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Dunas de arena en Idehan Ubari , Libia.
Representación de arena de vidrio, arena de dunas, arena de cuarzo, arena volcánica, arena de coral, arena granate y arena olivina. Las muestras proceden de Mongolia, Estonia, Hawái y el territorio continental de EE. UU. (1 x 1 cm cada una) [1]

La arena es un material granular compuesto de roca finamente dividida y partículas minerales . La arena tiene varias composiciones pero se define por su tamaño de grano. Los granos de arena son más pequeños que la grava y más gruesos que el limo . La arena también puede referirse a una clase de textura de suelo o tipo de suelo; es decir, un suelo que contiene más del 85 por ciento de partículas del tamaño de arena en masa. [2]

La composición de la arena varía, dependiendo de las fuentes y condiciones de las rocas locales, pero el constituyente más común de la arena en entornos continentales y costeros no tropicales es la sílice (dióxido de silicio o SiO 2 ), generalmente en forma de cuarzo .

El carbonato de calcio es el segundo tipo de arena más común, por ejemplo, la aragonita , que en su mayoría ha sido creada, durante los últimos 500  millones de años, por diversas formas de vida, como los corales y los mariscos . Por ejemplo, es la forma primaria de arena aparente en áreas donde los arrecifes han dominado el ecosistema durante millones de años como el Caribe . Algo más raramente, la arena puede estar compuesta de sulfato de calcio , como yeso y selenita , como se encuentra en lugares como el Parque Nacional White Sands y el Refugio Nacional de Vida Silvestre Salt Plains en los EE. UU.

La arena es un recurso no renovable en escalas de tiempo humanas, y la arena adecuada para hacer hormigón tiene una gran demanda. [3] La arena del desierto, aunque abundante, no es adecuada para el hormigón. Cada año se utilizan 50 mil millones de toneladas de arena de playa y arena fósil para la construcción. [4]

Composición

Minerales pesados ​​(oscuros) en la arena de una playa de cuarzo ( Chennai , India).
Arena del Parque Estatal Coral Pink Sand Dunes , Utah . Se trata de granos de cuarzo con una capa de hematita que proporciona el color naranja.
Arena de Pismo Beach, California . Los componentes son principalmente cuarzo , pedernal , roca ígnea y fragmentos de concha.
Caída de partículas de arena.

La definición exacta de arena varía. El sistema científico de clasificación de suelos unificado utilizado en ingeniería y geología corresponde a los tamices estándar de EE. UU. Y define la arena como partículas con un diámetro de entre 0,074 y 4,75 milímetros. [5] Según otra definición, en términos de tamaño de partícula utilizado por los geólogos , las partículas de arena varían en diámetro desde 0.0625 mm (o 116  mm) un volumen de aproximadamente 0.00012 milímetros cúbicos, a 2 mm, un volumen de aproximadamente 4.2 milímetros, la diferencia de volúmenes es de 34.688 medidas de diferencia. [6] Cualquier partícula que se encuentre dentro de este rango de tamaños se denomina grano de arena.. Los granos de arena se encuentran entre la grava (con partículas que van desde 2 mm hasta 64 mm en el último sistema, y ​​desde 4,75 mm hasta 75 mm en el primero) y limo (partículas menores de 0,0625 mm hasta 0,004 mm). La especificación de tamaño entre la arena y la grava se ha mantenido constante durante más de un siglo, pero los diámetros de partículas tan pequeños como 0.02 mm se consideraron arena según el estándar de Albert Atterberg en uso a principios del siglo XX. Los granos de arena en The Sand Reckoner de Arquímedes , escrito alrededor del 240 a. C., tenían 0,02 mm de diámetro. Una especificación de 1938 del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos era de 0,05 mm. [7]Un estándar de ingeniería de 1953 publicado por la Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte estableció el tamaño mínimo de arena en 0.074 mm. La arena se siente arenosa cuando se frota entre los dedos. El limo , en comparación, se siente como harina .

ISO 14688 clasifica las arenas como fina, media y gruesa con rangos de 0.063 mm a 0.2 mm a 0.63 mm a 2.0 mm. En los Estados Unidos, la arena se divide comúnmente en cinco subcategorías según el tamaño: arena muy fina ( 116 - 18  mm de diámetro), arena fina ( 18  mm - 14  mm), arena media ( 14  mm - 12  mm), arena gruesa ( 12  mm - 1 mm) y arena muy gruesa (1 mm - 2 mm). Estos tamaños se basan en la escala phi de Krumbein , donde el tamaño en Φ = -log 2D; Siendo D el tamaño de partícula en mm. En esta escala, para la arena, el valor de Φ varía de -1 a +4, con las divisiones entre subcategorías en números enteros.

Cerca de arena volcánica negra de Perissa, Santorini , Grecia

El constituyente más común de la arena, en entornos continentales interiores y entornos costeros no tropicales, es la sílice (dióxido de silicio o SiO 2 ), generalmente en forma de cuarzo , que, debido a su inercia química y considerable dureza, es el más mineral común resistente a la intemperie .

La composición de la arena mineral es muy variable, dependiendo de las fuentes y condiciones de las rocas locales. Las arenas blancas brillantes que se encuentran en los entornos costeros tropicales y subtropicales son piedra caliza erosionada y pueden contener fragmentos de coral y conchas además de otros materiales fragmentarios orgánicos u orgánicos, lo que sugiere que la formación de arena también depende de los organismos vivos. [8] Las dunas de yeso del Parque Nacional White Sands en Nuevo México son famosas por su color blanco brillante. Arkose es una arena o arenisca con considerablecontenido de feldespato , derivado de la meteorización y la erosión de un afloramiento de roca granítica (generalmente cerca) . Algunas arenas contienen magnetita , clorita , glauconita o yeso . Las arenas ricas en magnetita son de color oscuro a negro, al igual que las arenas derivadas de basaltos volcánicos y obsidiana . Las arenas que contienen clorita y glauconita son típicamente de color verde, al igual que las arenas derivadas de lava basáltica con un alto contenido de olivino . Muchas arenas, especialmente las que se encuentran extensamente enEl sur de Europa , tiene impurezas de hierro dentro de los cristales de cuarzo de la arena, lo que le da un color amarillo intenso. Los depósitos de arena en algunas áreas contienen granates y otros minerales resistentes, incluidas algunas pequeñas piedras preciosas .

Fuentes

Las rocas se erosionan o meteorizan durante un largo período de tiempo, principalmente por el agua y el viento, y sus sedimentos se transportan río abajo. Estos sedimentos continúan rompiéndose en pedazos más pequeños hasta que se convierten en finos granos de arena. El tipo de roca de la que se originó el sedimento y la intensidad del entorno dan lugar a diferentes composiciones de arena. La roca más común para formar arena es el granito , donde los minerales de feldespato se disuelven más rápido que el cuarzo., haciendo que la roca se rompa en pedazos pequeños. En entornos de alta energía, las rocas se rompen mucho más rápido que en entornos más tranquilos. En las rocas de granito, esto da como resultado más minerales de feldespato en la arena porque no tienen tanto tiempo para disolverse. El término para la arena formada por la intemperie es "epiclástica". [9]

La arena de los ríos se recolecta del propio río o de su llanura aluvial y representa la mayor parte de la arena utilizada en la industria de la construcción. Debido a esto, muchos ríos pequeños se han agotado, causando preocupación ambiental y pérdidas económicas a las tierras adyacentes. La tasa de extracción de arena en tales áreas supera en gran medida la tasa que la arena puede reponer, lo que la convierte en un recurso no renovable. [10]

Las dunas de arena son una consecuencia de las condiciones secas o la deposición del viento. El desierto del Sahara es muy seco debido a su ubicación geográfica y proximidad al ecuador . Es conocido por sus vastas dunas de arena, que existen principalmente debido a la falta de vegetación y agua. Con el tiempo, el viento arrastra partículas finas, como arcilla y materia orgánica muerta, dejando solo arena y rocas más grandes. Solo el 15% del Sahara son dunas de arena, mientras que el 70% es roca desnuda. [11] El viento es responsable de crear estos entornos diferentes y de dar forma a la arena para que sea redonda y suave. Estas propiedades hacen que la arena del desierto sea inutilizable para la construcción. [12]

La arena de la playa también está formada por erosión. Durante miles de años, las rocas se erosionan cerca de la costa por el movimiento constante de las olas y los sedimentos se acumulan. La meteorización y la deposición del río también aceleran el proceso de creación de una playa, junto con los animales marinos que interactúan con las rocas, como comerse las algas de ellas. Una vez que hay suficiente arena, la playa actúa como una barrera para evitar que la tierra se erosione más. Esta arena es ideal para la construcción ya que es angular y de varios tamaños. [13]

La arena marina (o arena del océano) proviene de los sedimentos transportados al océano y de la erosión de las rocas oceánicas. El grosor de la capa de arena varía, sin embargo, es común tener más arena más cerca de la tierra; este tipo de arena es ideal para la construcción y es un bien muy valioso. Europa es la principal minera de arena marina, que daña enormemente los ecosistemas y las pesquerías locales. [10]

Estudiar

Micrografía electrónica de barrido que muestra granos de arena
Granos de arena picados del desierto occidental , Egipto. Las picaduras son una consecuencia del transporte del viento.

El estudio de granos individuales puede revelar mucha información histórica sobre el origen y tipo de transporte del grano. [14] La arena de cuarzo que se haya desgastado recientemente a partir de cristales de granito o de cuarzo gneis será angular. Se llama grus en geología o arena afilada en el sector de la construcción, donde se prefiere para el hormigón, y en jardinería, donde se utiliza como enmienda del suelo para aflojar los suelos arcillosos. La arena que sea transportada a largas distancias por el agua o el viento será redondeada, con patrones de abrasión característicos en la superficie del grano. La arena del desierto es típicamente redondeada.

Las personas que recolectan arena como pasatiempo se conocen como arenófilos . Los organismos que prosperan en ambientes arenosos son psamófilos. [15]

Usos

Granos de arena de arena de construcción amarilla. Microscopio Lumam P-8. Iluminación EPI. La foto de cada grano de arena es el resultado de un apilamiento multifocal .
  • Abrasión : Antes del papel de lija, la arena húmeda se usaba como elemento abrasivo entre los dispositivos giratorios con superficie elástica y materiales duros como piedra muy dura (fabricación de jarrones de piedra) o metal (eliminación de manchas viejas antes de volver a teñir ollas de cobre).
  • Agricultura : Los suelos arenosos son ideales para cultivos como sandía, melocotón y maní, y sus excelentes características de drenaje los hacen aptos para la ganadería intensiva.
  • Filtración de aire : las partículas de arena más finas mezcladas con tela se usaban comúnmente en ciertos diseños de filtros de máscara de gas , pero en gran parte han sido reemplazadas por microfibras .
  • Acuarios : la arena hace un material de base de acuario de bajo costo que algunos creen que es mejor que la grava para uso doméstico. También es una necesidad para los tanques de arrecifes de agua salada , que emulan ambientes compuestos en gran parte por arena de aragonita descompuesta de corales y mariscos .
  • Arrecifes artificiales : la arena en bolsas de geotextil puede servir como base para nuevos arrecifes.
  • Islas artificiales en el Golfo Pérsico .
  • Nutrición de la playa : los gobiernos mueven arena a las playas donde las mareas, las tormentas o los cambios deliberados en la costa erosionan la arena original. [dieciséis]
  • Ladrillo : las plantas de fabricación agregan arena a una mezcla de arcilla y otros materiales para fabricar ladrillos. [17]
  • Mazorca : La arena gruesa constituye hasta el 75% de la mazorca.
  • Concreto : la arena es a menudo un componente principal de este material de construcción crítico.
  • Vidrio : La arena rica en sílice es el componente principal de los vidrios comunes.
  • Fracturamiento hidráulico : una técnica de perforación para gas natural, que utiliza arena de sílice redondeada como "apuntalante", un material para mantener abiertas las grietas que son causadas por el proceso de fracturamiento hidráulico.
  • Paisajismo: La arena forma pequeñas colinas y pendientes (los campos de golf serían un ejemplo).
  • Mortero : La arena se mezcla con cemento de mampostería o cemento Portland y cal para usarse en la construcción de mampostería.
  • Pintura : Mezclar arena con pintura produce un acabado texturizado para paredes y techos o superficies de pisos antideslizantes.
  • Ferrocarriles: los conductores de motores y los operadores de transporte ferroviario utilizan arena para mejorar la tracción de las ruedas en los rieles.
  • Recreación: Jugar con arena es una de las actividades favoritas en la playa. Uno de los usos más queridos de la arena es hacer estructuras a veces intrincadas, a veces simples conocidas como castillos de arena , proverbialmente impermanentes. Las áreas de juego especiales para niños, que encierran un área significativa de arena y se conocen como cajas de arena, son comunes en muchos patios de recreo públicos e incluso en algunas casas unifamiliares. Las dunas de arena también son populares entre escaladores, motociclistas y conductores de buggies de playa .
  • Carreteras: la arena mejora la tracción (y por lo tanto la seguridad del tráfico) en condiciones de hielo o nieve.
  • Animación de arena : los artistas de performance dibujan imágenes en la arena. Los creadores de películas animadas usan el mismo término para describir su uso de arena en vidrios con iluminación frontal o retroiluminada.
  • Fundición en arena : las rueditas humedecen o moldean con aceite la arena , también conocida como arena de fundición y luego la moldean en moldes en los que vierten el material fundido. Este tipo de arena debe ser capaz de soportar altas temperaturas y presiones, permitir que los gases escapen, tener un tamaño de grano pequeño y uniforme y no ser reactiva con los metales.
  • Sacos de arena : estos protegen contra inundaciones y disparos. Las bolsas económicas son fáciles de transportar cuando están vacías y los voluntarios no calificados pueden llenarlas rápidamente con arena local en caso de emergencia.
  • Pulido con chorro de arena: La arena graduada sirve como abrasivo en la limpieza, preparación y pulido.
  • Silicio : La arena de cuarzo es una materia prima para la producción de silicio .
  • Arma térmica : aunque ya no se usa mucho, la arena solía calentarse y verterse sobre las tropas invasoras en los períodos clásico y medieval.
  • Filtración de agua : los filtros de medios utilizan arena para filtrar el agua. También se usa comúnmente en muchas instalaciones de tratamiento de agua, a menudo en forma de filtros rápidos de arena .
  • Wuḍūʾ : un ritual islámico que limpia partes del cuerpo.
  • "Esqueletos" de zoantidos : Los animales de este orden de cnidarios bentónicos marinos relacionados con los corales y las anémonas de mar , incorporan arena en su mesoglea para obtener resistencia estructural, que necesitan porque carecen de un esqueleto verdadero.

Recursos y preocupaciones ambientales

Solo algunas arenas son adecuadas para la industria de la construcción, por ejemplo, para la fabricación de hormigón . Debido al crecimiento de la población y de las ciudades y la consiguiente actividad de construcción, existe una gran demanda de estos tipos especiales de arena, y las fuentes naturales se están agotando. En 2012, el director francés Denis Delestrac realizó un documental llamado " Sand Wars " sobre el impacto de la falta de arena de construcción. Muestra los efectos ecológicos y económicos del comercio legal e ilegal de arena para construcción. [18] [19] [20]

Para recuperar la arena, se utiliza el método de dragado hidráulico. Esto funciona bombeando los primeros metros de arena fuera del agua y llenándolos en un bote, que luego se transporta de regreso a tierra para su procesamiento. Desafortunadamente, toda la vida marina mezclada con la arena extraída muere y el ecosistema puede continuar sufriendo durante años después de que se complete la extracción. Esto no solo afecta la vida marina, sino también las industrias pesqueras locales debido a la pérdida de vidas y las comunidades que viven cerca de la orilla del agua. Cuando se saca arena del agua, aumenta el riesgo de deslizamientos de tierra, que pueden provocar la pérdida de tierras agrícolas y / o daños a las viviendas. [21]

Los múltiples usos de la arena requieren una industria de dragado significativa , lo que genera preocupaciones ambientales sobre el agotamiento de los peces, los deslizamientos de tierra y las inundaciones. [22] Países como China, Indonesia, Malasia y Camboya prohíben las exportaciones de arena, citando estos problemas como un factor importante. [23] Se estima que el consumo anual de arena y grava es de 40 mil millones de toneladas y la arena es una industria global de 70 mil millones de dólares. [24] Con un uso cada vez mayor, se espera que provenga más del reciclaje y las alternativas a la arena. [25]

La demanda mundial de arena en 2017 fue de 9,55 mil millones de toneladas como parte de una industria de $ 99,5 mil millones. [26]

Riesgos

Si bien la arena generalmente no es tóxica, las actividades que utilizan arena, como el pulido con chorro de arena, requieren precauciones. Las bolsas de arena de sílice que se utilizan para pulir con chorro de arena ahora llevan etiquetas que advierten al usuario que use protección respiratoria para evitar respirar el polvo de sílice fino resultante . Las fichas de datos de seguridad para la arena de sílice establecen que "la inhalación excesiva de sílice cristalina es un problema de salud grave". [27]

En áreas de alta presión de agua porosa , la arena y el agua salada pueden formar arenas movedizas , que es un hidrogel coloide que se comporta como un líquido. Las arenas movedizas crean una barrera considerable para escapar para las criaturas atrapadas dentro, que a menudo mueren por exposición (no por inmersión) como resultado.

Fabricar

La arena manufacturada (arena M) es arena hecha de roca mediante procesos artificiales, generalmente con fines de construcción en cemento u hormigón. Se diferencia de la arena de río por ser más angular y tiene propiedades algo diferentes. [28]

Estudios de caso

En Dubai , Emiratos Árabes Unidos, el uso de arena ha sido muy exigente en la construcción de infraestructura y creación de nuevas islas. Utilizaron sus propias reservas y también importaron arena de Australia. Ha habido tres proyectos para crear islas artificiales que necesitan más de 835 millones de toneladas de arena, que cuestan más de 26 mil millones de dólares. [29]

Ver también

  • Agregado (geología)  : masa de roca, grava, arena, partículas de suelo o minerales en una roca.
  • Playa  : área de partículas sueltas en el borde del mar u otra masa de agua
  • Agregado de construcción  : materiales de roca de grano grueso a fino utilizados en concreto
  • Arena del desierto (color)
  • Arenas movedizas secas
  • Cemento modificado energéticamente  - Clase de cementos, procesados ​​mecánicamente para transformar la reactividad (EMC)
  • Depósitos de mineral de arenas minerales pesadas
  • Arenas petrolíferas  : tipo de depósito petrolífero no convencional
  • Tamaño de partícula
  • Arenas movedizas  - Característica geológica
  • Ríos giratorios
  • Isla de arena
  • Minería de arena
  • Rata de arena  - Género de roedores
  • Arenisca  - Tipo de roca sedimentaria
  • Tormenta de arena  : fenómeno meteorológico común en regiones áridas y semiáridas
  • Robo de arena  : extracción de arena no autorizada y / o ilegal
  • Arena cantora  : fenómeno de la arena que produce sonido.
  • Parque Nacional White Sands

Referencias

  1. ^ Siim Sepp. "Tipos de arena" . sandatlas.org. Archivado desde el original el 13 de agosto de 2019 . Consultado el 17 de febrero de 2020 .
  2. ^ Glosario de términos en ciencia del suelo (PDF) . Ottawa: Agriculture Canada. 1976. p. 35. ISBN  978-0662015338. Archivado (PDF) desde el original el 14 de febrero de 2019 . Consultado el 11 de agosto de 2014 .
  3. ^ Constable, Harriet (3 de septiembre de 2017). "Cómo la demanda de arena está matando a los ríos" . Revista BBC News . Archivado desde el original el 3 de septiembre de 2017 . Consultado el 9 de septiembre de 2017 .
  4. Albarazi, Hannah. "Las pendientes resbaladizas de la escasez mundial de arena" . Archivado desde el original el 29 de marzo de 2019 . Consultado el 29 de marzo de 2019 .
  5. ^ Sistema de clasificación de suelos unificado [ enlace muerto permanente ]
  6. ^ Pettijohn, FJ; Potter, PE; Siever, Raymond (1972). Arena y arenisca . Nueva York: Springer Verlag . pag. 1. ISBN 9780387900711. Archivado desde el original el 2 de julio de 2021 . Consultado el 9 de marzo de 2021 .
  7. ^ Urquhart, Leonard Church, "Manual de ingeniería civil" McGraw-Hill Book Company (1959) p. 8-2
  8. ↑ Las algas también juegan un papel en la formación de arena. Archivado el 1 de julio de 2017 en Wayback Machine . Susanscott.net (1 de marzo de 2002). Consultado el 24 de noviembre de 2011.
  9. ^ Gilman, Larry (2014). Arena . 7 (5 ed.). La enciclopedia de la ciencia Gale. págs. 3823–3824.
  10. ↑ a b Padmalal, Maya (2014). "Fuentes de arena y conservación". Minería de arena . Springer, Dordrecht. págs. 155–160. ISBN 978-94-017-9143-4.
  11. ^ "Sahara" . The Columbia Encyclopedia (6 ed.). Prensa de la Universidad de Columbia. 2000. ISBN 9780787650155.
  12. ^ "¿Cuál es la razón para no utilizar arena del mar y del desierto para la construcción?" . El hindú . 2 de agosto de 2015. ISSN 0971-751X . Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2019 . Consultado el 9 de abril de 2019 . 
  13. ^ "¿Cómo se forma una playa?" . WorldAtlas . Archivado desde el original el 13 de diciembre de 2019 . Consultado el 10 de abril de 2019 .
  14. ^ Krinsley, DH, Smalley, IJ 1972. Arena. American Scientist 60, 286–291
  15. ^ "Psamófilo" . Merriam-Webster.com . Archivado desde el original el 9 de julio de 2017 . Consultado el 27 de enero de 2016 .
  16. ^ "Importar arena, vidrio puede ayudar a restaurar playas" . NPR.org . 17 de julio de 2007. Archivado desde el original el 2 de julio de 2021 . Consultado el 4 de abril de 2018 .
  17. ^ Yong, Syed E. Hasan, Benedetto De Vivo, Bernhard Grasemann, Kurt Stüwe, Jan Lastovicka, Syed M. Hasan, Chen (5 de diciembre de 2011). Geología Ambiental e Ingeniería -Volumen III . Publicaciones EOLSS. pag. 80. ISBN 978-1-84826-357-4. Archivado desde el original el 2 de julio de 2021 . Consultado el 19 de octubre de 2019 .
  18. ^ Vea el avance de Sand Wars Archivado el 8 de febrero de 2011 en Wayback Machine aquí.
  19. ^ Simon Ings (26 de abril de 2014). "La historia del cambio climático recibe un tratamiento estrella" . New Scientist : 28–9. Archivado desde el original el 4 de noviembre de 2014 . Consultado el 29 de mayo de 2019 .
  20. ^ Strände en Gefahr? Archivado el 24 de septiembre de 2015 en Wayback Machine Arte Future, última actualización el 23 de abril de 2014
  21. ^ Kim, Tae Goun (14 de septiembre de 2007). "Los costos económicos para la pesca debido a la extracción de arena marina en Ongjin Corea: conceptos, métodos y resultados ilustrativos". Economía ecológica . 65 (3): 498–507. doi : 10.1016 / j.ecolecon.2007.07.016 .
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  27. ^ Ficha de datos de seguridad (MSDS) de arena de sílice Archivada el 11 de marzo de 2006 en la Wayback Machine . Simplot (13 de marzo de 2011). Consultado el 24 de noviembre de 2011.
  28. Pilegis, M .; Gardner, D .; Lark, R. (2016). "Una investigación sobre el uso de arena manufacturada como reemplazo del 100% del agregado fino en el concreto" . Materiales . 9 (6): 440. Bibcode : 2016Mate .... 9..440P . doi : 10.3390 / ma9060440 . PMC 5456819 . PMID 28773560 .  
  29. ^ PEDUZZI, Pascal (abril de 2014). "Arena, más rara de lo que se piensa" . Desarrollo ambiental . 11 : 208–218. doi : 10.1016 / j.envdev.2014.04.001 . Archivado desde el original el 29 de mayo de 2019 . Consultado el 29 de mayo de 2019 .

enlaces externos

  • Arena de playa: qué es, de dónde viene y cómo llega aquí - Biblioteca del condado de Beaufort
  • Playa, Chandler B., ed. (1914). "Arena"  . La obra de referencia del nuevo alumno  . Chicago: FE Compton and Co.
Efectos secundarios de la minería de arena
  • El mundo se está quedando sin arena - New York Times
  • La minería de arena en los ríos de la India causa problemas - New York Times
  • Cómo la demanda de arena está matando ríos en África - BBC
  • Dubai Imports Sand - BBC