TEMA 4 CRISTALIZACIÓN Y AMBIENTES PETROGENÉTICOS

1. TEMA 4CRISTALIZACIÓN Y AMBIENTES PETROGENÉTICOS Eduardo Sanz MoraDpto. Biología y Geología IES Isabel Martínez Buendía

2. Concepto de mineral y cristal • MINERAL.- Toda sustancia sólida, de origen natural, homogéneos, con estructura cristalina (disposición ordenada según un modelo geométrico regular); su composición química, estructura cristalina y propiedades físicas son fijas o varían muy poco. • CRISTAL.- Sólido de estructura interna ordenada (independientemente de que externamente no lo aparente) “Todos los Minerales son cristalinos” • MINERALOIDE.- También llamados sólidos amorfos. Sus componentes no se encuentran ordenados siguiendo un patrón de repetición geométrica.

3. Formación de los minerales • Condiciones.- la presión, temperatura y concentración de los componentes han de ser las adecuadas • Casos.- estado desordenado estado ordenado (sólido, líquido, gaseoso) (cristalino) estado ordenado estado ordenado (cristal 1) (cristal 2) • Proceso de formación.-La formación de cristales puede originarse de diferentes maneras, según las características del ambiente donde tenga lugar: solidificación, cristalización y recristalización.

4. Solidificación Materiales en estado fundido que sufren un descenso en su temperatura produciéndose un cambio de estado En muchos casos, este proceso no implica un proceso de cristalización, como sucede frecuentemente en las rocas volcánicas (vidrios volcánicos). En las rocas plutónicas, por el contrario, sí tiene lugar la formación de cristales, puesto que, debido al enfriamiento lento, la solidificación se traduce en múltiples cristalizaciones por precipitación de diferentes minerales.

5. Cristalización Se produce la formación de cristales a partir de la incorporación de las sustancias que componen un fluido, por saturación de alguno de los componentes. Precipitación.- Cuando el fluido es un líquido. La causas son variadas: pérdida por evaporación del fluido, aumentos en la concentración (aporte de iones) y variaciones de temperatura o presión. Se verifica en todos los ambientes. Sublimación: Cuando el fluido es un gas se produce la cristalización directamente al estado sólido. Es el caso de las fumarolas volcánicas por la bajada brusca de la temperatura.

6. Recristalización Se forma un nuevo cristal por reorganización interna de los componentes de un cristal preexistente. Al variar las condiciones del medio (presión, temperatura o composición), un cristal puede desestabilizarse y empezar a variar su estructura o su composición por difusión en estado sólido. Son muy frecuentes en el ambiente metamórfico pero se verifican también en la meteorización y la diagénesis.

7. ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MINERALES La propiedad característica y definidora de la materia cristalina es ser periódica. Quiere esto decir que, a lo largo de cualquier dirección, los elementos que la forman se encuentran repetidos a la misma distancia (traslación). Este principio es válido partiendo desde cualquier punto de la estructura. Si tomamos las traslaciones mínimas en un cristal (traslaciones fundamentales) y desarrollamos el paralelepípedo que generan, obtendremos la celda unidad Cada celda unidad viene definida por la magnitud de sus traslaciones (a y b) y de los ángulos que forman entre ellas. Por repetición de esta celda unidad podemos reconstruir la red cristalina

8. Redes planas En este caso la red viene definida por dos traslaciones (a y b) y el ángulo que forman entre ellas (a). La celda unidad es un paralelogramo. En el plano solo existen 5 posibles tipos de redes:

9. Redes tridimensionales En este caso la celda unidad queda definida por tres traslaciones fundamentales (a, b y c) los ángulos que forman: α (entre b y c), β (entre a y c), γ (entre a y b)

10. Redes tridimensionales Del apilamiento de estas redes se obtienen las redes tridimensionales. Existen 14 tipos diferentes de redes tridimensionales (redes de Bravais) que se agrupan en 7 sistemas cristalinos diferentes. Cada sistema cristalino viene caracterizado por unos determinados valores de las traslaciones y de los ángulos que forman de su celda unidad:

11. CRISTALOGÉNESIS Independientemente del mecanismo ambiental que ha originado un cristal, su formación o cristalogénesis sigue una serie de etapas denominadas nucleación y crecimiento. • NUCLEACIÓN.- La formación de un cristal comienza con la formación de un núcleo o partícula inicial con las propiedades de un cristal, a partir de la cual éste ya puede crecer. Existen dos modalidades de nucleación: • 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.

12. CRECIMIENTO.- A partir de los núcleos se inicia el crecimiento de los cristales siempre que las condiciones del medio lo permitan (tiempo, estabilidad, etc). El crecimiento real de los cristales se separa de este modelo ideal, produciéndose lo que se denominan defectos cristalinos.

13. Defectos cristalinos La cristalización nunca es perfecta. Como en cualquier proceso natural se producen imperfecciones en el crecimiento. Son las responsables de variaciones en el color o la forma de los cristales Vacancias: Se producen por la ausencia en la red de un elemento. Dislocaciones: Aparición de nuevas filas de elementos cuando en el plano anterior no existían. Átomos intersticiales: Inclusión en la red de un átomo fuera de las posiciones reticulares. Con frecuencia este Sustituciones: Entrada en la red de un átomo diferente, pero de similar radio iónico que el que la compone.

14. Forma de los cristales Como la tendencia durante el crecimiento es a completar caras, la forma final con la que aparece un cristal (siempre que no tenga limitación de espacio) se denomina hábito cristalino y es fiel reflejo de su estructura interna. Existen diferentes tipos de hábitos: acicular, laminar, poliédrico, prismático.

15. Forma de los 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. Según se dispongan los cristales, los agregados reciben el nombre de irregulares, paralelos, radiales, etc. Un tipo especial de agregados son las maclas, consecuencia de la formación de varios núcleos a partir de los cuales se ha producido el crecimiento. Ninguno de ellos consigue englobar a los demás, continuando todos su propio crecimiento.

16. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES • DUREZA: Resistencia a ser rayado. Un mineral posee una dureza mayor que otro, cuando el primero es capaz de rayar al segundo. Se utiliza para medirla la Escala de Mohs

17. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES • EXFOLIACIÓN: al aplicar la fuerza necesaria, se rompe de manera que deje dos superficies planas . YESO MOSCOVITA BIOTITA

18. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES • DENSIDAD: Relación entre la masa y el volumen

19. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES • TENACIDAD: La resistencia que un mineral opone a ser roto, molido, doblado o desgarrado, en resumen su cohesión. A continuación se facilitan los términos que se emplean para describir las diversas clases de tenacidad en los minerales. • Frágil: un mineral que fácilmente se rompe o reduce a polvo. • Maleable: un mineral puede ser conformado en hojas delgadas por percusión. • Séctil: un mineral que puede cortarse en virutas delgadas con un cuchillo. • Dúctil: un mineral al que se le puede estirar en forma de hilo. • Flexible: un mineral que puede ser doblado pero que no recupera su forma original una vez que termina la presión que lo deformaba. • Elástico: un mineral que recobraba su forma primitiva al cesar la fuerza que lo ha deformado.

20. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES • BRILLO: El aspecto general de la superficie de un mineral cuando se refleja la luz. El brillo de los minerales puede ser de dos tipos, metálico y no metálico. Los términos que se emplean para describir el brillo de los minerales no metálicos: - Vítreo: que tiene el brillo de vidrio (cuarzo y turmalina).- Resinoso: que tiene el brillo de la resina (blenda y azufre).- Nacarado: que tiene el brillo irisado de la perla. Se observa por lo general en las superficies de los minerales paralelos a los planos de exfoliación (talco).- Graso: que parece estar cubierto con una delgada capa de aceite. Este brillo resulta de la luz difundida por una superficie microscópicamente rugos (nefelila, algunas especies de blenda y cuarzo masivo).- Sedoso: como la seda. Resultado de la reflexión de la luz sobre un agregado paralelo de fibras finas (yeso fibroso, malaquita y serpentina).-Adamantino: que tiene un reflejo fuerte y brillante como el diamante (cerusita y anglesita). PIRITA vitreo CUARZO graso TALCO

21. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES • COLOR: En algunos minerales el color es una propiedad fundamental directamente relacionada con sus elementos constituyentes principales y es, por consiguiente, constante y característico; en estos minerales, llamados ideocromáticos, el color sirve como medio de identificación importante. CINABRIO PIRITA MALAQUITA

22. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALES En algunos casos es preciso recurrir al análisis químico para diferenciar los minerales e identificarlos; según este punto de vista, los minerales se clasifican en: • NO SILICATADOS • Elementos nativos: Son minerales que se presentan como elementos aislados, sin combinar con otros. Oro, plata, cobre, platino, azufre, carbono (diamante y grafito) • Sulfuros:minerales formados por la combinación del azufre con un elemento metálico. Calcopirita (CuFeS2), mena de cobreCinabrio (HgS), mena de mercurioGalena(PbS), mena de plomoPirita (FeS2), para producir ácido sulfúrico • Haluros:combinación del cloro, flúor, bromo o yodo con metales. Halita(NaCI), sal común utilizada en alimentación Silvina (KCI), empleado para la preparación de sales potásicas fertilizantes.Carnalita (KMgCl3· 6H2O), empleado para la preparación de sales potásicas fertilizantes. Fluorita (CaF2), producción de ácido fluorhídrico para fabricar aluminio, y en la industria química.

23. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALES • NO SILICATADOS • Óxidos e hidróxidos: formados por uno o más elementos, generalmente metálicos, combinados con el oxígeno o el agua. Cuarzo (O2Si), posee innumerables aplicaciones, desde piedra semipreciosa y ornamental hasta para la industria cerámica, eléctrica, óptica, de precisión y otras.Magnetita (O4Fe3), mena de hierro.Limonita (FeO.OH nH2O), mena de hierro • Carbonatos: Los carbonatos están formados por el anión carbonato (CO3=) combinado con un metal.Aragonito (CaCO3), las variedades transparentes y las alabastrinas se utilizan como piedras preciosas.Malaquita (Cu2CO3(OH)2), como mena de cobre, y como piedra ornamental.Calcita (CaCO3), los cristales más puros se utilizan para la fabricación de lentes de microscopios, el mármol como piedra de ornamentación, las calizas litográficas en estampación y, en general, para las industrias de la construcción, metalurgia, química, de fertilizantes, de barnices y otras. Siderita (FeCO3), mena de hierro. • Sulfatos: Yeso (CaSO4·2H2O), las variedades de alabastro se utilizan como piedras ornamentales, mientras que el resto se emplean en la construcción, como fertilizante y como fundente cerámico

24. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALES SILICATADOS Los minerales incluidos en este grupo están formados por la combinación de sílice con otros óxidos y por su abundancia constituyen el 80 por 100 de la litosfera. Algunos de ellos son: • Nesosilicatos: Olivino(SiO4(Mg, Fe)2), se suele utilizar para la extracción de magnesio o para la fabricación de refractarios, aunque las variedades transparentes también se emplean en joyería. • Filosilicatos:Caolinita (Al4(OH)8Si4O10), se utiliza principalmente en la industria de la porcelana y también en la de la goma y el papel.Micas(silicatos de aluminio y otros metales. La mica blanca se denomina moscovita y la negra biotita), Talco (Mg3(OH)2Si4O10), se utiliza en las industrias de la goma, papel, textil, en los cosméticos y como colorante.

25. Aplicaciones de los cristales Paneles fotovoltaicos Un panel fotovoltaico consta de un cristal de sílice que, al ser estimulado por un fotón, es capaz de desprender electrones (efecto fotoeléctrico) que son recogidos por un material conductor. La fabricación de paneles fotovoltaicos tiene la necesidad de obtención de cristales planos, a un bajo coste.

26. Aplicaciones de los cristales Cristales líquidos Los cristales líquidos constan de un fluido compuesto por moléculas alargadas que tienen la propiedad de ordenarse como un cristal ante la polarización eléctrica del medio. Al ordenarse cambian sus propiedades ópticas (color, opacidad, etc). Se han utilizado intensamente en las pantallas de pequeños aparatos electrónicos (calculadoras, relojes) y actualmente se están introduciendo en el mercado de los monitores (pantalla plana).

27. Aplicaciones de los cristales Cristales artificiales La necesidad de cristales abrasivos en la industria y el alto coste de los naturales (por ejemplo, los diamantes industriales) ha posibilitado la aparición de artificiales. Estos cristales no alcanzan los resultados de los naturales, pero su menor coste rentabiliza su obtención y uso. Estas técnicas también se han adentrado en el mundo de la joyería, obteniéndose gran variedad de piedras preciosas artificiales con colores escasos en las naturales.

28. Aplicaciones de los cristales Informática Un chip consta de distintas capas de materiales crecidos durante el procesode fabricación: metal, óxido y semiconductor cristalino (sílice) que, al recibir un impulso eléctrico, puede transmitirlo o no a un material conductor. Las técnicas de cristalización han permitido reducirlos a tamaños tan insospechados que la limitación consiste en conseguir reducir al mismo tamaño sus conexiones.

29. AMBIENTES PETROGENÉTICOS Los minerales son sustancias naturales, de composición química definida dentro de unos límites y que presentan estado cristalino. Las rocas son agregados naturales de uno o más minerales. Los ambientes petrogenéticos (ambientes que dan lugar a la formación de rocas) se clasifican en tres grandes grupos: Ambiente Magmático: determinado por la existencia de material fundido (magma) en el interior de la tierra. La aparición de minerales y de las rocas que forman, viene dada por un proceso de solidificación del magma al llegar a zonas de menor temperatura, originando las rocas magmáticas Ambiente Metamórfico: determinado por el cambio de condiciones (presión temperatura o composición ) en el que tuvo lugar la génesis de una roca preexsistente. Este cambio de condiciones favorece la recristalización de minerales, o la neoformación (cristalización de otros nuevos), en un proceso denominado metamorfismo. Así, a partir de una roca original obtenemos una roca metamórfica. En casos extremos se puede producir la fusión o anatexia de las rocas originándose un magma. Ambiente Sedimentario: La actuación de los agentes geológicos externos tiene como consecuencia la aparición de gran cantidad de sedimentos, ya sea por deposición (rocas detríticas por ejemplo) o por precipitación de sales disueltas en el agua. También intervienen los seres vivos, bien como organismos capaces de precipitar sales en sus estructuras y que pueden acumularse tras su muerte (arrecifes de coral, sílex, fosfatos, etc.), o bien por acumulación de sus restos orgánicos. Los sedimentos, con el enterramiento, sufren un proceso de diagénesis que culmina con la formación de las rocas sedimentarias.

30. CICLO DE LAS ROCAS