TEMA 2. LA FORMACIÓN DE MINERALES Y ROCAS

1. LOS MINERALES

A) CONCEPTO DE MINERAL Un mineral es una sustancia natural, homogénea, de origen inorgánico, generalmente con estructura cristalina, y con una composición química determinada.

B) PROPIEDADES FÍSICAS Las propiedades físicas son de gran importancia en el estudio de los minerales, la mayoría de ellos, como se ha dicho, resulta muy sencillo reconocerlos atendiendo solamente a observaciones muy simples, o mediante el apoyo de un espectroscopio.

1. Fractura: Forma que presentan las superficies según se rompe un mineral. Puede ser: concoidea, astillosa, laminar, escamosa, etc… 2. Exfoliación: La exfoliación es una propiedad importante que poseen muchos minerales, por la cual se pueden separar presentando superficies planas y paralelas a las caras reales (o posibles) del cristal. Ejemplo de minerales con propiedades de exfoliación perfecta son: mica, galena, fluorita y yeso; la mica exfolia en hojas muy finas, la galena en cubos, la fluorita en octaedros y el yeso en láminas.

3. Dureza: es el nivel de resistencia que presenta a ser rayado 3. Dureza: es el nivel de resistencia que presenta a ser rayado. Se dice que un mineral presenta una dureza mayor que otro, cuando el primero es capaz de rayar al segundo. El mineralogista alemán Mohs estableció en 1822 una escala de medidas que lleva su nombre, y que se ha venido utilizando hasta la actualidad; en esta escala cada mineral puede ser rayado por todos los que le siguen. Se toman 10 minerales comparativos de más blando a más duro, que son:

1. talco 2. yeso 3. calcita 4. fluorita 5. apatito 6. ortosa (feldespato) 7. cuarzo 8. topacio 9. corindón 10. diamante.

4. Tenacidad o cohesión: es el mayor o menor grado de resistencia que ofrece un mineral a la rotura o deformación. Se distinguen las siguientes clases de tenacidad: Frágil: es aquel que se rompe o pulveriza con facilidad. Ejemplo de minerales con tenacidad frágil son el cuarzo y el azufre. Maleable: aquel que puede ser extendido o reducido a láminas o planchas. Esta es una propiedad que aumenta con el calor. Si el mineral puede ser cortado en virutas delgadas con una navaja, se dice que es séctil. Ejemplo de minerales maleables son el oro, plata, platino, cobre, estaño, plomo, cinc, hierro y níquel.

Dúctil: es aquel que tiene la propiedad de ser reducido a hilos o alambres delgados cuando son golpeados. Ejemplo de minerales dúctiles son el oro, la plata y el cobre. Flexible: es aquel que puede ser doblado fácilmente, pero que una vez deja de recibir presión no es capaz de recobrar su forma original. Ejemplo de minerales flexibles son el yeso y el talco. Elástico: es aquel que puede ser doblado y una vez deja de recibir presión recupera su forma original. Ejemplo de un mineral elástico es la mica.

5. Color: resulta de la luz que refleja 5. Color: resulta de la luz que refleja. Según el espectro de luz que absorbe presentará un color u otro; si absorbe la luz blanca mostrará color negro; si por el contrario refleja el espectro presentará color blanco. Este parámetro no es un criterio absoluto para su identificación. 6. Raya: puede ser de color diferente al del cuerpo del mineral; se trata del color que muestra el polvo fino que contiene. La raya puede obtenerse frotando el mineral con una superficie áspera de porcelana.

Metálico como la pirita. No metálico como el cuarzo. 7. Brillo: es el aspecto que presenta la superficie ante la reflexión de la luz, la cual es diferente según el tipo de mineral. Mate son aquellos que no tienen brillo, tales como el caolín y la bauxita. Metálico como la pirita. No metálico como el cuarzo. Vítreos: Reflejos similares al del vidrio, ejemplo del cuarzo y cristal de roca. Adamantinos: Reflejos muy brillantes similares al del diamante. Grasos: Sus reflejos simulan estar cubiertos por una delgada película aceitosa, ejemplo de yeso fibroso y la serpentina. Resinosos: Sus reflejos tienen la apariencia de la resina, ejemplo del azufre, blenda y calcedonia. Perlados: Por su apariencia con las perlas, ejemplo de los minerales exfoliáceos como la mica y el talco. Sedosos: También es un brillo característicos de los minerales fibrosos, tienen apariencia de la seda, tales como el yeso fibroso, malaquita y asbesto.

8. Diafanidad: es la propiedad que poseen algunos minerales de permitir que la luz los traspase casi en su totalidad Opacos: si la luz no puede ser transmitida a través de ellos, ni siquiera mediante sus bordes más delgados. Transparente: cuando el contorno de un objeto puede ser distinguido perfectamente a través del cuerpo del mineral. Translúcido: si se intuye un objeto a través del cuerpo del mineral pero no se distingue con claridad.

9. Conductividad eléctrica: gran cantidad de minerales son conductores de la electricidad, como el oro (conductores), otros muchos que se oponen a la corriente eléctrica en mayor o menor medida, como la mica (aislantes), y unos pocos de un tipo intermedio que, según el punto de vista, conducen la electricidad medianamente o son poco aislantes, como el germanio o el silicio (semiconductores).

10. El magnetismo: es la propiedad que poseen determinados minerales para atraer el hierro y sus derivados. En general, los minerales que contienen hierro, níquel o cobalto, son atraídos por el imán. El primer imán conocido fue la magnetita.

C) CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES Los minerales se pueden clasificar de acuerdo a criterios genéticos, cristalográficos y químicos, todas ellos agrupados en lo que se denomina mineralogía determinativa. El método genético presenta inconvenientes, pues aborda el modo de presentación y de formación del mineral, pero no tiene en cuenta que esa formación puede ser producto de variados procesos. El método cristalográfico, también llamado estructural, utiliza el conocimiento de la estructura interna del mineral, su composición química y propiedades físicas cristalinas, para explicar las relaciones que existen entre ellas. El método químico se establece como el más importante a efectos de identificación de los minerales, aunque en la mayoría de ocasiones se pueden identificar mediante un reconocimiento físico a simple vista. 

La clasificación química divide los minerales según sus compuestos químicos, todos ellos agrupados en ocho categorías: I) elementos nativos II) sulfuros y sulfosales III) óxidos e hidróxidos IV) halogenuros o haluros V) boratos, nitratos y carbonatos VI) sulfatos, cromatos, volframatos y molibdatos VII) fosfatos, arseniatos y vanadatos VIII) silicatos. Cualquier mineral conocido puede ser integrado dentro de estos grupos, pues la práctica totalidad de ellos incluyen alguno de estos compuestos.

Los elementos nativos son aquellos que se encuentran en la naturaleza en estado libre (puro o nativo), es decir, sin combinar o formar compuestos químicos. A excepción de los gases atmosféricos, se distinguen alrededor de unos veinte elementos nativos. Ejemplo de éstos son: el oro, plata, platino, cobre, azufre y diamante (y sus formas de grafito o carbono).

II. Sulfuros y sulfosales: Los sulfuros naturales (producto de metales y semiminerales) son la clase más importante en la metalurgia, pues en ella entran metales tan importantes como el hierro, estaño o manganeso, y otras menas como la galena o la esfalerita. Se trata de compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Ejemplo de minerales de los que forman parte los sulfuros son la pirita (bisulfito de hierro); calcopirita (sulfuro de hierro y cobre); galena (sulfuro de plomo); blenda (sulfuro de cinc); cinabrio (sulfuro de mercurio); antimonita (sulfuro de antimonio) y rejalgar (sulfuro de arsénico).

Las sulfosales son minerales compuestos de plomo, plata y cobre combinados con azufre y algún otro mineral como el arsénico, bismuto o antimonio. Un ejemplo de sulfosal es la pirargirita.

III. Los óxidos e hidróxidos son el producto de la combinación del oxígeno con un elemento. En realidad, casi todos los elementos forman óxidos, que se dividen según sus propiedades en óxidos básicos (metálicos) y ácidos (formados por combinación del oxígeno con un elemento no metálico). Se distinguen entre los óxidos e hidróxidos el oligisto (óxido férrico); corindón (óxido alumínico); casiterita (dióxido de estaño); limonita (hidróxido de hierro), y bauxita (óxidos de aluminio hidratados).

IV. Los halogenuros o haluros, son compuestos que resultan de la combinación de un halógeno con otro elemento, tal como el cloro, flúor, yodo o bromo. Un ejemplo común de halogenuro es la halita (sal de gema).

V. Boratos, nitratos y carbonatos: Los boratos están constituidos por sales minerales o ésteres del ácido bórico; se trata de minerales muy diferentes en apariencia y propiedades físicas. Los nitratos son sales que derivan del ácido nítrico; se trata de un pequeño grupo de minerales difíciles de hallar en la naturaleza en formaciones concentradas, y que poseen características de blandura y solubilidad; se distingue la nitratina o nitrato sódico (o nitrato de Chile o Caliche, llamado así por el gran yacimiento existente en el desierto de Atacama al Norte de ese país), y el salitre o nitrato potásico. Estas sales se utilizan frecuentemente en la fabricación de explosivos, y especialmente como abonos por su riqueza en nitrógeno. Los carbonatos son sales derivadas de la combinación del ácido carbónico y un metal. Estos compuestos están muy difundidos como minerales en la naturaleza. Ejemplo de carbonatos son la azurita y malaquita (carbonatos hidratados de cobre), calcita (carbonato cálcico) y aragonito (carbono cálcico).

VI. Sulfatos, cromatos, volframatos y molibdatos: Los sulfatos son sales o ésteres del ácido sulfúrico, por lo general solubles en agua, excepto los sulfatos de plata, mercurio, calcio, bario, plomo y estroncio. Se trata de minerales de origen diverso, inestables, de aspecto variable (casi siempre no metálicos) y generalmente de escasa dureza. Ejemplo de sulfato es la barita. Los cromatos son sales o ésteres del ácido crómico. Se presenta generalmente en forma de minerales de colores amarillentos. Las sales alcalinas son utilizadas como reactivos analíticos y oxidantes. Los volframatos son elemento poco abundantes en la naturaleza. Se trata de un metal duro, denso y de brillo plateado, que se encuentra formando parte de la volframita. Tiene utilidad en la formación de aleaciones y, dado su gran dureza, como sustituto del diamante. Una utilidad muy común por su elevado punto de fusión, es la fabricación de filamentos para lámparas incandescentes (tungsteno).

Los molibdatos (como la molibdenita) son minerales que se presentan en la naturaleza en forma de sulfuro. Tiene utilidad en la mejora de la resistencia y ductilidad de algunos aceros y aleaciones, y en la construcción de determinados componentes electrónicos.

VII. Fosfatos, arseniatos y vanadatos: Los fosfatos sales o ésteres del ácido fosfórico, arsénico y vanadio. Son solubles en los ácidos minerales, excepto los fosfatos neutros de metales alcalinos, que son solubles en agua. La utilidad fundamental de los fosfatos es la de fertilizante, aunque algunos de ellos también son empleados en la industria textil para eliminar la dureza del agua. Ejemplo de fosfatos son el apatito y la piromorfita.

VIII. Silicatos: Los silicatos son sales de ácido silícico. Se trata de los compuestos más frecuentes y fundamentales de la litosfera. Son parte importante de numerosas rocas y minerales (integran el 95% de la corteza terrestre), y se hallan exclusivamente en forma de silicio y oxígeno (sílice), o en combinación con otros elementos. Salvo los alcalinos, los silicatos son insolubles, y gran parte de ellos, salvo el fluorhídrico, son inatacables por los ácidos.

Minerales que se incluyen dentro de los silicatos son el feldespato, mica, cuarzo, anfibol, piroxeno y zeolita. Los silicatos más importantes son los de sodio y potasio (vidrios solubles), de magnesio (como el talco), de calcio (que integran el vidrio y el cristal), y de aluminio (como el caolín o la arcilla).

D) LOS RECURSOS MINERALES Son aquellos minerales que tienen alguna utilidad industrial o de otro tipo. Cristales Fuentes de energía Recursos no metálicos Recursos metálicos

a) Cristales Joyería: Los cristales de minerales se llaman gemas o piedras preciosas. Ejm: diamante, rubí, esmeralda, topacio,etc.

Coleccionismo: en museos, centros de investigación, particulares.

Electrónica: Algunos minerales generan impulsos eléctricos (en pantallas de cristal líquido, para medir el tiempo, para fabricar placas solares fotovoltaicas, láseres en estado sólido). Ejm: cuarzo, rubí.

Óptica: Lentes (fluorita), Polarizadores de luz (Turmalina).

b) Fuentes de energía Carbones y petróleo Uranio

c) Recursos no metálicos Materiales de construcción: bloques, áridos, cementos, morteros, materiales cerámicos, etc.

Materiales de uso industrial: fertilizantes para los cultivos (nitratos y fosfatos), pigmentos (hematites), sales sódicas (halita, silvina), industria química (azufre), elaboración de vidrio (arenas de cuarzo).

d) Recursos metálicos Los metales que utiliza el ser humano que se obtienen de los minerales.

2. LAS ROCAS

A) CONCEPTO DE ROCA Agregado de partículas minerales que se ha formado como consecuencia de un proceso natural. Rocas monominerales: formadas por un solo mineral. Ejm: caliza, yeso. Rocas poliminerales: formadas por varios minerales. Ejm: granito, gneis.

B) AMBIENTES DE FORMACIÓN DE LAS ROCAS Las rocas endógenas, de griego endos (interior) y geno (origen o engendrar), son aquellas que se han formado en el interior de la corteza terrestre. Los agentes transformadores de estos materiales son, principalmente, la temperatura y la presión.

1. CONSOLIDACIÓN MAGMÁTICA Si las rocas resultantes lo son por consolidación de materias fundidas, se denominan generalmente rocas ígneas o magmáticas. Si se especifica que la consolidación de las materias ígneas sucede en las zonas más internas de la corteza terrestre, en un confinamiento total, se definen entonces como rocas ígneas plutónicas o intrusivas (ejemplo de los granitos y sienitas). Si lo son en la superficie se denominan rocas ígneas volcánicas, extrusivas o efusivas (ejemplo de los basaltos y siolitas). Si suceden en una zona intermedia aprovechando fracturas o grietas, en un confinamiento parcial, surgen entonces las rocas ígneas filonianas (ejemplo de las aplitas y pórfidas).

2. PROCESOS EXÓGENOS Las rocas sedimentarias, es decir, aquellas cuya formación se debe a la acumulación por deposición de los materiales erosionados en la superficie terrestre, se clasifican atendiendo a su composición, origen de los componentes, modelado, etc., en: Detríticas Químicas Bioquímicas Orgánicas.

1. Detríticas: son aquellas que están formadas por fragmentos de minerales o rocas preexistentes. Son resultado de procesos dinámicos, aunque también pueden estar influidas en menor medida por otros procesos químicos o bioquímicos.

Conglomerados: son rocas sedimentarias formadas por consolidación de cantos, guijarros o gravas, de fragmentos superiores a 4 mm (si los granos son entre 2 y 4 mm. se denomina microconglomerado), englobados por una matriz arenosa o arcillosa y con un cemento de grano fino que los une (caliza o silícea).

Areniscas: son rocas sedimentarias cuyos granos poseen un diámetro inferior a 2 mm. Se trata de arenas cementadas en una matriz que, aunque puede ser de naturaleza muy variada, es generalmente silícea. La permeabilidad de estas rocas depende del número y tamaño de los poros que se intercomunican.

Lutitas: Las lutitas (limonitas y arcillitas), son rocas detríticas de grano muy fino (las arcillas tienen menos de 0,002 mm.). Están cementadas por precipitación química, y su porosidad puede llegar a ser inferior al 10% cuando se produce la compactación de limos y arcillas; éstas últimas tienen un alto valor económico.

2. Químicas: son aquellas en cuya formación o composición se desarrolla un proceso químico, y en ocasiones bioquímico. Atendiendo al modo que se manifiesta ese proceso, o a los elementos que las componen, se clasifican en: carbonatadas, silíceas, evaporitas, fosfatadas, ferruginosas y calizas de precipitacion.

3. Bioquímicas: también llamadas organógenas, son aquellas cuyo origen es la sedimentación o precipitación química de organismos, generalmente acuáticos. Se distinguen las: Calizas biohérmicas Cretas Calizas metasomáticas Silíceas

4. Orgánicas: son aquellas que se han formado por la acción de los seres vivos. Son los carbones y petróleos.

3. CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO Cuando se trata de la transformación endógena de rocas preexistentes en el interior de la corteza terrestre que no están en estado fluido (sean de origen ígneo o sedimentario), las cuales se denominan entonces rocas metamórficas.

C) CICLO DE LAS ROCAS