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Los minerales de arcillas son importantes indicadores de condiciones climáticas, especialmente en sucesiones continentales y perfiles de suelo. En este trabajo se determinó la mineralogía de arcillas y su variación temporal en los paleosuelos loéssicos de la Formación Cerro Azul (Mioceno superior de la provincia de La Pampa). Se realizó difractometría de rayos x a ochenta muestras, pertenecientes a los perfiles de Algarrobo del Águila, Cerro Patagua y Cerro El Morro. Los argilominerales detectados fueron clorita, caolinita, esmectita, material illítico e interestratificados illita/esmectita. En los paleosuelos del sector superior de la sucesión predomina la esmectita con cantidades menores de illita e interestratificados de illita/esmectita, mientras que en el sector inferior se encuentran paleosuelos donde la relación entre la cantidad de esmectita de los horizontes superiores e inferiores es inversa. Estas variaciones responderían a pedogénesis en un clima con estaciones marcadas, con ciclos de humectación y desecación que favorecen la fijación del potasio por las esmectitas. El contenido de caolinita es mayor en el sector inferior de la sucesión y disminuye hasta desaparecer en el sector superior, mientras que la clorita es muy escasa. La composición arcillosa de la Formación Cerro Azul coincide con los resultados obtenidos en otros estudios sobre suelos y paleosuelos loéssicos de la región pampeana, realizados sobre sucesiones más modernas que estos depósitos del Mioceno.