Transformaciones e Impurezas de la Superficie de los

SMCr. VIII Congreso Nacional de Cristalografía
II Reunión Latinoamericana de Cristalogfrafía
VI Reunión de Usuarios de Luz Sincrotrón
23-27 de octubre del 2016. Mérida, Yucatán, México
Transformaciones e Impurezas de la Superficie
de los Cristales Gigantes de Naica, México
M. E. Montero-Cabrera1,*, I. Castillo-Sandoval1, I.J.A. Carreño-Márquez1, H.E. EsparzaPonce1, L. Fuentes-Cobas1, B. Pérez-Cázares2, M. E. Fuentes-Montero3, E. MenéndezMéndez4, H. Castillo-Michel5, M. Reyes-Cortes2 y M.Y. Luna-Porres1
1
Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV), Miguel de Cervantes 120, Chihuahua,
Chih 31136, México.
2
Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma de Chihuahua, Campus Universitario#2, Circuito
Universitario, C.P.31125, Chihuahua, Chih. México.
3
Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Autónoma de Chihuahua, Campus Universitario#2, Circuito
Universitario, C.P.31125, Chihuahua, Chih. México.
4
Instituto de Ciencias de la Construcción “Eduardo Torroja” (CSIC), C/. Serrano Galvache nº 4, 28033 –
Madrid, España.
5
European Synchrotron Radiation Facility, CS40220, 38043 Grenoble Cedex 9, France
*e-mail: [email protected]
Resumen. Se describe un estudio de los efectos ambientales sobre los monocristales de selenita de la
Cueva de los Cristales Gigantes de Naica. Aplicando técnicas de caracterización como la petrografía, la
microscopía electrónica de barrido, la difracción de rayos X en incidencia rasante, la microfluorescencia
de rayos X y la estructura fina de absorción de rayos X se han estudiado las impurezas existentes en la
superficie de las muestras. Paralelamente se realizaron experimentos de ataque acelerado de diferentes
atmósferas sobre muestras de monocristales representativos, a temperatura ambiente y a 60 °C. Estas
últimas muestras también se han caracterizado por las técnicas mencionadas. Nuestros resultados
generales sugieren que los efectos más importantes de la actividad humana en los cristales provienen de la
extracción del agua en la que estaban sumergidos.
Palabras clave: Cristales gigantes de selenita, simulación experimental, microanálisis de rayos X.
La mina de Naica se encuentra en una región semi-desértica en el sector centro-sur del estado de Chihuahua. En esta
mina existe un sistema de cuevas que continen cristales de selenita de grandes dimensiones. La denominada Cueva
de las Espadas fue descubierta en 1910 y la Cueva de los Cristales Gigantes en el año 2000. La última cueva
mencionada expone los monocristales de yeso o selenita más grandes en el mundo. Durante el siglo pasado la acción
humana ha modificado las condiciones en el interior de la cueva. En consecuencia, se espera el posible deterioro de
los cristales y la deposición de impurezas en su superficie.
Este trabajo describe un estudio de los efectos ambientales sobre estos monocristales gigantes. Hemos desarrollado
dos enfoques diferentes, uno en la identificación de las impurezas presentes en las superficies de los cristales y el
otro, en la simulación experimental de la acción de los gases producidos por las actividades humanas en la superficie
de los cristales gigantes. En el primer análisis, para la identificación de las fases en las superficies de los cristales
hemos estudiado una veintena de muestras utilizando petrografía, microscopía electrónica, difracción de rayos X
convencional y difracción de radiación de sincrotrón, así como microfluorescencia y espectroscopía de la absorción
de rayos X. En el segundo enfoque, se ha desarrollado una serie de experimentos sometiendo muestras de
monocristales a diferentes atmósferas, en medio acuoso y en presencia de gases, a temperatura ambiente y a 60°C. A
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23-27 de octubre del 2016. Mérida, Yucatán, México
continuación, los cristales se caracterizan mediante varias técnicas, incluyendo microscopía electrónica de barrido y
difracción de rayos X en incidencia rasante.
Las figuras muestran ejemplos de resultados de los dos enfoques. La figura 1(a) presenta un mapa obtenido
mediante micro-fluorescencia de rayos X (-XRF) en el sincrotrón ELETTRA. El mapa muestra los colores de la
localización de Mn y Pb-As. En zonas seleccionadas se obtuvo el espectro de absorción de rayos X (-XANES) de
la línea L del Pb y del al línea K del As. Algunos detalles de los -XANES permiten la identificación cualitativa
de los compuestos presentes. Se observó la asociación de As con Mn y de Pb con Fe. El estudio general ha permitido
identificas en las impurezas los compuestos: hematita, esfalerita, galena, manganosita, pirolusita, goetita, cuprita y
otros. Todos ellos se han reportado en las rocas de la cueva y de la mina. La figura 1(b) presenta el difractograma de
incidencia rasante, obtenido en un difractómetro Empyrean con radiación de Cu y mediante el detector Pixcel3D de
una muestra del experimento de simulación, sometida a atmósfera de NOx, a T= 60°C durante 6 meses. En el mismo
se identificaron las reflexiones correspondientes al yeso y además 4 reflexiones pertenecientes al sulfato de calcio
hemi-hidratado o basanita. La basanita es una fase resultante de la deshidratación del yeso.
Figura 1. (a) Mapa de -XRF con zonas de estudio de la absorción de rayos X de los bordes L del Pb y K del As.
(b) Difractograma de incidencia rasante de una muestra de monocristal de selenita con identificación de las
reflexiones del yeso (Gyp) y de la basanita (Bas).
El estudio general sugiere que las impurezas detectadas no provienen de una reacción química provocada por los
gases antropogénicos en la superficie de los cristales, sino que estaban presentes en solución o suspensión en el agua
donde éstos crecieron. Nuestros resultados sugieren que la acción más importante de la actividad humana en los
cristales es la extracción del agua en la que estaban sumergidos.
Agradecimientos. Se agradece el apoyo del proyecto de Ciencia Básica SEP-CONACYT 183706, así como al
Stanford Synchrotron Radiation Lightsourse (proposal 3939), al ELETTRA Sincrotrone-Trieste (proposal
20155328) y al European Synchrotron Radiation Facility (proposal HG-77) por las facilidades brindadas en sus
magníficas instalaciones.