 Reducción de las emisiones de CO2 mediante su captura y almacenamiento como carbonatos.
3 Analizar cambios en el sistema climático asociados a variaciones en las condiciones ambientales (temperatura, oxigenación, nutrientes) que influyen en la biota generadora de trazas fósiles.
4 Conservación del patrimonio histórico y cultural mediante nuevos métodos biomiméticos y de biomineralización (bacteriana).

Desde el año 2010, los componentes de esta UCE han publicado 300 artículos científicos en revistas JCR, han recibido 8118 citas (según la base de datos Scopus), han participado en 56 proyectos (nacionales e internacionales) con una financiación que supera los 5 M de euros y han publicado 3 patentes en explotación.

Investigadores de la Unidad

Desde el año 2010, los componentes de esta UCE han publicado 300 artículos científicos en revistas JCR, han recibido 8118 citas, han participado en 56 proyectos (nacionales e internacionales) y han publicado 3 patentes en explotación.

Carlos Manuel Rodríguez Navarro

Investigador principal de la unidad

Departamento de Mineralogía y Petrología

carlosrn@ugr.es

Researcher ID / Google Scholar / ORCID

Sobre Carlos Manuel Rodríguez Navarro

Doctor en Ciencias Geológicas (1994) por la Universidad de Granada (UGR). Becario posdoctoral (MEC, 1995 y 1996) y Research Fellow (1997 y 1998) en el Getty Conservation Institute (J. Paul Getty Trust, EEUU). Catedrático de Cristalografía y Mineralogía, desde 2007, en el Dpto. de Mineralogía y Petrología de la UGR. Actividad investigadora centrada en el estudio de la alteración y conservación de materiales de uso en el Patrimonio Histórico-Artístico. Ha dirigido y/o participado en numerosos proyectos nacionales (21) e internacionales (2 UE y 6 EE.UU), ha publicado más de 150 trabajos (78 JCR; H-index: 27) y 3 patentes, y ha presentado más de 55 comunicaciones en congresos, muchas de ellas como ponente invitado. Es Editor-in-Chief de la revista European Journal of Mineralogy y Associate Editor de las revistas Journal Cultural Heritage y Restoration of Building and Monuments. Ha dirigido 6 tesis doctorales y actualmente dirige una línea de investigación sobre geoquímica (alteración de minerales y carbonatación) y materiales biomiméticos/nanoestructurados (aplicaciones en la alteración y conservación del Patrimonio Histórico-Artístico).

Andrew Putnis

Investigador asociado

Universidad de Curtin (Australia)

George W. Scherer

Investigador asociado

Universidad de Princeton (EE.UU)

Helmuth Cölfen

Investigador asociado

Universidad de Constanza (Alemania)

Miriam Kastner

Investigador asociado

Scripps Institution of Oceanography - Universidad de California, San Diego (EE.UU)

Judith McKenzie

Investigador asociado

ETH Zurich (Suiza)

Adina Paytan

Investigador asociado

Universidad California Santa Cruz (EE.UU)

Katarzyna Berent

Investigador asociado

Universidad AGH de Cracovia (Polonia)

Elizabeth Harper

Investigador asociado

Universidad de Cambridge (Reino Unido)

Alfred Uchmann

Investigador asociado

Jagiellonian University de Cracovia (Polonia)

Andrés Pardo

Investigador asociado

Universidad de Caldas (Colombia)

Nelson Lagos

Investigador asociado

Universidad Santo Tomás (Chile)

Maxwell Hincke

Investigador asociado

Universidad Ottawa (Canadá)

Personal de la Unidad

Principales contribuciones

Se ha centrado en el análisis de la precipitación/disolución tanto biótica (biominerales y fósiles) como abiótica (química) de los carbonatos y sus implicaciones/aplicaciones en múltiples aspectos.

Referencia bibliográfica de las principales publicaciones

Ruiz-Agudo, E., Putnis, C. V., Rodriguez-Navarro, C., & Putnis, A. (2012). Mechanism of leached layer formation during chemical weathering of silicate minerals. Geology, 40(10), 947-950.
Finlayson, C., Pacheco, F. G., Rodríguez-Vidal, J., Fa, D. A., López, J. M. G., Pérez, A. S., Carrión, J. S.  Fernández Jalvo, Y.i,  Gleed-Owen, C.P.j,  Jimenez Espejo, F.,  López, P.,  López Sáez, A., Riquelme Cantal, A.,  Sánchez Marco, A.,  Giles Guzman, F.,  Brown, K.,  Fuentes, N.,  Valarino, C.A.,  Villalpando, A.,  Stringer, C.B.,  Martinez-Ruiz, F., & Sakamoto, T. (2006). Late survival of Neanderthals at the southernmost extreme of Europe. Nature, 443(7113), 850-853.
Checa, A. G., Cartwright, J. H., & Willinger, M. G. (2009). The key role of the surface membrane in why gastropod nacre grows in towers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(1), 38-43.
Jimenez-Lopez C., Rodriguez-Navarro C., Rodriguez-Navarro A., Perez-Gonzalez T., Bazylinski D.A., Lauer H., & Romanek C.S.  (2012) Signatures in magnetites formed by (Ca,Mg,Fe)CO3 thermal decomposition: Terrestrial and extraterrestrial implications.  Geochimica et Cosmochimica Acta (87) 69-80.
Rodríguez-Tovar, F.J. (2014). Orbital Climate Cycles in the Fossil Record: From Semidiurnal to Million-Year Biotic Responses.: Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 42: 69-102.

Proyectos y/o contratos más relevantes

Mechanisms of mineral replacement reactions. European Commission. Marie Curie Initial Training Networks (ITN), VIIth Framework. Coordinator: Prof. Dr. Andrew Putnis (Münster Univesity); Coordinador Universidad de Granada: Dr. C. Rodríguez Navarro

Septiembre 2008  – Septiembre 2012 Financiacón: Total 3.100.000 euros; Universidad de Granada: 310.000 euros
Sensibilidad del registro geoquímico marino a los impactos del cambio climático en el Mediterráneo: escenarios de variabilidad climática pasada y respuestas futuras. Ministerio de Economía y Competitividad,CGL2015-66830-R

DESDE: enero 2016          HASTA: diciembre 2018 FINANCIACIÓN: 121.000 euros + 1 contrato FPI
BIOMINERALIZACION EN MOLUSCOS: CRISTALOGRAFIA, ORGANIZACION Y EVOLUCION DE MICROESTRUCTURAS. NANOESTRUCTURA Y CRECIMIENTO DE BIOCRISTALES. ENTIDAD FINANCIADORA: Ministerio Economía y Competitividad, CGL2013-48247-P. IP Antonio G. Checa González

Fecha Inicio 01/01/2014; Fecha Fin 31/12/2017  Presupuesto 108.900 euros
Cambios bruscos y prolongados en el ecosistema, parámetros de control e indicadores bióticos/abióticos: El registro icnológico en el análisis de variaciones paleo-ambientales. CGL2015-66835-P. Ministerio de Economía y Competitividad.Universidad de Granada. Dr. Francisco Javier Rodríguez Tovar

Desde: 01/01/2016                 hasta: 31/12/2019  Financiación: 107.800 euros

 
CGL2013-46612. Crecimiento biomimético de nanomagnetitas. Aplicaciones en Astrobiología y Nanotecnología. Ministerio de Economía y Competitividad.. Universidad de Granada, Iowa State University, Universidad de Nevada-Las Vegas. Concepción Jiménez López

Desde: Enero de 2014        hasta: Junio de 2017 Financiación:      90.750 euros

 

Otras contribuciones (Patentes, productos, etc...)

PATENTES

Gozález-Muñoz, M.T., Rodriguez-Navarro, C., Jimenez-Lopez, C., Rodriguez-Gallego, M., Method and product for protecting and reinforcing construction and ornamental materials. España. 19 julio 2006. Universidad de Granada. KBYO SL

 
Bermejo, M.A., Rodriguez-Navarro, C., Ruiz-Agudo, E. & Elert, K. CO2-capturing binder, production method thereof based on the selection, purification and optimisation of carbide lime, and agglomerates having an environmental activity. EEUU. 4 de Mayo 2010. TRENZAMETAL S.L.

 

Programas informáticos

XRD2DScan: A software tool for analyzing two dimensional X-ray diffraction patterns of polycrystalline materials. 84-690-0137-X. (2006).  PANalytical BV (Países Bajos).