química inorgánica material de apoyo formación

QUÍMICA INORGÁNICA
MATERIAL DE APOYO
FORMACIÓN Y APARICIÓN DE ROCAS Y
MINERALES
Elaborado por: M.C. Rosaura Salazar Lara
Enero de 2010
FORMACIÓN Y APARICIÓN DE ROCAS Y MINERALES
La superficie terrestre se divide en litosfera, atmósfera, hidrosfera y biosfera (ambiente de
vida). La litosfera está compuesta de minerales, que aparecen en conjuntos más o menos
complejos llamados rocas. Al considerar el origen y aparición de los primeros minerales,
tenemos que tratar de la litosfera, aunque la atmósfera, hidrosfera y biosfera estén
relacionadas con la formación de minerales secundarios.
La composición media de la litosfera se ha obtenido promediando miles de análisis químicos.
Estos han demostrado que en más de 98% está formada por ocho elementos químicos:
oxígeno (46.60), sílice (27.72), aluminio (8.13), hierro (5.00), calcio (3.63), sodio (2.83),
potasio (2.59) y magnesio (2.00). De los muchos metales útiles, sólo el aluminio, hierro y
magnesio están en la lista de los ocho elementos más comunes.
La ciencia llamada geoquímica o química de la tierra, estudia el origen de los depósitos
minerales y la forma en la que los elementos químicos se combinan y distribuyen. También
intenta explicar los procesos de diferenciación y concentración que tuvieron lugar al formarse
la tierra y los cambios sufridos hasta producir las rocas y minerales que ahora existen.
LA ESTRUCTURA DE LA TIERRA
Las teorías que se refieren a la estructura de la tierra se basan en información obtenida de
diversas fuentes. Entre estas fuentes están: (1) la composición de los meteoritos, suponiendo
que sean similares a los materiales de la tierra; (2) la propagación de las ondas de los
terremotos, que delatan diferencias en la densidad y elasticidad de la tierra a diversas
profundidades, y (3) la existencia del campo magnético terrestre. De estas observaciones se ha
llegado a la conclusión de que la tierra está formada por capas concéntricas, primero un
núcleo de níquel-hierro, de pequeño volumen y en parte fundido; segundo, una capa sólida,
llamada manto, que forma la parte más grande de la tierra y que tiene una composición que
corresponde a la roca básica peridotita; tercero, una corteza exterior relativamente delgada, es
decir, la litosfera.
LITOSFERA
Las rocas de la litosfera son principalmente rocas ígneas que se han formado por
cristalización de materiales fundidos llamados magma. La composición de estas rocas se
expresa no en función del porcentaje de sus elementos químicos, sino en función de los
óxidos que contienen, tales como SiO 2, Al 2O3 , FeO y Na20. Esto también ocurre en el caso
de los minerales individuales. Por ejemplo, la fórmula del olivino, Mg 2Si04, se puede escribir
2MgO.SiO2. La de la anortita, CaAl 2Si 208, en forma de CaO.Al203.2Si02 ; y la de la albita,
como Na20.AI203. 6SiO2.
Las rocas ígneas y los minerales de silicatos se pueden clasificar como ácidos, intermedios y
básicos. Estos términos se, emplean para indicar el porcentaje de sílice (Si02). Una roca que
tenga un elevado contenido e sílice (más del 65%) se dice que es ácida, entre 65% y 52% se
la llama intermedia, y por debajo de 52 %, roca básica. Basándonos en esto, el olivino y la
anortita son minerales básicos, mientras que la albita es ácido.
Las rocas de la corteza que está debajo de las grandes cuencas oceánicas son principalmente
basaltos, roca básica. En las áreas continentales y en la cuenca atlántica, las rocas graníticas
están encima de los estratos basálticos. En las áreas continentales aparecen extensiones
relativamente delgadas o irregulares de rocas secundarias, sedimentos y rocas metamórficas.
PROCESOS MAGMÁTICOS
Después de haber sufrido una primera transformación durante la formación de la tierra, se
han producido alteraciones complejas y reajustes de los materiales de la corteza terrestre. En
diversos períodos, tuvieron lugar en la superficie erupciones volcánicas y extensas corrientes
de lava, así como inyecciones de roca fundida dentro de los niveles superiores de la corteza.
Estas acciones son el resultado de la fusión de rocas previamente existentes a profundidades
moderadas. El magma es la principal fuente de minerales. Una parte importante de la
geoquímica se ocupa de los procesos magmáticos.
DIFERENCIACIÓN MAGMÁTICA
La cristalización de un magma es un proceso muy complejo. Cualquier sustancia pura tiene
un punto de fusión fijo. Por encima de ese punto, es líquida; por debajo de ese punto, se
cristaliza y es sólida. Sin embargo una mezcla de materiales fundidos, tales como un magma,
no tiene temperatura do cristalización definida. Es una disolución a temperatura elevada y,
cuando se enfría, la sustancia que tiene el punto de fusión más elevado no tiene porqué
cristalizar la primera, sino que cristaliza antes la menos soluble, y después la más soluble.
Los componentes menos solubles son ciertas menas y minerales básicos, de un contenido
bajo de sílice, como el olivino y la anortita. Los minerales ácidos, como la albita y el cuarzo,
son los más solubles y, por eso, los últimos que cristalizan. Este orden de formación se
conoce con el nombre de cristalización fraccionada o diferenciación magmática.
Aunque se pueden determinar las temperaturas y composiciones de la lava y de los gases que
se salen de los volcanes activos, estos datos no sirven en lo que se refiero al magma que hay
debajo de la superficie. Las observaciones que se han hecho de las rocas resultantes del
enfriamiento del magma, se limitan a unos pocos afloramientos naturales o a minas hechas
por el hombre.
Es difícil determinar los procesos magmáticos en el laboratorio a causa de (1) la composición
compleja del magma, (2) las altas presiones y temperaturas, y (3) el factor tiempo ilimitado
que llevan consigo las reacciones químicas y la cristalización del magma en la naturaleza.
ACCIÓN DE LOS COMPONENTES VOLATILES
El magma normalmente contiene componentes gaseosos llamados volátiles, componentes
fugitivos, o mineralizadores. Estos componentes gaseosos ha pueden salir a la superficie a
causa de la presión que soportan en el interior de la tierra. El más importante y abundante de
estos volátiles es el vapor de agua, que contiene pequeñas cantidades de dióxido de carbono y
compuestos de cloro, flúor, hora y azufre. Estos volátiles tienen un papel muy importante en
las complejas series de cambios que tienen lugar cuando se reduce la temperatura y presión
del magma. Estos cambios son de los tipos siguientes:
1. Los volátiles no entran en la composición de los minerales qua cristalizan primero, y se
concentran en el material residual. Los volátiles forman una fase magmática de agua y
finalmente una fase hidrotermal.
2. Los volátiles reducen la temperatura de cristalización y aumentan mucho la fluidez y
reactividad química del magma residual. La presión de los gases en expansión tiende a
inyectar el material magmático en las rocas adyacentes. .
3. Los volátiles juegan un papel importante en las reacciones existentes entre el magma y la
roca de la zona metamorfismo de contacto, y toman también parte en la concentración de
ciertas menas minerales. Si están cerca de la superficie, estos volátiles pueden salir y formar
sublimados o contaminar el agua subterránea, como en algunos manantiales termales.
Neumatolisis es un término general que, se aplica a la formación de minerales en una roca
ígneas o en las fisuras de la roca adyacente por la acción de gases o vapores que emanan de
la masa ígnea.
ORDEN DE CRISTALIZACIÓN DEL MAGMA
Los minerales básicos, de bajo contenido de silicio, como el olivino y la plagioclasa básica,
son los minerales silicatados que primero cristalizan. Los minerales no silicatados, como los
sulfuros y los óxidos de hierro, cobre, níquel, cromo y titano, lo mismo que el platino y
diamante, pueden ir asociados con los silicatos básicos. Los silicatos intermedios les siguen
en la cristalización. Los últimos que cristalizan son los minerales ácidos, como la ortosa,
mica y cuarzo.
Esta secuencia de cristalización explica la formación de diferentes tipos de roca a partir de un
mismo magma. Los minerales básicos que cristalizan primero, forman una roca de tipo básico.
El magma residual resultante tiene una composición diferente del magma original, y forman
un tipo de roca intermedio, seguido más tarde por un tipo de roca ácido. Si en cualquier sitio
se produce una cristalización o diferenciación completa, sin alteraciones orogénicas, la masa
ígnea resultante presenta una estructura en zonas o cáscaras. Las diversas zonas no tienen
necesariamente fases perfectamente definidas o separadas, sino, más bien una graduación de
un tipo a otro. Sin embargo, si las presiones durante, los procesos de cristalización son lo
suficientemente altas para mover el material todavía fundido, habrá una distribución espacial,
con las últimas rocas ácidas más o menos alejadas de las rocas básicas formadas en primer
lugar.
ESTADO PEGMATITICO
Después que ha cristalizado la mayor parte del magma, el residuo tiene mayor contenido en
volátiles, siendo el vapor de agua el principal de ellos. Entonces si la temperatura se reduce
lo bastante para permitir que se forme agua, se da lugar a una disolución acuosa muy
caliente y muy concentrada, llamada, agua magmática. Este agua magmática contiene Si02,
Al2 03 , Na20 y K20. Además, lleva una concentración grande de muchos de los elementos
menos comunes, que fueron componentes, accesorios del magma original. Esta agua
magmática es más fluida que el magma, y suele inyectarse en las rocas encajantes, dando
lugar a que se formen como redes de venas, conocidas con el nombre de diques
pegmátiticos. Los componentes principales de estos diques se parecen a los de las rocas
graniticas. Un granito suele estar compuesto de cuarzo, ortosa (feldespato de alta temperatura) y muscovita mientras que un dique de pegmatita contiene cuarzo, microclino
(feldespato de alta temperatura) y muscovita. No obstante, hay una gran diferencia en la
textura de ambas rocas. En el granito, la ortoclasa, mica y cuarzo pueden existir en forma de
granos muy pequeños, mientras que la pegmatita, el microclino se presenta en cristales
grandes, la mica, en láminas, y el cuarzo, en masas. Estos cristales grandes se forman a
causa de la mayor fluidez del agua magmática comparada con el magma viscoso. Algunas
pegmatitas tienen una composición muy simple, mientras que otras son muy complejas.
Minerales típicos de la pegmatita son la turmalina, el berilo, litio, mica, topacio,
espodumena, monacita, uraninita, wolframita y columbita. En la naturaleza aparecen
también pegmatitas de composición básica, pero tienen una textura más fina y no contienen
gran cantidad de minerales accesorios.
METAMORFISMO REGIONAL
Este segundo tipo de metamorfismo afecta a grandes zonas y se debe principalmente a las
presiones tectónicas de formación de montañas o procesos orogénicos. El calor y el agua
juegan también un papel importante. El proceso se llama metamorfismo dinámico o regional.
Puede haber recristalización sin cambiar la composición del mineral, como en el caso de la
transformación de caliza en mármol o de la arenisca en cuarcita. Un granito puede alterarse
hasta llegar a gneiss, sin cambiar la composición del mineral, pero con los granos aplastados
o alargados, dando una textura laminada muy basta. En dichas rocas metamorfizadas se
pueden desarrollar minerales nuevos y característicos, por ejemplo, la andalucita, cianita,
sillimanita, estaurolita, algunos granates, y epidoto.
MINERALES SECUNDARIOS
Se llaman minerales primarios los que cristalizan de un magma o de agua magmática.
Minerales secundarios son aquellos que se forman de minerales previamente existentes,
mediante procesos en los que participan la hidrosfera, la atmósfera y la biosfera. El principal
agente es el agua meteórica, es decir, el agua que cae a la tierra en forma de lluvia o nieve,
comprende el agua de los océanos, lagos, ríos y aguas subterráneas y superficiales.
El agua meteórica que contiene gases disueltos de la atmósfera y organismos vivos de la
biosfera tiene un papel destructivo y constructivo. Los minerales se alteran químicamente o se
disuelven, se transportan y se precipitan, o son llevados en disolución hacia el océano o lagos
salobres, finalmente se depositan en forma de nuevos minerales. La acción del agua
subterránea sobre las rocas y los minerales es una fase importante de meteorización.
Los minerales secundarios se forman por los siguientes procesos:
1 .Meteorización química, principalmente oxidación,· hidratación y carbonatación.
2. Disolución y precipitación por agua que contenga dióxido de carbono disuelto.
3.Disolución y precipitación por fuentes y geyseres calientes.
4.Lixiviación de minerales solubles, con concentración de componente insolubles.
5. Evaporación de agua en lagos salinos y océanos.
6. Formación de minerales por la acción de organismos vivos.
1 .Meteorización química. El agua subterránea, con oxígeno y dióxido de carbono disuelto,
procedente de la atmósfera, puede reaccionar con los minerales y cambiar su composición.
Por ejemplo, los minerales de cobre nativo o los sulfuros de cobre pueden transformarse en
carbonatos de cobre, malaquita (Cu2(OH)2C03) y azurita (CU3(OH)2(C03)2). Un sulfuro puede
pasar también a sulfato, como la galena (PbS) a anglesita (PbSO4),
FORMACIÓN Y APARICIÓN DE ROCAS Y MINERALES
También puede ocurrir que se hidrate, como cuando la anhidrita (CaS0 4) pasa a yeso
(CaSO4 .2H 2O).
El proceso llamado enriquecimiento secundario es de gran importancia para la concentración
de menas de cobre. El mineral aparece muy disperso en la superficie, pero se extiende hasta
considerable profundidad. Puede disolverse en la zona de oxidación, debido al agua
descendente de la superficie, y precipitarse a niveles inferiores. Si la superficie sufre una
erosión continua, de forma que la zona de oxidación descienda progresivamente, se llegan a
formal' depósitos muy ricos.
2. Disolución y precipitación por agua que contenga dióxido de carbono.
Cuando el agua subterránea que contiene disuelto dióxido de carbono procedente de la
atmósfera entra en contacto con la caliza, el carbonato cálcico pasa fácilmente a la disolución
en forma de bicarbonato soluble, CaH 2(C03)2. Por esta acción, en muchas regiones calizas se
han encontrado grandes cavernas. El bicarbonato es inestable y la reacción es reversible. El
dióxido de carbono se pierde y se vuelve a formar carbonato de calcio insoluble que precipita
en las cuevas en forma de estalactitas y estalagmitas y en bandas que se conocen tonel
nombre de ónix de cueva o mármol de ónix. El carbonato cálcico insoluble se deposita
también alrededor de fuentes o en lechos de corrientes o lagos, en forma celular llamada toba
calcárea.
3. Fuentes termales y géiseres. Algunos minerales relativamente insolubles en agua fría, se
disuelven en profundidad en el agua caliente y luego precipitan en la superficie. Ejemplos
típicos se encuentran en el Yellowstone Park, EE.UU. En la zona sur del parque, el agua
caliente asciende por rocas silíceas y disuelve sílice (SiO2) que se deposita alrededor de los
geyseres en forma de geyserita, un variedad del ópalo (SiO2.xH2 O). En la zona norte, el agua
caliente que asciende por rocas de carbonatos forma grandes terrazas de travertino (CaCOa ).
Las canteras de travertino en Tívoli, cerca de Roma, Italia, se han trabajado durante muchos
siglos para construcción y ornamentación.
4. Lixiviación de minerales solubles y concentración de componente insolubles. Son muy
importantes los depósitos residuales de algunos minerales. Entre éstos están los minerales de
arcilla, que son principalmente hidroaluminosilicatos, formados por la meteorización de
minerales silíceos que contienen aluminio (ver caolín). En las regiones tropicales y
semitropicales con estaciones húmedas y secas, se pueden formar lateritas. Las lateritas son
suelos rojos, con un elevado contenido de óxido férrico (Fe 203) que pueden constituir menas
de hierro. De forma similar, se puede formar la bauxita, con alto contenido en alúmina
(Al2O3). Dichos depósitos constituyen la mejor fuente de aluminio. De la misma, manera se
pueden concentrar varios óxidos de manganeso.
5. Evaporación. El océano contiene grandes cantidades de compuestos químicos en
disolución entre los cuales los más abundantes son los cloruros, sulfatos, carbonatos y baratos
de sodio, magnesio, calcio y potasio. En diversos períodos geológicos, el agua del océano se
evaporó en cuencas cerradas y se formaron grandes depósitos de yeso, anhidrita y halita. Los
minerales producidos por esta evaporación se conocen con el nombre de evaporitas. En
algunos casos, como en Stassfurt, .Alemania, donde la evaporación sigue a la saturación, se
depositaron también las sales de magnesio y potasio más solubles. Los depósitos de los lagos
en regiones áridas no sólo contienen yeso y halita, sino también importantes cantidades de
carbonato, sulfato y borato de sodio. La bromina y el magnesio metálico se producen
comercialmente a partir del agua del mar.
5.Formación de minerales por la acción de organismos vivos (biosfera). Aunque el carbonato
de calcio y la sílice sólo aparecen en pequeñas cantidades en los lagos y en los océanos,
ciertos organismos tienen la facultad de extraer estos compuestos del agua y segregados para
formar las partes duras de su cuerpo, Los moluscos, corales y crinoides hacen esto con el
carbonato de calcio (CaC03 ), en forma de calcita o aragonito. Se han formado grandes
depósitos de caliza por acumulación de los restos de estos organismos. Las esponjas,
radiolarios y diatomeas segregan sílice (Si0 2.xH20), dando lugar a la tierra diatomácea,
pedernal, ópalo y algunas variedades de la calcedonia. La limonita y el azufre pueden ser el
resultado de la acción de cierta bacteria. Los grandes depósitos de nitrato de sodio de Chile se
cree que tienen origen orgánico. El carbón y el petróleo se han formado de restos de plantas y
animales, pero, como se ha comentado, les faltan composiciones químicas características y no
se pueden calificar como minerales.
ROCAS
La corteza terrestre o litosfera está formada por rocas que a su vez se componen de minerales.
Si bien se conocen aproximadamente 2,000 especies minerales, el número de mincrales que
forman rocas es mucho más reducido, aproximadamente no más de 20. Los de mayor
importancia son los siguientes: feldespatos, feldespatoides, piroxenos, anfíboles, micas,
olivino, epidoto, granate, clorita, talco, serpentina, caolinita y minerales de arcilla afines,
cuarzo, hematita, magnetita, calcita, dolomita, yeso, anhidrita y halita.
Cualquier mineral o agregado de minerales que abarque una parte importante de la corteza
terrestre se llama roca. Una roca puede tener un solo componente, como por ejemplo, la
arenisca y la caliza. Pero la mayoría de las rocas tienen dos o más minerales, como en el caso
del granito, que está compuesto por' tres elementos principales, cuarzo, la ortosa o microclino
y mica. u hornablenda. Para aclarar la relación existente entre minerales y rocas, es que los
minerales son como letras del alfabeto, y las rocas, palabras.
Hay tres grupos diferentes de rocas, clasificadas atendiendo a su origen.
Las rocas ígneas son las que se han formado por solidificación de un líquido o masa fundida,
llamada magma. Las rocas sedimentarias son aquellas que se depositaron en el agua, bien en
forma de fragmentos llevados mecánicamente, bien en forma de precipitados químicos. Y las
rocas metamórficas son las que se han formado partiendo de las ígneas y sedimentarias,
gracias a agentes geológicos, entre los que se incluyen el calor, la presión y la acción química
del agua.
ROCAS IGNEAS
Si se deja que el magma se enfríe lentamente, llega un momento en que se sobresatura
respecto a ciertos compuestos químicos, que se separan o cristalizan para formar los
diferentes minerales. Los minerales importantes procedentes de rocas ígneas comprenden: (1)
minerales principales, y (2) accesorios. Los primeros son muy abundantes y su presencia
determina el tipo y denominación de la roca. Minerales principales son feldespatos, piroxenos,
anfíboles, micas, nefelina, lencita, olivino y cuarzo. Los minerales accesorios, como su
nombre indica, son aquellos que aparecen en pequeñas cantidades. No influyen en el carácter
de la roca. Los más importantes son la magnetita, ilmenita, pirita, pirrotita, apatito, circón,
rutilo y esfena.
Las rocas ígneas que se forman de los magmas y que han llegado a la superficie se llaman
rocas extrusivas o volcánicas. Debido a la pérdida de gases disueltos y a la rapidez del
enfriamiento, las rocas de este tipo se caracterizan por su textura fragmentaria, vítrea, celular,
o de grano extremadamente fino (felsítica). Las rocas que se han solidificado a profundidad se
llaman rocas plutónicas o intrusivas. Se han enfriado lentamente y, por tanto, sus granos
cristalinos son más grandes y mejor desarrollados. Se dice que tienen textura granular o
granítica. En muchos casos, la estructura de una roca es lo suficientemente basta para permitir
reconocer a simple vista todos los minerales principales que la componen. Se llama textura
porf'írica cuando existen cristales grandes (fenocristales) rodeados de una masa de grano más
fino o vítrea. Las rocas que poseen esta estructura se llaman pórfidos.
La clasificación de campo de las rocas ígneas es doble, basada por una parte en el grano o
textura, y por otra, en la composición química. Una roca es ácida cuando contiene más del 65
%' de sílice (Si02), Tiene un color muy vivo y abundancia de ortosa o microclino, algo de
plagioclasa ácida cuarzo y algunos minerales ferro- magnesianos, Ejemplos de este tipo son
el granito, granodiorita, riolita, apatita y pegmatita. Las rocas básicas son oscuras y tienen
menos del 52 % de Si02• Tienen gran cantidad de minerales ferromagnesianos, feldespatos
del grupo de la plagioclasa y olivino y poco o nada de cuarzo. Rocas ígneas básicas son el
gabro, peridotita, piroxenita, hornablendita y basalto. Los grupos intermedios son aquellos en
los que el contenido de Si02 oscila entre 52 y 65 %; representantes de este tipo son la sienita,
diorita, traquita y andesita. En la tabla 2.1 se da un resumen de las rocas ígneas más
importantes. Sin embargo, en la naturaleza, la transición de un tipo a otro es gradual. Los
diversos tipos no presentan las distinciones tan claras como se podrían deducir en la tabla 2.1.
Cualquiera de las rocas que en ella figuran podría tener una variedad porfirítica.
En la Tabla 2.1 se ve que una roca de textura granular se llama granito si tiene ortosa o
microclino, un componente oscuro y cuarzo, mientras que se conoce con el nombre de sienita
una roca de la misma textura, pero sin cuarzo. La riolita y la traquíta son mineralógicamente
equivalentes al granito y a la sienita, pero tienen textura felsítica y no granular. La diorita es
una roca granular, que se compone de plagioclasa ácida y hornablenda, mientras que el gabro
tiene plagioclasa básica, augita y, a veces, algo de olivino. Se llama dolerita al tipo de rocas
de grano fino de gabro diorita en las que no se puede apreciar a simple vista si el componente
oscuro es hornablenda o augito. La. andesita y el basalto son los equivalente felsiticos de la
diorita y el ga bro, respectivamente.
TABLA 21. CLASIFICACIÓN DE LABORATORIO DE ROCAS IGNEAS CORRIENTES
Rocas filonianas o Dique. Cortando las grandes masas rocosas se encuentran coil frecuencia
fisuras rellenas con intrusiones de material ígneo. Se conocen con el nombre de rocas
filonianas o diques. Son más modernos que la roca penetrada y pueden tener carácter muy
ácido o extremadamente básicos, Los diques de colores claros o ácidos comprenden la aplita
y la pegmatita; se llaman lamprófidos los diques básicos. La aplita es una roca de grano muy
fino que se compone de mucho cuarzo, microclino u ortosa, y una cantidad muy poco
importante de componente oscuro. La pegmatita, aunque tiene la misma composición mineral
que, es de textura muy basta y desigual. En la formación de la pegmatita, los agentes
mineralizadóres juegan un importante papel. Los fluidos residuales concentrados y los
vapores disueltos procedentes del magma forman agua magmática. Es más fluida que el
magma viscoso y permite que se formen cristales de tamaño más grande; se explica así la
concentración de ciertos minerales accesorios que tanto abundan en la pegmatita. Las
soluciones hidrotermales posteriores alteran los componentes originales del dique,
disolviendo parte de ellos y dando lugar a la formación de muchas especies nuevas. La turmalina, el berilo, topacio, fluorita, espodumena, ambligonita, monacita, uraninita, wolframita
y columbita son algunos de los minerales accesorios más normales que se encuentran en la
pegmatita. Aunque en la mayoría de los casos la aplita y la pegmatita tienen la composición
mineral general del granito y la granodiorita, en otros casos están más íntimamente
relacionados, mineralógica mente hablando, con la sienita, diorita o gabro. Se han descrito
pegmatitas idénticas que tienen numerosos minerales de circonio, titano y tierras raras. Los
diques básicos no cristalizan tan bien y, en general, no tienen la riqueza de minerales
accesorios que caracteriza a los tipos ácidos.
ROCAS SEDIMENTARIAS
Son de origen secundario y proceden de la desintegración de rocas antiguas por la acción de
una serie de agentes que se denominan genéricamente como meteorización. La parte de la
materia mineral que ha sido disuelta y transportada, puede depositarse posteriormente debido
a la acción química, o por lenta evaporación, o por procesos relacionados con la vida orgánica.
Las rocas sedimentarias se caracterizan por su estructura paralela o en capas, En estas rocas,
las capas varían de espesor; los granos individuales que las componen presentan una
considerable variedad de composición y tamaño, Forman extensos depósitos, cuya potencia
no es muy grande si los comparamos con algunas de las formaciones ígneas. Las rocas sedimentarias se dividen en tres grupos según su origen: (1) sedimentos mecánicos, (2)
sedimentos químicos, y (3) sedimentos orgánicos, Los sedimentos mecánicos más
importantes son las pizarras, areniscas, arcosas, grauvacas, conglomerados y brechas; las
formaciones de anhidrita, yeso y sal se clasifican como depósitos químicos (evaporitas). De
origen orgánico son el carbón, la mayoría de las calizas y, posiblemente, también el pedernal
y sílex.
Pizarra. Las partículas más finas, llevadas mecánicamente por el agua
y llamadas limo o silt, cuando llegan al mar, se depositan rápidamente, debido a la acción de
las sales solubles del agua. Estos depósitos, cuando se consolidan, dan lugar a rocas de grano
muy fino y homogéneo, con una separación paralela a la capa, conocida con el nombre de
pizarra. Los principales componentes son los minerales arcillosos, cuarzo, mica y feldespato,
aunque no se pueden distinguir a simple vista. Los tamaños de las partículas de las pizarras
varían desde menos de 0.002 mm (partículas de arcilla) hasta alrededor de 0.02 mm (limo).
Cuando aumentan la cantidad de cuarzo y el tamaño del grano, la pizarra pasa a ser arenisca.
Los colores de la pizarra varían de verde a gris y algunas veces puede ser negro (pizarras
carbonosas). De a algunas de las pizarras del oeste de Colorado y estados adyacentes en EE.
UU., se obtiene petróleo y en algunos casos la cantidad asciende a 120 ó 150 litros por
tonelada de roca (30 ó 40 galones). Estas pizarras se llaman pizarras petrolíferas. El petróleo
se obtiene por destilación a bajas temperaturas (alrededor de 400°C) y como subproductos
quedan en los residuos parafina y sulfato amónico.
Arenisca. Cuando las partículas de arena de tamaño entre 0.02 y 2 mm se consolidan, se
forma la arenisca. Los componentes individuales suelen ser redondeados y se compone
esencialmente de cuarzo. Cuando hay mucho feldespato, se dice que es arenisca feldespática o
arcosa (más del 25 % de feldespato). El mineral conglomerante varía mucho en cantidad y
carácter. En algunos ejemplos es sílice, aunque pueden actuar como conglomerantes el
carbonato cálcico, arcilla, óxido de hierro o sulfato cálcico. Las areniscas más duraderas para
construcción son las que tienen un cemento silícico. Las que tienen óxido de hierro, tienen
una variación de color mayor. Cuando se emplea la arenisca para construcción, debe colocarse
siempre con los planos de estratificación en posición horizontal , asegurando de esta forma
duración y resistencia mayores. Una arenisca, arcillosa finamente estratificada se llama tosca
pizarra franca se llama a aquellos tipos de pizarra que aparecen en capas espesas y que se
pueden trabajar en todas direcciones con la misma facilidad.
La grauvaca es parecida a la arenisca, de color grisáceo o verduzco, y se compone de cuarzo,
feldespato y fragmentos angulares de rocas incrustadas en una masa clorítica y micácea.
También se llama microbrecha. Se llama conglomerado a los cantos redondeados, gastados
por el agua, de diferentes tamaños, que están incrustados en una matriz de materiales más
finos. Si los fragmentos, en vez de ser redondos, son angulares y puntiagudos, se llaman
brechas sedimentarias. Las brechas son bastante corrientes en regiones calizas, donde un
movimiento a lo largo de un plano de falla ha quebrantado la roca en diferentes grados de
tamaño. Estas brechas se conocen con el nombre de brechas de fricción o milonitas en
contraste con las brechas volcánicas, llamadas así cuando están compuestas de fragmentos
consolidados, angulares, de material ígneo.
Caliza y dolomía. Una caliza es una roca sedimentaria que se compone esencialmente de
carbonato cálcico, con pequeñas cantidades de carbonato magnésico, sílice, arcilla, óxido de
hierro o material carbonoso. La mayoría de las calizas están formadas por organismos tales
como foraminíferos, braquiópodos, corales, moluscos y erinoides, que han segregado
carbonato cálcico obtenido del agua y con él han formado conchas y esqueletos. En muchos
casos, la presión de las rocas superpuestas ha destruido su carácter fosilífero original. La
variedad conocida con el nombre de caliza oolítica está compuesta de pequeños granos
redondos de concreciones. Al aumentar el contenido de carbonato magnésico, la caliza pasa
gradualmente a una caliza dolomitica, que es una mezcla de dolomita y calcita, y finalmente,
a una dolomía normal, cuya composición teórica es 54.35% de CaCO3. y 45.65% de MgCO3.
La dolomía normal es un poco más pesada y dura que la caliza, y no tiene tanta
efervescencia cuando se la trata con ácidos, fríos diluidos. Se cree que muchas dolomías son,
el resultado de soluciones magnésicas del agua del mar o de agua subterránea en circulación
que reacciona con las calizas según se indica en la ecuación 2CaCO3 +MgCI2 =
CaMg(CO3)2 + CaCI2·
En la Tabla 2.2 se ofrece una clasificación de las rocas sedimentarias corrientes:
ROCAS METAMÓRFICAS
Las intrusiones magmáticas o la presión y el calor que acompañan a los procesos orogénicos
dan lugar a grandes cambios físicos y químicos en las rocas ígneas y sedimentarias. Estos
cambios pueden consistir en recristalización, cambios de textura o estructura, o formación de
nuevos minerales. Las rocas así formadas se llaman metamóficas. Tienen ciertas
características que las semejan a la vez a las rocas ígneas y a las sedimentarias. Muchas
tienen un carácter cristalino basto, y en esto se parecen a las rocas intrusivas ígneas, Otras
tienen una estructura en bandas, producida por ciertos minerales de parecido carácter, que se
han ido reuniendo en hiladas paralelas. Esta ordenación paralela se llama estructura
esquistosa o foliada. El gneiss, varios esquistos, la metacuarcita, la pizarra y el mármol son
algunos de los tipos importantes de roca que se producen por la acción del metamorfismo
regional.
Gneiss. Es una roca laminada muy basta que generalmente tiene la composición mineral
de un granito o granodiorita. Los granos mezclados de cuarzo y feldespato están
separados por capas del componente oscuro. La formación de bandas puede hacerse en
líneas paralelas rectas, o en líneas curvas o dobladas. Los gneisses se diferencian de los
esquistos en que están laminados de forma más basta y contienen mayor cantidad de
feldespato. Suelen representar una roca ígnea alterada, tal corno el granito o algún otro
tipo feldespático, aunque también pueden haberse originado partiendo de una arenisca o
conglomerado feldespático basto. Los gneisses están muy difundidos, especialmente en
las formaciones geológicas antiguas.
Esquistos. Son rocas metamórficas finamente laminadas que se rompen a lo largo de planos
aproximadamente paralelos. Se diferencian seis tipos corrientes: silicoesquistos,
micaesquistos, cloritoesquistos, talcoesquistos, calcoesquitos y esquistos de hornablenda,
cuyo carácter depende del mineral que prevalezca. En el micaesquisto las escamas están
colocadas de forma que las direcciones de exfoliación son todas paralelas, dando lugar a una
roca de pronunciada estructura esquistosa. También hay con frecuencia, además de la mica y
más o menos cuarzo o feldespato, cristales bien desarrollados de granate, cianita, andalucita y
estaurolita, que se conocen con el nombre de porfiroblastos o metacristales. Después del
gneiss, el. micaesquisto es la roca metamórfica más abundante. Es el resultado del metamorfismo de un depósito sedimentarío de grano fino, tal como la arcilla o la pizarra. En los
cloritoesquistos, el principal componente es la clorita, mineral verde, granular y hojoso. En
muchos casos se han formado a partir de alguna roca básica ígnea, como el gabro o el basalto.
En los talcoesquistos, el mineral predominante es el talco, que da a la roca un suave tacto
jabonoso característico. Como el talco es un silicato magnésico, sólo puede proceder de las
rocas ígneas con feldespato libre, que tengan un alto contenido de magnesio, o bien, si su
origen es sedimentarío, de dolomíase impuras. La anfibolita es un esquisto compuesto
esencialmente de algunos miembros del grupo anfibol, como la hornablenda, actinolita,
tremolita o glaucofana. El esquisto de hornablenda es el miembro más importante de las
anfibolitas. Como los menudos prismas negros de hornablenda están todos ordenados con su
eje mayor paralelo a la esquistosidad, estos esquistos se rompen con facilidad y muestran un
marcado lustre sedoso. En muchos casos, la hornablenda del esquisto procede de una roca
ígnea básica, como el gabro, y representa un grado más alto de metamorfismo que el esquisto
de clorita. metacuarcita. Es una roca compacta muy firme que se compone de granos de
cuarzo ensamblados. Es el resultado del intenso metamorfismo sufrido por una arenisca en la
que el cemento síliceo ha cristalizado y se ha hecho parte integrante de los granos de cuarzo.
En una arenisca ordinaria se ve que la fractura ocurre siempre en el cemento, es decir, la
fractura, sigue los límites del grano, mientras que en una verdadera, metacuarcita corta los
granos recristalizados.
Pizarra. Es una roca de grano extremadamente fino que se rompe con facilidad en amplias
láminas delgadas. Como regla, la exfoliación no corresponde a los planos de estratificación
de la argilita, de la que se han derivado las pizarras, sino que corta a esos planos formando
diversos ángulos. Las pizarras se componen esencialmente de cuarzo y mica (variedad,
sericita), con cantidades accesorias de clorita, hematita o grafito; los cuales contribuyen a
darle el color verde, rojo o negro, respectivamente. Las pizarras púrpuras deben su color a
una combinación de clorita verde y hematita roja. Algunas pizarras tienen gran cantidad de
calcita o dolomita. Las pizarras que tienen gran cantidad de carbonato de hierro tienen cierta
tendencia a tomar un color castaño (limonita) en la cara expuesta al aire, y en el comercio se
conocen con el nombre de piizarras desteñidas.
Mármol. Estrictamente hablando, el término mármol se extiende a las calizas y dolomías
recristalizadas y pulidas. Sin embargo, es una palabra, que se emplea con bastante libertad y,
con frecuencia, incluye calizas que se pulimentan y se emplean con fines decorativos sin
tener en cuenta su carácter recristalizado. Las vetas de mica y clorita, ordenadas en líneas o
bandas onduladas, aumentan la belleza de la piedra, pero si hay muchas, impiden un perfecto
pulido de la misma y disminuyen su resistencia a los agentes atmosféricos cuando se la
expone al aire libre. Los mármoles tienen una gran variedad de textura y color. Los
empleados en escultura tienen que ser los más puros y blancos, y los que se emplean para
decoración, suelen presentar efectos de color de gran contraste. Para fines arquitectónicos es
preciso que el mármol tenga uniformidad de color. Las losas de mármol de gran contraste de
colores que se emplean para cubrir suelos de edificios públicos, deben tener
aproximadamente la misma dureza, con el fin que el desgaste sea uniforme en toda la
superficie. Los mármoles no se encuentran con tanta abundancia como las calizas; se hallan
casi exclusivamente en zonas metamórficas.
Los minerales se pueden encontrar diseminados en otros minerales y rocas, pueden aparecer
agregados como cristales, adheridos como cortezas, o estratificados en otros minerales y rocas.
Cuando se encuentran diseminados, tienen a veces formas cristalinas, aunque más
frecuentemente aparecen en granos o partículas irregulares.
Los cristales diseminados están completamente terminados. Ejemplos de agregados son las
costras de calcita compacta, visibles con frecuencia revistiendo las superficies exteriores de
las calizas, en grietas, o cubriendo bolos en los lechos de los ríos. En condiciones favorables
estos cristales se forman con un extremo bien desarrollado y el otro sujeto a la roca o al
mineral sobre el que se formó. Los cristales agregados están sólo terminados por un extremo.
Se llaman venas las grietas o hendiduras llenas de mineral. Cuando una vena se compone de
varios minerales depositados en estratos o bandas, se llama vena en bandas. Las venas pueden
estar ordenadas en bandas simétricas o asimétricas, según se encuentre o no el mismo
mineral al pasar desde las paredes opuestas de la vena al centro de la misma. En relación con
su anchura y composición, el carácter de las venas varía mucho en las diferentes localidades.
En algunos casos, la anchura y el contenido de mineral no cambiarán vertical ni
horizontalmente en grandes distancias, mientras que en otros casos se producirán cambios
totales. Cuando una vena está compuesta principalmente de material sin importancia o sin
valor, pero que contiene alguna cantidad de un mineral valioso diseminado en el mismo, al
primero se le conoce con el nombre de ganga. Por ejemplo, en una vena de cuarzo que
contenga oro, la ganga será el cuarzo. Se llama yacimiento filoniano a un área altamente
mineralizada que se compone de una serie de venas paralelas o en ramas.
Las venas se han formado como resultado de la precipitación de minerales en disolución.
Estas disoluciones tienen carácter ascendente o descendente, pero en algunos casos, su flujo
ha podido ser lateral. La mineralización más pronunciada ocurre en aquellas partes donde las
venas se han extendido en diferentes direcciones, debido a una posible diferencia de carácter
de las disoluciones de las que se ha formado. En resumen, de todos es conocido que los
depósitos minerales más ricos o los que se llaman menas de primer orden, son los que se
encuentran en la intersección de las venas. Se llama mena a un depósito mineral de
importancia económica. Se aplica a los minerales metálicos.
Geodas son cavidades forradas con mineral, que se componen, frecuentemente, de cristales
bien desarrollados. Se encuentran bastantes geodas de calcita. y cuarzo. Algunas son lo
bastante grandes como para poder llamarlas cuevas. Recuérdese como ejemplo, la «cueva» de
cristal de la isla de Put-in-Bay, del Lago Erie, EE. UU., que es una gigantesca geoda
compuesta de cristales de celestina (SrS04). Igualmente, en los Alpes de Suiza se encuentran
grandes geodas tapizadas de cristales de cuarzo.
TABLA23. CLASIFICACIÓN DE LABORATORIO DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS
CORRIENTES
Textura foliada
Textura no foliado.
Gneiss (laminado basto)
Metacuarcita
Esquistos (laminado fino)
Mármol (calcita o dolomita)
Variedades; mica, cuarzo, clorita, talco
Esquistos (anfibolitas)
Serpentina
Variedades hornablenda. tremolita, actinolita,
glaucofana
Pizarras: (exfoliación perfecta)
Hornfels (pizarra cocida)