Cristalización y petrogénesis

Composición de la materia mineral Elementos geoquímicos: Principales (>1%): O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg (representan el 98,59 % del total) Secundarios (>0,1%): Ti, H,P, Mn Trazas (<0,1%): Cu, Ag, Au, Zn De ellos, el O y Si representan aproximadamente el 94% del volumen de la corteza y el 73% de su peso, con lo que se puede interpretar la corteza como un conjunto de átomos de oxígeno entre los que se sitúan los demás elementos.

Composición de la materia mineral Símbolo % peso % volumen O 46,60 93,77 Si 27,72 0,86 Al 8,13 0,47 Fe 5 0,43 Mg 2,09 0,29 Ca 3,63 1,03 Na 2,83 1,32 K 2,59 1,83 TOTAL 98,59 100

Composición de la materia mineral Los principales compuestos que se pueden obtener por combinación de estos elementos son: Por combinación dan Sílice (SiO2) Alúmina (Al2O3) Óxidos (Fe, Ca, Mg, Na, K) MINERALES ROCAS SÍLICE Cuarzo (12%) } + OXIDOS Silicatos simples + ALÚMINA 81% Aluminosilicatos OTROS (poca sílice) Resto (óxidos, sulfuros, carbonatos,…) (7%)

Composición de la materia mineral Un mineral es un producto natural, inorgánico, en estado sólido, con una composición química fija o variable dentro de límites estrechos y que, además, posee un ordenamiento atómico tridimensional y sistemático entre los iones, átomos o moléculas que componen su fórmula química (estructura cristalina). Aquellos cuerpos que forman la materia inerte que no se ajustan a esta definición se llaman mineraloides –sólidos o líquidos en estado amorfo. Una roca es un agregado coherente de minerales producido mediante la actuación de unas condiciones ambientales (P,T) comunes sobre una composición definida. La asociación de minerales producida en el proceso se denomina paragénesis

Composición de la materia mineral Dos rocas de composición química global equivalente pueden tener paragénesis diferentes si las condiciones de formación son diferentes. Un mineral indicador es aquél que nos permite determinar las condiciones de P y T de formación ya que es el que diferencia dos paragénesis distintas. Una roca se define por tres parámetros: Composición mineral Estructura: distribución de los minerales y deformaciones de las rocas (macroscópica) Textura: relaciones entre minerales (tamaño, forma y número de granos cristalinos: microscópica)

Composición de la materia mineral Un cristal es una porción de materia mineral delimitada por caras, planos, aristas y vértices y cuya forma poliédrica es una expresión espontánea del orden reticular interno, repetido periódicamente en las tres dimensiones del espacio. Para que se forme un cristal se necesitan 3 condiciones: espacio, tiempo y reposo Cuando la materia mineral no aparece ordenada, se habla de materia amorfa.

Composición de la materia mineral La estructura de un mineral refleja la historia de su formación ya que es estable en unas determinadas condiciones de P y T, cambiando si se somete a otras condiciones diferentes. Ejemplo: tipos de cuarzo

Ambientes petrogenéticos Son las condiciones de formación de la materia mineral (minerales y rocas) Existen tres grandes ambientes petrogenéticos: Sedimentario Metamórfico Magmático SEDIMENTARIO 1 2 METAMÓRFICO MAGMÁTICO 3

Ambientes petrogenéticos Ambiente petrogenético Condiciones físico químicas (P y T) Lugar del planeta Ejemplos de rocas Magmático Alta P y T que funden los materiales (magma) Bordes de placa constructivos (dorsales) y destructivos (zonas de subducción) Otros: bordes neutros y magmatismo intraplaca Rocas plutónicas (Granito) Rocas volcánicas (Basalto) Rocas filonianas (pórfidos) Metamórfico Alta P y T sin abandonar el estado sólido (recristalización) Cuencas sedimentarias, zonas de subducción (orógenos recientes) contacto con magmas Mármol, Esquisto, Neis Sedimentario Temperaturas y presiones moderadas Cuencas sedimentarias (bordes continentales pasivos) Calizas, evaporitas, conglomerados

Ambientes petrogenéticos Guía interactiva de minerales y rocas de la ETSI Tomado de la web “Biosfera”.- modificado Ambiente Magmático: Determinado por la existencia de material fundido (magma) en el interior de la tierra. La aparición de minerales y de las rocas que forman, viene dada por un proceso de solidificación del magma al llegar a zonas de menor temperatura, originando las rocas magmáticas. En las formaciones volcánicas se produce un enfriamiento brusco y en las filonianas, el enfriamiento suele darse en dos tiempos, con cristales grandes –fenocristales- y cristales pequeños-microcristales. En las zonas volcánicas se produce cristalización por sublimación. Se asocia con metamorfismo de alta temperatura (aureolas metamórficas)    Granito Basalto

Ambientes petrogenéticos Guía interactiva de minerales y rocas de la ETSI Tomado de la web “Biosfera”.- modificado Ambiente Metamórfico: Determinado por el cambio de condiciones (presión temperatura o composición ) en el que tuvo lugar la génesis de una roca preexistente. Este cambio de condiciones favorece la recristalización de minerales, o la neoformación (cristalización de otros nuevos), en un proceso denominado metamorfismo que se da sin abandonar el estado sólido. En casos de P o T extremas se puede producir la fusión o anatexia de las rocas originándose un magma.       Neis

Ambientes petrogenéticos Guía interactiva de minerales y rocas de la ETSI Tomado de la web “Biosfera”.- modificado Ambiente Sedimentario: La actuación de los agentes geológicos externos produce gran cantidad de sedimentos, ya sea por deposición (rocas detríticas por ejemplo) o por precipitación de sales disueltas en el agua. También intervienen los seres vivos, bien como organismos capaces de precipitar sales en sus estructuras y que pueden acumularse tras su muerte (arrecifes de coral, sílex, fosfatos, etc.), o bien por acumulación de sus restos orgánicos. Los sedimentos, con el enterramiento, sufren un proceso de diagénesis que culmina con la formación de las rocas sedimentarias. Si se extreman las condiciones de P y T, las rocas sedimentarias se transforman en metamórficas. Conglomerado

Guía interactiva de minerales y rocas de la ETSI El ciclo de las rocas Guía interactiva de minerales y rocas de la ETSI Tomado de la web “Biosfera”.- modificado 1

Mecanismos de cristalización Mecanismo de cristalización Descripción Ambiente petrogenético Ejemplos Solidificación Enfriamiento de masas fundidas Magmático Rocas ígneas o magmáticas Rocas filonianas Precipitación Pérdida de solubilidad por: sobresaturación (aumento de soluto, disminución de temperatura, evaporación de agua) precipitación química (efecto pH) Sedimentario Rocas evaporíticas Sublimación Enfriamiento de un gas Depósitos hidrotermales Recristalización Formación de nuevos cristales en medio sólido: blastesis o crecimiento cristalino Metamórfico Neis (ojos de sapo) Reacciones químicas Sólido-sólido Sólido-fluido Fluido-fluido Metamorfismo de alta presión Sedimentario (meteorización química) y metasomatismo (metamórfico) Magmático (hidrotermal) Descomposición de la albita, formación de caolinita Formación de pirita en chimeneas submarinas

Cristamina: Guía de minerales Isomorfismo Cristamina: Guía de minerales Ejemplos: Si (0,39 Å)  Al (0,57 Å)  SILICATOS Fe (0,67 Å)  Mg (0,74 Å)  OLIVINOS (Forsterita  Fayalita) Na (0,98 Å)  Ca (1,05 Å)  FELDESPATOS CALCOSÓDICOS (Albita  Anortita) CARBONATOS ROMBOÉDRICOS: Calcita (CO3Ca)  Dolomita (CO3)2CaMg)  Magnesita (CO3Mg)  Siderita (CO3Fe) Se llama isomorfismo a la propiedad de algunos minerales de, teniendo diferente composición química cristalizar con la misma forma geométrica. Se debe a que, en la red iónica, se sustituye un elemento químico por otro de radio iónico (tamaño) similar (<15% de diferencia), lo que no altera la forma geométrica del cristal. Origina las llamadas series isomorfas: un catión va sustituyendo de modo progresivo a otro en la red cristalina, originando una familia de minerales. Es una serie continua –sin saltos-.

Cristamina: Guía de minerales Isomorfismo Cristamina: Guía de minerales

Cristamina: Guía de minerales Polimorfismo Cristamina: Guía de minerales Se denomina polimorfismo a la propiedad de ciertos minerales que, poseyendo la misma composición química, debido a los diferentes valores de P y T en el proceso de cristalización, lo hacen en forma distinta (diferente sistema cristalino). Los minerales polimorfos tienen diferentes propiedades.

Cristamina: Guía de minerales Polimorfismo Cristamina: Guía de minerales Ejemplos: CO3Ca  C  Si O5Al2  { RÓMBICO: aragonito TRIGONAL: calcita { HEXAGONAL: grafito CÚBICO: diamante - RÓMBICO: Cristales columnares gruesos; exfoliación imperfecta  andalucita Cristales aciculares; exfoliación perfecta  silimanita - TRICLÍNICO: cianita (distena) {

Cristamina: Guía de minerales Polimorfismo Cristamina: Guía de minerales El polimorfismo se representa mediante los diagramas de fases, en los que se muestra el efecto de las condiciones de cristalización en la formación de los minerales. Punto univariante Punto invariante

Efectos de la P y la T en la estructura cristalina El aumento de presión hace que la red cristalina sea más densa. Ej.: GRAFITO  DIAMANTE DP Color Dureza Peso Específico Sistema cristalino Incoloro, transparente, opaco o con color Negro 1-2 10 2,2 3,5 hexagonal cúbico

Efectos de la P y la T en la estructura cristalina Al aumentar la T, la estructura cristalina se hace más inestable –debido a la vibración molecular-, impidiendo la formación de sistemas complejos. En el caso de los silicatos –cuya estructura cristalina básica es el tetraedro de sílice-, la estructura cristalina se va haciendo cada vez más compleja a medida que la temperatura de formación disminuye.

Efectos de la P y la T en la estructura cristalina Nesosilicatos (tetraedros aislados) Olivino, andalucita, cianita,… Sorosilicatos (parejas de tetraedros) Epidota Ciclosilicatos (anillos de tetraedros) Turmalina, berilo Inosilicatos (cadenas de tetraedros) Simples: piroxenos; dobles: anfíboles - DT Filosilicatos (láminas u hojas de tetraedros) Mica, minerales arcillosos Tectosilicatos (red tridimensional de tetraedros) Cuarzo

Páginas web Cristamina Guía interactiva de minerales de la ETSI Montes http://www.uned.es/cristamine/inicio.htm Guía interactiva de minerales de la ETSI Montes http://www.montes.upm.es/Dptos/DptoSilvopascicultura/Edafologia/guia/indice.html