Parte 02 - Geología General

LOS MINERALES

Los MINERALES son sustancias naturales, inorgánicas que se originan en la capa rocosa de la Tierra o litósfera, y se caracterizan por tener una estructura homogénea y una composición química bien definida.
Estas sustancias inorgánicas poseen una disposición ordenada de átomos de los elementos de que está compuesto, y esto da como resultado el desarrollo de superficies planas conocidas como caras. Si el mineral ha sido capaz de crecer sin interferencias, pueden generar formas geométricas características, conocidas como cristales
El conjunto de los minerales es estudiado por la MINERALOGÍA, que es la ciencia encargada de examinar las características físicas, químicas, morfológicas y estructurales de dichas sustancias.
Todos los minerales que se presentan en la Naturaleza están constituidos por sustancias inorgánicas cristalinas, cada una de las cuales tiene su propia variedad específica de estructura. Su composición química puede ser constante (como el cuarzo) o variar (como los feldespatos) dentro de los límites que dependen del grado en que los átomos de ciertos elementos pueden ser sustituidos por los otros, sin cambiar la forma específica de la armazón atómica.
No todos los minerales se encuentran sólidos en las condiciones atmosféricas naturales, por ejemplo el mercurio. Además también el agua cundo se encuentra en estado sólido (hielo),se le considera un mineral.
También nos encontramos con que existen minerales orgánicos, como el carbón y el petróleo, que proceden de transformaciones que sufre la materia orgánica. Así consideramos al carbón y al petróleo como rocas.
Esta estructura atómica ordenada dota a los minerales de ciertas propiedades. Se trata de una red cristalina tridimensional
El Perú es uno de los principales países mineros del mundo y, como tal, alberga en sus suelos numerosos minerales preciosos y semipreciosos, muchos de ellos aún desconocidos pero de gran valor.


Estructura Atómica de los Minerales
Cada mineral tiene una composición constante de elementos en proporciones definidas. Por ejemplo el diamante se constituye solo de un único elemento: el carbono C. La sal de mesa común, el mineral halita se compone de dos elementos: sodio y cloro, en cantidades iguales: NaCl. El símbolo de la halita "NaCl" indica que cada ion de sodio está acompañado por un ion de cloro.
El mineral pirita, también llamado oro de los tontos se compone de dos elementos: hierro y azufre, pero este mineral contiene dos iones de S por cada ion de Fe. Esta relación se expresa por el símbolo FeS2. El cristal tiene una disposición o un arreglo atómico único de sus elementos. Cada cristal tiene una forma cristalina y característica producida por su estructura cristalina.
Nicolás Steno, un holandés contemporáneo de Isaac Newton, hizo una importante contribución a la mineralogía, en 1669, cuando observó que los ángulos de los lados de los cristales de cuarzo permanecían constantes, sin importar cuán grandes eran los cristales o cuándo habían sido formados. Hoy en día sabemos que la Ley de Ángulos Interfaciales de Steno sobre la apariencia externa de los cristales, refleja un arreglo interno y regular de los átomos. Estos ángulos permanecen constantes en los lados de los cristales de cuarzo, porque cada uno de estos cristales de cuarzo está hecho de los mismos átomos: un átomo de silicona por cada dos átomos de oxígeno, lo cual se escribe con la fórmula molecular SiO2.
La composición química de un mineral está reflejada en un arreglo regular y repetitivo de los átomos, que se llama la estructura de cristal de un mineral. La estructura de cristal del hálito se puede ver a continuación. La estructura interna (a la izquierda) está reflejada en una forma de cristal externa de manera consistente (a la derecha), tal como lo observó Steno. La forma cúbica de los cristales de sal refleja claramente el ángulo derecho de los enclace químicos entre los átomos Na y Cl de su estructura atómica.

Lo más importante es que la estructura se repite. A medida que el hálito de cristal se quiebra en piezas más pequeñas, retiene su estructura cúbica. Si usted observa un puñado de sal de mesa bajo un microscopio, confirmará que es así.
El par de minerales diamante-grafito es un ejemplo extremo de la importancia de la estructura de cristal. Estos dos minerales muy difenteres entre sí, tienen exactamente la misma fórmula química, pero la estructura de cristal de ambos minerales es muy diferente. En el grafito los átomos carbónicos están unidos en un plano liso. Estas capas de carbón están vagamente unidas por fuerzas de atracción débiles. Sin embargo, las fuerzas atractivas entre las capas pueden ser rotas fácilmente, permitiendo que se deslicen unas al lado de otras. Por consiguiente, el grafito es un mineral blando y resbaladizo que se usa comúnmente como lubricante de máquinas. Cuando se frota grafito contra otro material, como un pedazo de papel, éste deja una huella de pequeñas capas que se han ido soltando, razón por la cual también se usa en los lápices.
En comparación, en un diamante cada átomo carbónico está poderosamente unido a cuatro átomos carbónicos que lo rodean en una estructura tridimensional. Esto crea la sustancia natural más dura del planeta. La estructura de cada uno de estos minerales es crucial para determinar sus propiedades físicas.

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La estructura átomica interna del grafito y el diamante, que se muestra aquí, explica las propiedades de estos dos minerales.

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Formación de los Minerales
La formación de minerales es el resultado de procesos químicos y físicos que se verifican en todas las épocas geológicas y que aun continúan manifestándose.
Los minerales se originan a través de tres procesos fundamentales:

• magmático
• metamórfico
• sedimentario

Proceso magmático:

Conduce a la formación de minerales por solidificación del magma. Teniendo en cuenta la rapidez con la que se produce el enfriamiento del magma, se pueden dar tres situaciones:

• Si la consolidación se produce en profundidad, bajo presiones elevadas, los gases magmáticos y el lento enfriamiento favorecen la cristalización
• A veces la cristalización de distintos minerales no es simultánea, sino que sucede de forma selectiva y se completa según va disminuyendo la temperatura.
• Los magmas se encuentran generalmente a gran profundidad pero en ocasiones pueden alcanzar la superficie dando origen a una actividad volcánica superior, en este caso el magma se solidifica creando una masa rocosa compacta, a veces granulosa.

Proceso metamórfico:
Es toda la transformación estructural, mineralógica y química que se produce en las rocas bajo el efecto de la temperatura, la presión y los fluidos circulantes.
Hay dos tipos de metamorfismo: metamorfismo térmico y regional.

• Metamorfismo térmico: las intrusiones magmáticas provoca fenómenos de metamorfismo en rocas incandescentes. Los minerales más característicos dentro de este tipo de metamorfismo son: granates, sillimanita, cordierita, vesubiana, espinela, piroxeno, pirita, etc.

• Metamorfismo regional: se desarrolla en grandes extensiones de la corteza terrestre sujetas a hundimientos y dislocaciones. Se distinguen tres en función de profundidad son: epizona, mesozona y catazona. - Epizona: comprendida entre 5.000 y 7.000 m de profundidad. En esta zona aparecen: talco, albita, epidota, hematites, titanita, minerales fibrosos y lamelares. - Mesozona: comprendida entre 7.000 y 12.000 m de profundidad. En esta zona encontramos: biotita, moscovita, cianita, placioclasa, epidota, etc. - Catazona: comprendida entre 12.000 y 20.000 m de profundidad. En esta zona encontramos: ortoclasa, biotita, plagioclasa, pirosenos, olivino, granate, grafito.

Proceso sedimentario:
La mayor parte de los minerales que podemos encontrar en las rocas sedimentarias provienen de la erosión mecánica y alteraciones químicas de rocas ya existentes. Estos procesos se producen sin la acción de grandes presiones o temperaturas.
Pueden ser clasificados teniendo en cuenta los mismos criterios utilizados por las rocas sedimentarias, de este modo, tenemos:

• minerales de depósito mecánico, son principalmente detritos que, trasportados y depositados sufren un proceso de consolidación o cementación, por ejemplo las limonitas..
• minerales de depósito químico, se forman por precipitación de sustancias que se encontraban en disolución.
• minerales de depósito orgánico y bioquímico, en su formación interviene directamente la acción de organismos vivos.

GRUPOS DE MINERALES

SILICATOS
Los silicatos suponen un especial problema al suponer unos minerales bastante extendidos y diferenciados que forman el 1,8% de la superficie terrestre. Su clasificación se ha realizado más en bases estructurales que químicas y, más precisamente, en el modo en el que la unidad fundamental [Si04]4- que los constituye está ligada con los iones próximos. El enlace depende únicamente de un electrón de valencia que queda libre en el vértice del grupo tetraédrico [Si04]4- y la diferenciación de los diferentes grupos depende de la forma en la que los tetraedros se unen. Se distinguen con ello las siguientes subclases:

Nesosilicatos: con grupos tetraédricos aislados, en el sentido de que cada valencia libre del tetraedro queda saturada por un catión distinto del silicio; presentan generalmente, aspecto tosco y son duros; el peso específico y el índice de refracción son elevados

Sorosilicatos: con dos tetraedros unidos por un vértice para formar un grupo [Si207]6-estos grupos se unen, con las tres valencias libres de una parte y las tres opuestas de la restante, con cationes distintos al silicio

Ciclosilicatos: silicatos con grupos formados por 3, 4 o 6 tetraedros, unidos en anillos triangulares, cuadrangulares o hexagonales; los más frecuentes son aquellos formados por anillos con seis tetraedros;

Inosilicatos: silicatos formados por grupos de tetraedros unidos en cadenas indefinidas; los más frecuentes son los que presentan cadenas abiertas simples, típicas de los piroxenos, o bien cadenas dobles o cerradas, características de los anfíboles; prevalecen las formas circulares o fibrosas; en general es característico de estos silicatos la presencia de una fácil exfoliación paralela al eje mayor.

Filosilicatos: silicatos cuyos tetraedros están unidos por tres vértices constituyendo una malla plana indefinida, hexagonal y, bastante más raro, tetragonal; el enlace se asegura mediante los oxígenos, situados en el cuarto vértice, y todos ellos orientados en una misma dirección; la morfología externa de estos silicatos es laminar o foliácea, con exfoliación muy fácil en dirección paralela a la base; el peso especifico y la dureza son bajas;

Tectosilicatos: silicatos cuyos tetraedros están unidos por los cuatro vértices produciendo una especie de “jaula' indefinida, de malla compleja; la presencia de aluminio en lugar de silicio en el centro de algunos tetraedros permite que, en determinadas posiciones, se sitúen cationes más o menos establemente unidos. Prevalecen los silicatos de baja densidad y aspecto tosco, a pesar de que en algunos casos el retículo se orienta de modo que da lugar a formas alargadas o desarrolladas en dos direcciones.

CARBONATOS:

Los carbonatos son las sales del ácido carbónico o ésteres con el grupo R-O-C(=O)-O-R'. Las sales tienen en común el anión CO32- y se derivan del ácido carbónico H2CO3. Según el pH (la acidez de la disolución) están en equilibrio con el bicarbonato y el dióxido de carbono. La mayoría de los carbonatos, aparte de los carbonatos de los metales alcalinos, son poco solubles en agua. Debido a esta característica son importantes en geoquímica y forman parte de muchos minerales y rocas. El carbonato más abundante es el carbonato cálcico (CaCO3)que se halla en diferentes formas minerales (calcita, aragonito), formando rocas sedimentarias (calizas, margas) o metamórficas (mármol) y es a menudo el cemento natural de algunas areniscas. Sustituyendo una parte del calcio por magnesio se obtiene la dolomita CaMg(CO3)2, que recibe su nombre por el geólogo francés Déodat Gratet de Dolomieu. Muchos carbonatos son inestables a altas temperaturas y pierden dióxido de carbono mientras se transforman en óxidos

ÓXIDOS

Conforman uno de los grupos minerales más importantes. El cuarzo (óxido de silicio) es uno de los minerales más abundantes (también clasificable como silicato). Algunos óxidos son útiles como menas metálicas, como la hematites (óxido de hierro) o la casiterita (óxido de estaño). Sus propiedades son variables, pero en general son muy duros y tienen una densidad media-alta. Incluye unos 250 minerales.

SULFUROS
Los sulfuros son compuestos de diversos minerales combinados con el azufre.
En química, un sulfuro es la combinación del azufre con un elemento químico o con un radical. Hay unos pocos compuestos covalentes con el azufre, como el disulfuro de carbono, y el sulfuro de hidrógeno que son también considerados como sulfuros.

En geología hay que destacar la importancia económica que tiene la minería de extracción de minerales de sulfuro, pues los minerales naturales son las menas minerales más empleadas en la metalurgia, para la obtención de hierro, plomo, estaño o manganeso, entre otros muchos metales. No menor es la importancia que tienen los sulfuros en el coleccionismo de minerales, pues entre ellos encontramos una parte importante de especimenes indispensables en cualquier muestra mineral de interés.
Por otra parte y siguiendo el hilo de la mineralogía y el coleccionismo también es importante mencionar las excelentes paragénesis o mineralizaciones que estos minerales nos proporcionan cuando los encontramos agregados al cuarzos, calcitas, dolomitas y entre ellos mismos como ilustra la imagen primera, otros. Entre los sulfuros están: Arsenopirita, Blenda, Calcopirita, Antimonita, Oropimente, Pirita, Rejalgar, Tetraedrita.

Sulfatos
En los sulfatos, el azufre actúa como catión por pérdida de los seis electrones presentes en el nivel exterior. El radio iónico de este catión es pequeño, 0,30 Å, lo que permite una coordinación 4 muy estable. Estos grupos tetraédricos SO42- son las unidades estructurales fundamentales de los sulfatos minerales y se unen a través de cationes medianos en coordinación 6 (calcio) o grandes en coordinación 12 (bario).
Anhidrita
La anhidrita, sulfato cálcico anhidro, SO4Ca, es un mineral de alteración, accidental en rocas sedimentarlas yesosas, pasando a yeso por hidratación.
 Sistema de cristalización: rómbico. Forma pequeños cristales que componen masas compactas de aspecto sacaroideo o nacarado.
 Dureza: de 3 a 3,5. No se raya con la uña, pero sí con la navaja.
 Densidad: de 2,8 a 3 g/cm3.
 Color: blanco, grisáceo, azul celeste y rosado.
 Exfoliación: según tres planos principales, en uno de ellos más perfecta.
Yeso
El yeso, CaSO4·2H2O, tiene una estructura en capas paralelas de grupos SO42- fuertemente enlazados a Ca2+. Las capas sucesivas de este tipo están separadas por capas de moléculas de agua y, como los enlaces entre moléculas de agua son débiles, la exfoliación es perfecta según un plano dando láminas finas.
 Sistema de cristalización: monoclínico.
 Dureza: 2. Se raya fácilmente con la uña.
 Densidad: de 2,3 a 2,4 g/cm3.
 Color: transparente, blanco, gris y rojo, según variedades.
 Variedades: cuando se presenta cristalizado en macla de punta de flecha o lanza, constituye la variedad yeso cristalizado y si está cristalizado en forma de cristales tabulares con exfoliación laminar muy marcada, dando láminas transparentes algo parecidas a las de la muscovita, se trata de yeso laminar o selenita. Cuando aparece en forma de masas fibrosas, más o menos compactas y de color blanco o gris, se denomina yeso fibroso. El yeso nodular o alabastro es una variedad granular que forma masas redondeadas bastante compactas por la que, a veces, no se puede rayar con la uña. La variedad yeso rojo está teñida de este color, por impurezas, y se presenta frecuentemente asociada al jacinto de Compostela y al aragonito.
 Origen fundamental: de alteración.
 Presencia: es un mineral esencial en la roca sedimentaria yeso.
Baritina
La baritina o espato pesado es sulfato de bario, SO4Ba.
Sistema de cristalización: rómbico, frecuentemente forma cristales tabulares en forma de ataud, agrupados como las hojas de un libro (cresta de gallo).
 Dureza: de 3 a 3,5.
 Densidad: de 4,5 a 4,7 g/cm3. Su alta densidad, teniendo en cuenta su aspecto no metálico, es un carácter sutil para su identificación.
 Color: blanca grisáceo, amarillento a rosado.
 Exfoliación: perfecta.
 Origen fundamental: de alteración.
 Presencia: es un mineral accidental aunque muy difundido en terrenos sedimentarios. Muy abundante como ganga y acompañante de menas de los sulfuros que estudiamos a continuación.

Propiedades Físicas de los Minerales Podemos clasificar los minerales por sus propiedades físicas, ópticas, eléctricas, magnéticas y por su composición química, aunque este último no es el método habitual, ya la mayoría pueden ser identificados mediante observación espectroscópica e incluso visual. Aún así, el análisis químico es la única forma de identificar con exactitud la naturaleza de un mineral. Las propiedades físicas son de gran importancia en el estudio de los minerales. Muchas se pueden observar fácilmente, o recurrir a un espectroscopio. Dureza de un mineral La dureza de un mineral es la resistencia que presenta a ser rayado. Un mineral posee 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 utiliza en la actualidad, en la que cada mineral puede ser rayado por los que le siguen. Se toman 10 minerales comparativos de más blando a más duro, que son: talco, yeso, calcita, fluorita, apatito, ortosa (feldespato), cuarzo, topacio, corindón y diamante. Tenacidad o cohesión La tenacidad o cohesión es el mayor o menor grado de resistencia que ofrece un mineral a la rotura, deformación, aplastamiento, curvatura o pulverización. Se distinguen las siguientes clases de tenacidad: - Frágil: es el mineral que se rompe o pulveriza con facilidad. Ejemplos: cuarzo y el azufre. - Maleable: el que puede ser batido y extendido en láminas o planchas. Ejemplos: oro, plata, platino, cobre, estaño. - Dúctil: el que puede ser reducido a hilos o alambres delgados. Ejemplos: oro, plata y cobre. - Flexible: si se dobla fácilmente pero, una vez deja de recibir presión, no es capaz de recobrar su forma original. Ejemplos: yeso y talco.
Elástico: el que puede ser doblado y, una vez deja de recibir presión, recupera su forma original. Ejemplo: la mica.
Cuando un mineral se rompe lo puede hacer de diversas formas: - Exfoliación: significa que el mineral se puede separar por superficies planas y paralelas a las caras reales. Ejemplos: mica, galena, fluorita y yeso. - Laminar o fibrosa: cuando presenta una superficie irregular en forma de astillas o fibras. Ejemplo: la actinolita. - Concoidea: la fractura presenta una superficie lisa y de suave curva, como la que muestra una concha por su parte interior. Ejemplos: sílex y obsidiana. - Ganchuda: cuando se produce una superficie tosca e irregular, con bordes agudos y dentados. Ejemplos: magnetita y cobre nativo. - Lisa: es la que presenta una superficie lisa y regular. - Terrosa: es la que se fractura dejando una superficie con aspecto granuloso o pulverulento.

¿Por qué todo esto es importante? Al identificar los minerales presentes en una roca, los geólogos pueden empezar a entender la historia de la roca. Algunos minerales se forman sólamente cuando el magma brota del volcán y se enfría; otros se forman dentro de las profundidades de la costra terrestre, bajo gran calor y presión, y otros se forman sólamente en la superficie, a través de la evaporación. El basalto que brota de los volcanes de Hawaii, por ejemplo, contiene olivina, un mineral que se forma sólamente dentro del manto de la tierra a profundidades mayores de 70 km. Esto indica que la fuente de magma en las Islas de Hawaii es muy profunda dentro de la tierra. Los sedimentos centrales en las profundidades del mar Mediterraneo contienen capas de gypsum y hálito, dos minerales que se forman solamente cuando el agua se evapora. Este descubrimiento condujo a los geológos a la conclusión de que el mar Mediterraneo se había secado varias veces en el pasado.

Identificar minerales en otros planetas también ha desembocado en un mayor entendimiento de nuestro sistema solar. La hematita es un mineral que se forma comúnmente en la superficie de la tierra con la presencia del agua. Es, esencialmente, herrumbre, y se forma durante el desgaste de minerales que contienen hierro. El descubrimiento de los "arándonos" de hematita en Marte, fue parte de la evidencia que condujo a los geólogos a la conclusión que en algún momento hubo agua líquida en ese planeta (ver los enlaces Noticias y Eventos). El estudio de los minerales empezó con la minería y todavía usamos nuestro conocimiento sobre los minerales para encontrar depósitos económicamente importantes. Pero nuestro conocimiento sobre la composición y estructura de los minerales, se ha convertido en esencial en otras muchas áreas de estudio. El remedio ambiental a las minas, la exploración de otros planetas, la búsqueda de vida extraterrestre y el estudio de la historia geológica de nuestro planeta, son todas áreas que requieren de conocimiento de los minerales y de sus fuentes.

Bibliografía Consultada
Enciclopedia Británica"
Editorial: Encyclopaedia Britanica Publishers, Inc.
Edición 1994-1995
Enciclopedia Consultora
Editorial: Lectum Editores Arg. S.A.
Edición 1979
Enciclopedia Encarta – Edición 1999
(gráficos y dibujos anexos)
http://riie.com.mx/?a=32353
http://html.rincondelvago.com/mineralogia.html
http://www.peruecologico.com.pe/mineral.htm
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=119&l=s
http://www.rinconsolidario.org/minerales/formacion.htm
http://html.rincondelvago.com/clasificacion-de-silicatos.html
http://geologia.byethost7.com/mineralogia/8silicatos.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Sulfuro

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