Formación de minerales y rocas

05/05/2013
LA FORMACIÓN DE MINERALES
Y ROCAS (1ºBACH)
1.La composición de la Tierra
La corteza y el manto terrestre (el núcleo es metálico) están
formados por materia mineral, es decir, por rocas de distinta
naturaleza y en diferente estado físico
. Las rocas que aparecen en las grandes formaciones
geológicas de la Tierra, son agregados de una o varias
especies de minerales, formados en un mismo proceso
natural.
Rita González de Prada
1
Profesora de I.E.S. de Bio-Geo
Existen rocas formadas por un sólo mineral:
Como por ejemplo las rocas calizas (formadas por el mineral
calcita)
Roca caliza
2
Otras rocas están formadas por varios minerales:
Como por ejemplo el granito que está formado por tres minerales
cuarzo, feldespato ortosa y mica negra o biotita.
GRANITO
Calcita (espato
de Islandia)
3
. Los minerales (que pueden considerarse la unidad
básica de la materia de la Tierra) son un tipo especial de
sustancia sólida en la que los átomos están unidos
mediante enlaces químicos según una determinada
ordenación en el espacio.
1.1.Elementos que constituyen las rocas
El análisis de las rocas de la corteza terrestre demuestra
que están constituidas en un 98,6% por 8 elementos
geoquímicos:
1. Oxígeno (46,6%)
2. Silicio (27,7%)
3. Aluminio (8,1%)
4. Hierro (5%)
5.Calcio (3,6%)
6. Sodio (2,8%)
7. Potasio (2,6%)
8. Magnesio (2,1%)
5
4
1.2. ¿Qué es un mineral?
Se consideran minerales todas aquellas sustancias que tienen
las siguientes propiedades:
. Son sólidas, inorgánicas, se han formado mediante un
proceso natural, tienen una composición química
relativamente homogénea y definida, son estables y
tienen estructura cristalina.
El cobre y el azufre son
minerales compuestos por
un solo elemento químico.
La mayoría de los minerales están constituidos
por varios elementos químicos, como el
cuarzo, compuesto por silicio y oxígeno (SiO2).
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El ópalo es un mineraloide
porque tiene estructura
amorfa.
Estos elementos químicos que componen la materia
mineral, pueden encontrarse en forma de moléculas,
átomos o iones.
Pueden estar situados de dos formas:
1. De forma desordenada (mineraloides):
Los componentes no se sitúan según
formas geométricas definidas.
Se dice que tienen estructura amorfa.
2. De forma ordenada:
Los componentes se sitúan ordenados según
formas geométricas definidas. Se dice que
tienen estructura cristalina. Si esta
estructura es observable se llama CRISTAL,
si no es observable se llama mineral
masivo.
Cristal de cuarzo
“cristal de roca”
La limonita es
amorfa
Cristales de
amatista
En la materia mineral cristalina los distintos elementos, se
disponen en nudos o puntos que se sitúan formando una
red tridimensional.
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Para definir la celda unidad de una red, se establece un
origen de coordenadas en uno de sus nudos y se consideran
dos tipos de parámetros:
1. Tres vectores: a, b y c, que
parten del origen de coordenadas y
cuyo módulo equivale a la
distancia mínima a la que se
repite un nudo del mismo tipo en
las 3 direcciones del espacio.
En esta red se define
una unidad o estructura
básica llamada celdilla
unidad, que se repite en
las tres direcciones del
espacio, millones de
veces en cada cristal.
Cada mineral tiene una ordenación interna característica.
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La repetición tridimensional de la celda unidad, genera las redes
cristalinas, que se agrupan en siete sistemas cristalinos:
cúbico, tetragonal, hexagonal, trigonal, rómbico,
monoclínico y triclínico.
TETRAGONAL
Cuarzo rosa masivo
A. Definición de la celda unidad
1.3. LOS CRISTALES
CÚBICO
Hematites
masivo
2. Los tres ángulos: a, b y g, que dichos vectores forman
entre sí.
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14 redes
cristalinas
agrupadas en
7 sistemas
cristalinos
HEXAGONAL
RÓMBICO
TRIGONAL
MONOCLÍNICO
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TRICLÍNICO
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Red cristalina de la halita (NaCl)
cristaliza en el sistema cúbico
B. LA CRISTALIZACIÓN
Para que se formen los cristales es necesario que
establezcan enlaces los elementos que constituyen la red
cristalina (iones, átomos o moléculas), hecho que tiene
lugar en procesos naturales caracterizados por
condiciones concretas de presión y temperatura.
Para que se forme un cristal se necesita:
1. Espacio suficiente para poder crecer sin interferencias.
2. Tiempo para que puedan establecerse los enlaces.
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2. Por precipitación de sustancias disueltas
C. FORMAS EN QUE SE PRODUCE LA
CRISTALIZACIÓN
Los iones que están en una disolución acuosa pueden
enlazarse y formar cristales (precipitar), bien por
evaporación del disolvente, bien por un cambio en las
condiciones físico-químicas de la disolución que afecta a
la solubilidad del soluto.
Se da en rocas sedimentarias.
1. Por consolidación de magmas:
En los magmas, los elementos
constituyentes de los minerales
se encuentran dispersos en un medio
líquido.
El enfriamiento produce la
unión de los elementos en las
redes cristalinas sólidas de
los diferentes minerales.
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Un ejemplo de este
proceso es el olivino
Así se forman los minerales de
las rocas magmáticas.
15
La calcita de las
estalactitas.
El yeso de
antiguas lagunas16
4. Por TRANSFORMACIONES EN ESTADO SÓLIDO
3. Por SUBLIMACIÓN
El proceso por el cual se forman los minerales a partir de un
gas se denomina sublimación.
Son modificaciones de cristales ya existentes que tienen
lugar cuando un mineral ya cristalizado, queda expuesto a un
cambio en las condiciones físico-químicas, que desestabiliza su
red cristalina (rocas metamórficas).
Algunos de sus componentes se desprenden y otros
se vuelven a unir en otros lugares de la red: recristalización.
El resultado es un mineral diferente.
En las regiones volcánicas
crecen cristales de azufre
alrededor de las fumarolas
que llevan gases sulfurosos
Mina de Ijen
(Indonesia)
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D. CRISTALOGÉNESIS
D.2. EL CRECIMIENTO DE CRISTALES
D. 1. LA NUCLEACIÓN DE CRISTALES
La nucleación es el inicio del proceso de cristalización, la
cual empieza a partir de una diminuta estructura inicial
llamada germen o núcleo, a partir de la cual el cristal
pueda crecer.
El crecimiento: Es la adición de nuevos constituyentes al
núcleo inicial. Estos elementos se van disponiendo en filas
paralelas, que se unen para formar planos reticulares, que se
van disponiendo unos sobre otros para formar las caras del
cristal.
•Nucleación homogénea: Cuando la partícula
es de la misma composición y estructura del
cristal que se va a formar.
•Nucleación heterogénea: Cuando el núcleo es
una sustancia diferente y preexistente que favorece
su cristalización. Las partículas extrañas quedan
incluidas dentro del nuevo cristal como impurezas
o inclusiones.
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D.3. LAS VARIACIONES EN LA CRISTALIZACIÓN
Y SUS EFECTOS.
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Serie isomórfica de las plagioclasas: formadas por
silicatos de calcio y sodio con proporciones variables de
ambos elementos. Los extremos son la albita y la anortita.
Durante el proceso de cristalización es muy frecuente que
ocurran variaciones en las condiciones del medio, que alteren:
a. la composición química del mineral,
b. su estructura, o c. la apariencia externa de sus cristales.
SERIE DE LAS PLAGIOCLASAS
(Feldespatos de sodio y calcio)
EFECTOS: Isomorfismo, polimorfismo, imperfecciones y
asociaciones de cristales.
A. Isomorfismo: Durante la formación de la
red de un mineral, se producen sustituciones
de elementos, con tamaño y propiedades muy
parecidas, que no altera la red cristalina.
Da lugar a minerales isomórfos, misma estructura pero con
composiciones químicas variables en función de la cantidad
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de sustituciones que presentan.
B. Polimorfismo: Las distintas condiciones físico químicas
determinan que se formen minerales polimorfos.
ALBITA
(Feldespato sódico)
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C. Imperfecciones:
Minerales polimorfos: Estructuras cristalinas diferentes pero
la misma composición química.
A elevada presión y temperatura
el carbono cristaliza en el sistema
cúbico y forma el diamante.
En condiciones más moderadas
cristaliza en el sistema hexagonal
y forma el grafito.
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ANORTITA
(Feldespato cálcico)
Cristales de fluorita imperfectos
Irregularidades en las
caras de un cristal,
por un crecimiento
incorrecto.
Dislocaciones:
Aparición de nuevas
filas de elementos
cuando en el plano
anterior no existían, o
escalones en las
caras, o falta de
aristas o vértices....
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D. Asociaciones de cristales:
La formación de un único núcleo y un único cristal aislado es
muy complicada. Por el contrario es frecuente que en el proceso
de crecimiento se creen agregados cristalinos, unión de
cristales formados a partir de diferentes núcleos.
Geodas: agregado de
cristales formado en el
interior de una cavidad.
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Geoda gigante de yeso en Pulpí (Almería)
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Maclas: agregado que
compone una estructura
simétrica.
Drusas: agregado
irregular de varias
especies de minerales.
Macla de aragonito
Macla de pirita
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1.4. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS
MINERALES
Las propiedades físicas de los minerales están determinadas por
su composición química y por su estructura cristalina.
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El peso específico depende de la distancia a la que se
encuentren los átomos, y por tanto también de su estructura
cristalina.
Las propiedades físicas que poseen son de varios tipos:
1. PESO ESPECÍFICO: Es la relación que existe entre el
peso de un fragmento de un mineral y el peso de un volumen
igual de agua a 4ºC. Nos da una idea de su densidad.
La baritina es un mineral bastante
denso con un peso específico de hasta
4,5 gr/cc.
Diferentes formas de
barita o baritina
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Red cúbica del diamante
El grafito y el diamante, son minerales que tienen la misma
composición química (carbono puro), pero distinta estructura
interna.
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Tiene mayor peso específico el diamante que el grafito.
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2. DUREZA
La dureza de un mineral es la resistencia que ofrece a ser
rayado. Depende del tipo de enlace que exista entre los
átomos de su estructura cristalina.
Escala de Mohs :
•Se rayan con la uña: 1 . Talco y 2 . Yeso
•Se raya con un clavo de hierro: 3 . Calcita
•Se raya con el vidrio: 4 . Fluorita
•Se rayan con la lima de acero: 5 . Apatito
•Se raya con el cuarzo: 6 . Ortosa
•Rayan al vidrio: 7 . Cuarzo y 8 . Topacio
9 . Corindón y 10 . Diamante
Dureza 1. Talco
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Dureza 2. Yeso
Dureza 3. Calcita
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Dureza 4. Fluorita
3. EL COLOR DE LA RAYA
5. Apatito
8. Topacio
6. Ortosa
9. Corindón
7. Cuarzo
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10. Diamante
4. FRACTURA Y EXFOLIACIÓN
(dependen de su estructura interna)
Cuando se golpea y rompe un mineral, la superficie de fractura
puede presentar distintos aspectos:
1. Que presente superficies planas: En este caso se dice que
el mineral presenta exfoliación, la cual puede ser laminar
como en el caso de la mica, o formando cubos como en el
caso de la galena, o romboedros en el caso de la calcita.
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Es el color del
polvo que queda al
rayar un mineral,
o bien al rayar con
él una superficie de
porcelana, es
específico de cada
mineral.
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2. Que presenten un determinado aspecto, que se denomina
fractura, la cuál puede ser:
Sílex (cuarzo)
a. concoidea
b. fibrosa
c. irregular
d. terrosa
Talco
Asbesto
Azufre
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5. EL BRILLO
Es el aspecto que presenta la superficie del mineral cuando
refleja la luz.
Tipos de brillo:
NACARADO: Con apariencia de madreperla, como el de
la mica blanca o moscovita y el del talco.
METÁLICO: Como el de la pirita.
VÍTREO: como el del cuarzo.
GRASO: como el de la halita
RESINOSO:Con apariencia
de resina, como el de la
blenda acaramelada o
esfalerita.
MATE: sin brillo, como la
hematites (oligisto).
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6. EL COLOR
Algunos minerales presentan un único color característico
que sirve para su identificación:
- como el rojo bermellón del cinabrio.
- el amarillo latón de la pirita.
- el verde oliva del olivino.
DIFERENTES
COLORES DE
FLUORITAS
Sin embargo, un mineral puede tener
diferentes colores, debido a impurezas:
El cuarzo puede ser además de incoloro (cristal de roca),
rosa, morado (amatista), blanco (cuarzo lechoso), marrón
(cuarzo ahumado),...
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7. LA REFRINGENCIA: Manera en que se propaga la
luz a través de los cristales de los minerales .
Si en un mineral la luz se propaga a igual velocidad en
cualquier dirección, se dice que es monorrefringente.
Algunos minerales propagan la luz más rápido en una
dirección que en otra: dividen en dos el rayo de luz que los
atraviesa, son birrefringentes.
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Un caso curioso de propagación de la luz es el caso de la
ulexita ( borato de sodio y calcio), llamada piedra
televisión, porque proyecta hacia su superficie la imagen
que hay detrás (fibra óptica natural).
Birrefringencia de
la calcita variedad
“espato de Islandia”
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8. LA LUMINISCENCIA
(Fluorescencia enminerales.wmv)
9. EL HÁBITO
Cuando los cristales crecen sin interferencias, adoptan formas
relacionadas con su estructura interna. La forma general
de los cristales de un mineral se llama hábito y algunas veces
es útil para la identificación del mismo.
Propiedad de emitir luz que tienen algunos minerales,
sin estar incandescentes.
Aparece cuando se somete a los minerales a la acción
de diversas radiaciones (como la luz U.V.).
Si la luminiscencia continúa cierto tiempo después de
haber cesado la fuente de excitación, hablamos de
minerales fosforescentes.
Tipos de hábitos:
Columnar: Como los del corindón o los del cuarzo.
Foliado: Similar a hojas como la moscovita.
Radial: Fibras radiadas que terminan en superficies
redondas como la antimonita.
Acicular: En forma de agujas como el rutilo.
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10. EL MAGNETISMO
44
11. LA TENACIDAD
Es la capacidad que tienen algunos minerales de ser atraídos
por un imán o de atraer como él. También depende de su
estructura interna.
Esto le ocurre a la magnetita.
Se llama así a la propiedad mecánica que representa
resistencia que opone a ser roto, molido, doblado o
desgarrado ("ausencia de fragilidad“).
Determinados minerales muy duros, como el diamante,
presentan una elevada fragilidad al golpe, lo que
condiciona su utilización.
La jadeíta (inosilicato) permite
tallas sofisticadas gracias a su
elevada tenacidad.
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12. PROPIEDADES ELÉCTRICAS
Algunos cristales de minerales pueden adquirir carga
eléctrica:
1. Al ser calentados: piroelectricidad.
2. Al ser sometidos a presión: piezoelectricidad.
La turmalina es un mineral
piroeléctrico y piezoeléctrico
que se usa mucho en electrónica.
El cuarzo es piezoeléctrico, tiene aplicación en aparatos
de encendido electrónico, reguladores de la frecuencia de los
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aparatos de radio, relojes de cuarzo, etc..
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1.5. PROPIEDADES QUÍMICAS
Las propiedades químicas dependen de la composición del
mineral, y no de su estructura interna.
Ejemplos de propiedades químicas son la capacidad de
disolverse en agua, el sabor (la halita y la silvina
tienen sabor salado), y el olor.
El azufre tiene un olor
muy característico
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2.1. Ambiente petrogenético
magmático
2. LOS AMBIENTES
PETROGENÉTICOS
La dinámica de las placas crea zonas en la litosfera cuyas
condiciones posibilitan la formación de las rocas.
Estas zonas son los ambientes petrogenéticos, y son tres:
Se da en regiones litosféricas donde se forman
magmas.
Éstos ascienden hacia la superficie y se consolidan
dando lugar a las rocas magmáticas.
2.1. Ambiente petrogenético magmático
2.2. Ambiente petrogenético metamórfico
2.3. Ambiente petrogenético sedimentario
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Condiciones para que las rocas se fundan:
Para que se forme magma se tienen que dar algunas
de estas circunstancias:
-Un aumento de la temperatura:
. Debido a fricción de placas tectónicas
. Debido al emplazamiento profundo de las rocas
. Debido a la llegada de un penacho térmico del manto
http://www.bioygeo.info/Animaciones/ConvectionTecto
nics.swf
51
50
-Una disminución de la presión
. Debida a una fractura de la litosfera
. Debida a un emplazamiento de rocas calientes en un
zona menos profunda
-Una entrada de fluidos, sobre todo de agua, en las
rocas calientes.
El agua reacciona con los componentes de los minerales,
desestabiliza sus estructuras cristalinas reduciendo la
temperatura de fusión.
http://www.bioygeo.info/Animac
iones/MagmaMelting.swf
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PRINCIPALES REGIONES CON
AMBIENTE MAGMÁTICO
1. Bordes divergentes:
Dorsales y rift intracontinentales
La separación de las placas abre fisuras en la corteza
que hacen descender la presión de las rocas calientes del
manto superior y las funden.
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Rift intracontinental
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2. Bordes convergentes:
Zonas de subducción
La fricción y hundimiento hacia el manto de la placa
que subduce, causan una liberación masiva del agua
contenida en sus rocas.
Esta agua facilita la fusión de las rocas calientes del
manto, y el magma generado asciende a la superficie,
provocando una intensa actividad plutónica o volcánica.
3. Zonas de intraplaca:
Penachos térmicos del manto profundo que ascienden
en los puntos calientes, originan magmas muy fluidos
que salen a través de grietas y originan volcanes.
Formación de las
Islas Hawai
55
56
AMBIENTES MAGMÁTICOS
También pueden formarse magmas al abrirse grietas de
distensión en la litosfera del interior de placas divergentes,
como parece ser el caso de las islas Canarias.
57
58
2.2. Ambiente petrogenético
metamórfico
El ambiente metamórfico se da en zonas con temperatura
más o menos elevada y presiones más o menos intensas
Metamorfismo: procesos que cambian la composición o
disposición de los minerales en las rocas debido a el
cambio en las condiciones de presión y temperatura.
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REGIONES CON AMBIENTE
METAMÓRFICO
1. Bordes divergentes (dorsales): El intenso
magmatismo de estas zonas genera aumentos de
temperatura e inclusiones de fluidos hidrotermales en
las rocas circundantes que las metamorfiza.
3. Bordes convergentes : Los esfuerzos compresivos de
estas zonas, unidos a la presencia de magmas
ascendentes producen aumentos de temperatura y presión
que afectan a grandes volúmenes de rocas (metamorfismo
regional).
2. Fallas transformantes: La fricción de las placas en
estas zonas produce altas presiones y temperaturas en las
rocas.
61
62
2.3. Ambiente petrogenético
sedimentario
4. Regiones de intraplaca: Solo se produce
metamorfismo en las zonas próximas a los focos
magmáticos de los puntos calientes y en las rocas del
fondo de las cuencas oceánicas.
Propio de regiones de la litosfera denominadas cuencas
sedimentarias (depresiones cóncavas en las que se
produce la acumulación de sedimentos).
El fondo de estas cuencas sufre un
continuo hundimiento,
(subsidencia), que permite la
acumulación de abundantes capas de
sedimentos.
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REGIONES CON AMBIENTE
SEDIMENTARIO
Los sedimentos más profundos sufren el
proceso de diagénesis, convirtiéndose en
rocas sedimentarias.
64
B.2. Las situadas en las fosas de los bordes de tipo
andino: que acaban formando el orógeno costero.
A. Cuencas sedimentarias en bordes divergentes :
En el fondo de los rift intracontinentales que cesan su
actividad (aulacógenos).
B. Cuencas sedimentarias en bordes convergentes :
En las zonas de subducción aparecen las cuencas
sedimentarias más importantes.
Depósito
Las hay de tres tipos:
B.1. Las situadas entre el
arco insular y el continente
sedimentario
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11
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B.3. Las situadas en el fondo marino entre dos masas
continentales que se aproximan: que acaban
constituyendo los orógenos de colisión.
C. Cuencas sedimentarias en zonas de intraplaca:
Las principales se localizan en los fondos marinos de los
márgenes de una masa continental situada dentro de
una placa y en el interior de los continentes.
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3. RELACIÓN ENTRE AMBIENTES
PETROGENÉTICOS
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CICLO DE LAS ROCAS
Los ambientes petrogenéticos y las rocas que los forman no
son unidades aisladas.
Están muy relacionados ya que todos están producidos o
influidos por la dinámica de las placas litosféricas y por los
procesos del modelado debidos a la interacción de las rocas
con la atmósfera y la hidrosfera.
Secuencia continua y cíclica
de procesos en los que unas
rocas se van transformando
en otras.
El concepto de “Ciclo de las Rocas”, fue propuesto por
J.Hutton en el siglo XVIII, y enunciado por C.Lyell en el XIX.
Fue el primer intento por encadenar todos los procesos
petrogenéticos.
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70
CICLO DE LAS ROCAS
EROSIÓN Y
TRANSPORTE
Meteorización de las
rocas en superficie
Depósito de
SEDIMENTOS
Enterramiento y
Compactación
ROCAS
MAGMÁTICAS
Ascenso
ROCAS SEDIMENTARIAS
Solidificación
del MAGMA
ROCAS METAMÓRFICAS
Deformación y
METAMORFISMO
71
72
Fusión
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