3. Minerales y Rocas

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<p>GEOLOGA - 2011-2012</p> <p>3. MINERALES Y ROCAS 3.1. MINERALES FORMADORES DE ROCASUn "mineral" es una sustancia slida, cristalina, inorgnica, con una composicin qumica especfica, y que existe de forma natural. Minerales que comparten la misma frmula qumica son llamados polimorfos, como por ejemplo el grafito (hexagonal) y el diamante (cbico). Algunos minerales estn compuestos por un solo elemento (oro, azufre etc.) pero la mayora son compuestos qumicos. Del mismo modo hay rocas compuestas por un solo mineral (caliza, sal, cuarcita) y otras rocas que estn compuestos por varios minerales, el granito por ejemplo (cuarzo + feldespato + mica). Propiedades macroscpicas de los minerales "Habito": La materia cristalina se caracteriza por el ordenamiento de los tomos en una red cristalina regular. Las caractersticas geomtricas de la misma dependen de la composicin qumica. La sal, por ejemplo, forma cristales con forma de cubo, ya que los iones de Na+ y Cl- estn posicionados en una red cbica. El cuarzo tiene un habito hexagonal prismtico (suele formar cristales alargados con perfil hexagonal) que refleja su estructura atmica como tectosilicato (ver mas abajo). Las formas cristalinas se describen con referencia a la celdilla de unidad de un cristal. Los ejes son a, b y c y los ngulos entre los ejes Hay 7 sistemas cristalinos: CBICO: a=b=c; octaedro: a90) TETRAGONL: a=bc; o alargado) HEXAGONAL: a=bc; =90, TRIGONAL: a=bc; ORTORMBICO: MONOCLNICO: 60 (cubo aplastado (cubo: a=90;</p> <p>=120 (tetraedro) abc; cerillas) abc; =90; 90 (torres gemelas deMadrid) (caja de</p> <p>TRICLNICO: abc; 90</p> <p>3-1</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012 Dentro de cada sistema cristalino pueden darse diferentes formas cristalinas. Por ejemplo, un octaedro y un cubo ambos pertenecen al sistema cbico. El cuarzo y la mica son hexagonales, pero el primero es prismtico, mientras el segundo es plano.</p> <p>Brillo: se usan adjetivos como vtreo, perlado, terroso (mate), metlico etc. Color: A parte del color inherente de un mineral en estado puro, pueden darse colores exticos debido a la incorporacin de iones "extraos" en la estructura cristalina (impurezas). Por ejemplo, amatista (morado), citrina (amarillo), cuarzo ahumado (oscuro), son variedades de cuarzo que en estado puro es transparente (cristal de roca). Raya: Es el color de la raya que deja el mineral cuando se rasca contra una plaqueta de porcelana spera. Este color es independiente del color extico que puede tener un mineral. Dureza: se mide con la escala de Mohs: (Talco=1; Yeso=2; Calcita=3; Fluorita=4; Apatito=5; Ortosa=6; Cuarzo=7; Topacio=8; Corindn=9 y Diamante=10). Exfoliacin: microgrietas que siguen las direcciones de los planos cristalogrficos y por donde se rompe el cristal cuando se le da un martillazo. Un mineral puede mostrar 0, 1, 2 3-2</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012 o 3 planos de exfoliacin. Minerales con enlaces atmicos iguales en cualquier direccin son isotrpicos, no presentan ningn plano de exfoliacin. Al golpearlos desarrollan fracturas concoides (el cuarzo, olivino, granate por ejemplo). Peso especifico: g/cm3. Otras propiedades: magnetismo (magnetita), tacto (talco), sabor (sal = halita), birrefraccin, reaccin con cido clorhdrico etc. Mtodos analticos para identificacin de minerales: Anlisis qumicos (disolucin u oxidacin de minerales etc.). Microscopio de luz polarizada Se basa en las caractersticas pticas de los minerales en lminas delgadas de 30 micras de espesor. El uso de polarizadores situados debajo y encima de la lmina delgada produce colores caractersticos de cada mineral. Microscopio de luz trasmitida Se usa sobre todo para minerales metlicos. Microscopio electrnico, y Microsonda. En un microscopio electrnico, la funcin de la luz visible y las lentes pticas de los microscopios convencionales son sustituidas por un haz de electrones y un sistema de imanes. Se consiguen aumentos superiores e imgenes en 3D pero solo en tonos de grises. Una microsonda es un microscopio electrnico equipado con espectrmetros de rayos X. Se hace incidir un haz de electrones muy fino (dimetro de 1 micra) y de alta energa sobre la superficie de un mineral. Esto provoca una emisin de rayos X cuyas frecuencias (el espectro) permite identificar los elementos presentes en ese mineral. Espectrmetro de masa. Aparato que mide con gran precisin la concentracin de distintos istopos en un mineral para, por ejemplo, determinar su edad. El mineral es primero evaporado (ionizado) en un vaco y los iones son acelerados en un fuerte campo magntico. El espectro obtenido informa sobre las masas atmicas de los distintos istopos y su abundancia relativa.</p> <p>Minerales formadores de rocas Han sido clasificados unos 4000 minerales, pero slo 12 son suficientemente abundantes para ser minerales formadores de roca. Estos 12 estn compuestos por solo 8 elementos: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. El oxigeno y el silicio son los elementos ms abundantes (75% de la masa de la corteza terrestre), con lo cual son los silicatos (minerales 3-3</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012 silicatados) los que predominan en la corteza y el manto. Despus se encuentran cantidades menores de carbonatos, xidos, sulfatos, fosfatos y sulfuros. La distribucin de elementos, minerales y rocas en la Tierra en grandes lneas es la siguiente:</p> <p>ELEMENTOS NCLEO MANTO CORTEZA OCEANICA CORTEZA CONTINENTAL O-Si-Al-Ca-K-Na Fe O-Si-Fe-Mg O-Si-Mg-Fe-Al-Ca</p> <p>MINERALES metlico olivino, piroxeno piroxeno, anfbol, feldespato-Ca cuarzo, feldespatoNa-K, mica, calcita</p> <p>ROCAS metlico peridotita gabro basalto granito (grano)diorita</p> <p>3-4</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012 LOS SILICATOS El Si4+ es un catin con radio pequeo que se enlaza fcilmente con 4 iones de O2- formando un tetraedro de SiO44- con el Si4+ en el centro. Los tetraedros pueden unirse entre s formando parejas, anillos, cadenas, laminas, o redes tridimensionales lo cual forma la base para distinguir cinco principales clases de silicatos: Nesosilicatos (olivino, granate): tetraedros aislados unidos por cationes SiO4 Sorosilicatos: tetraedros formando grupos de 2 a 6: Si2O7 a SiO3 Inosilicatos (piroxenos, anfboles): cadenas nicas o dobles: SiO3 o Si8O22 Filosilicatos (micas): laminas de tetraedros unidos: Si4O10 Tectosilicatos (cuarzo, feldespatos=Al): estructura 3D : SiO2</p> <p>3-5</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012ratio Si nesosilicatos sorosilicatos (pares) sorosilicatos (anillos) inosilicatos : piroxenos) inosilicatos : anfboles filosilicatos tectosilicatos 1 2 1 1 4 4 1 O 4 7 3 3 11 10 2 cargas negativas por</p> <p>O/Si4 3,5 3 3 2,8 2,5 2</p> <p>tomo de Si</p> <p>4 3 2 2 1,5 1 0</p> <p>La tabla de arriba muestra la ratio (proporcin) de O / Si para cada grupo de silicatos y las cargas negativas por cada tomo de Si4+. Vemos como todas las clases de silicatos, excepto los tectosilicatos, tiene cargas negativas que deben ser neutralizadas por la incorporacin en el mineral de otros cationes, como Fe2+, Fe3+, Mg2+, Mn2+, Na+, K+, Ca2+ etc. Los nesosilicatos tienen la mayor ratio de O / Si, y por tanto mayor nmero de cargas negativas que deben ser neutralizadas. Por ello, los minerales que pertenecen a esta clase son ricos en Fe2+, Fe3+, Mg2+, Ca2+. Sobre todo, el alto contenido en hierro hace que sean minerales con tonos oscuros, con un peso especfico alto y puntos de fusin tambin altos. Por ejemplo, la formula qumica del nesosilicato olivino es (Mg, Fe)2SiO4 (proporcin Mg/Fe variable). Los tectosilicatos con su formula SiO2 son, en principio, elctricamente neutros con lo cual sera imposible incorporar otros cationes. Sin embargo, en todos los tectosilicatos excepto el cuarzo que es SiO2 puro, parte del Si4+ esta sustituido por Al3+ lo cual permite incorporar cationes como Na+, K+, o Ca2+. Este es el caso de los feldespatos, minerales muy comunes en toda la corteza: Albita = NaAlSi3O8 Ortosa = KAlSi3O8 Anortita = CaAl2Si2O8. La plagioclasa es una mezcla entre albita y anortita: (Ca, Na) Los minerales que contienen Fe y/o Mg son llamados ferromagnesianos o mficos. Minerales sin Fe o Mg son llamados flsicos. Expresado en trminos de xidos, la composicin de los minerales flsicos es ms rica en SiO2 (slice) y Al2O3 (almina) pero pobre en FeO, MgO, CaO etc. El contenido total de slice de una roca vara entre 40% y 70% y forma la base de la siguiente clasificacin general: 3-6</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012 ultramfico : 40% mfico o (bsico) : 50% intermedio: 60% flsico (o cido): 70% MINERALES FORMADORES DE ROCA Silicatos ferromagnesianos (mficos) Olivino = (Mg, Fe)2SiO4 nesosilicato verde-marrn Granate: (Fe, Mg, Mn, Ca)3Si3O12 (por cada Si hay otro catin de Fe o Mg o Ca o Mn) nesosilicato marrn rojo. Piroxenos = (Na, Ca, Mg, Fe)2(Si,Al)2O6 Inosilicatos de cadenas nicas Negro con 2 planos de exfoliacin a 90 Anfboles: Inosilicatos de cadenas dobles Parecido a los piroxenos pero con 2 planos de exfoliacin a 60 y con grupos de OH-. Variedad ms comn: Ca2(Fe, Mg)5Si8O22(OH)2 (hornblenda) Biotita = K2(Mg, Fe)6Si5Al3O20(OH)4 filosilicato o mica. Negro-rojizo, alto brillo, 1 plano de exfoliacin, hexagonal Silicatos no ferromagnesianos (flsicos): ligeros y tonos claros Feldespato: tectosilicato con 2 planos de exfoliacin a 90. Colores claros, formas rectangulares, amplio campo de estabilidad: Plagioclasa = serie continua entre albita y anortita Albita = NaAlSi3O8 Anortita= CaAl2Si2O8 Feldespato-K = serie continua entre ortosa y albita. Ortosa = KAlSi3O8 Moscovita = K2Al4Si6AlO20(OH)4 Filosilicato transparente, alto brillo, 1 plano de exfoliacin Cuarzo: SiO2 Tectosilicato transparente (cristal de roca). Colores exticos: morado (amatista), amarillo (citrina), ahumado. La forma euhdrica es hexagonal-prismtica. Fractura concoide. Existen varios polimorfos: cuarzo-a, cuarzo-b, cristobalita, tridimita, coesita Carbonatos Calcita y Aragonita (polimorfos) = CaCO3 Dolomita = CaMg(CO3)2</p> <p>3-7</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012 Haluros y Sulfatos Halita = NaCl Yeso = CaSO4(H20)2 Anhidrita = CaSO4 Sulfuros) Galena = PbS Pirita = FeS2 Esfalerita = ZnS Calcopirita = CuFeS2 Cinabrio = HgS Oxidos y Hidrxidos Hematita=Fe2O3 (pigmento rojo) Magnetita=Fe3O4 Limonita=FeO(OH).nH2O Cromita=FeCr2O4 Corindon=Al2O3 Bauxita=Al(OH)3(H2O)n</p> <p>3-8</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012</p> <p>3.2. ROCAS IGNEAS Y LA ACTIVIDAD GNEACuerpos plutnicos y volcnicos Las rocas gneas se forman por la cristalizacin de magma dentro o fuera de la Tierra. El magma se forma en profundidad pero tiende a buscarse un camino hacia arriba utilizando fallas y fracturas como vas de escape (= proceso de intrusin). La mayor parte del magma cristaliza antes de que alcanzar la superficie dando origen a las rocas gneas intrusivas o plutnicas ("Plutn" es el dios Romano del mundo subterrneo). En funcin de la geometra de los cuerpos plutnicos distinguimos: Dique: Filn que corta a los estratos (rocas sedimentarios) o foliacin tectnica en las rocas metamrficas. Sill: Filn paralelo a la estratificacin o foliacin tectnica Lacolito: parecido a un sil pero abultado en el medio (inflacin magmtica). Lopolito: parecido a un sil pero abombado en el medio Batolito: gran volumen (&gt;1 km3) de granito o (grano)diorita.</p> <p>Cuando son exhumados en las cordilleras montaosas, los batolitos suelen condicionar las zonas de mayor relieve ya que se trata de rocas masivas y resistentes. Ejemplos son los macizos granticos del El Capitn, Mont Blanc, Mount Everest, o Maladeta (Pirineos).</p> <p>3-9</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012 La parte del magma que s alcanza la superficie alimenta a los volcanes. Los elementos genricos de un volcn incluyen: Cmara magmtica: acumulacin de magma en el interior o justo por debajo del volcn Chimenea: el conducto principal que desemboca en un crter. Conos o crteres parsitos: pequeos volcanes en las laderas del volcn principal. Fumarolas: puntos de escape de gas frecuentemente marcados por depsitos de azufre que pueden seguir activos en regiones donde la actividad volcnica principal ha cesado hace mucho. Caldera: depresin circular con dimetro mayor a la del crter formado por hundimiento parcial del volcn tras una erupcin. Cristalizacin y diferenciacin de magmas Un magma es una mezcla de distintos componentes qumicos (minerales) con lo cual su cristalizacin se produce sobre un intervalo de temperatura. Los lmites de este intervalo dependen de (pero no coinciden con) los puntos de fusin de los respectivos componentes qumicos. Por ejemplo, la cristalizacin de un magma de composicin flsica (grantico) se produce entre 650 y 550 C, aproximadamente. Los minerales van cristalizando en un orden bien establecido pero solapndose sus respectivos intervalos de cristalizacin. Es decir, en cada momento pueden estar cristalizando dos o tres minerales a la vez. El orden de cristalizacin es segn las siguientes series de reaccin de Bowen: Minerales ferromagnesianos ("mficos"): olivino -&gt; piroxeno -&gt; anfbol &gt; biotita Minerales flsicos : anortita -&gt; albita -&gt; ortosa -&gt; moscovita -&gt; cuarzo Ambas series transcurren en paralelo. Por ejemplo, en el olivino cristaliza junto con anortita, el anfbol con albita etc. Sin embargo, en ningn magma se forman todos los minerales de ambas series, sino solo aquellos que corresponden a la composicin especfica total del magma en trminos de su contenido en slice (entre 40 y 70%). Por ejemplo, en un magma pobre en slice nunca llegar a cristalizar el cuarzo: En un magma rico en slice nunca se formar olivino o piroxeno; la cristalizacin comenzar directamente con anfboles y feldespato-Na.</p> <p>3-10</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012</p> <p>Las series de Bowen son igualmente validas para el proceso inverso de fusin de rocas. Cuando son calentadas hasta entrar en el intervalo de fusin parcial se comenzarn a fundir aquellos minerales que tienen el mayor contenido en SiO2, como son el cuarzo y feldespato-K. Por tanto, la fusin parcial de una roca producir un magma que est enriquecido en SiO2 con respecto a la roca original, proceso que denominamos diferenciacin magmtica. En el caso de que el magma escapa hacia un nivel superior de la corteza y cristaliza podr formar una roca gnea cuya composicin es ms flsica que la roca-fuente. Repetidas diferenciaciones del magma segn va cristalizando en distintos puntos de la corteza (ver Figura) puede producir una serie de rocas gneas con distintas composiciones pero todas derivadas de una roca-fuente comn.</p> <p>3-11</p> <p>GEOLOGA - 2011-2012</p> <p>Relacin con tectnica de placas En las dorsales, arcos de isla intra-ocenicos, y puntos calientes ocenicos el magma es creado por fusin parcial de las rocas ultramficas (40% SiO2) que componen el manto. En el caso de un arco de islas, la fusin es provocada por la introduccin de H2O desde una placa subducida al manto. En un rift, dorsal, o punto caliente es la descompresin de rocas mantlicas que ascienden que provoca su fusin parcial. La diferenciacin magmtica en el manto produce un magma de composicin mfica con un 50% de SiO2 correspondiente a basaltos y gabros. Las islas ocenicas y la corteza ocenica estn mayoritariamente compuestas por estas rocas mficas. Sin embargo, en los mrgenes activos y rifts continentales el magma generado dentro del manto al ascender s...</p>

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