Licenciatura en Ciencias de la Tierra - Primer Semestre
Curso de
GEOLOGÍA GENERAL
Imparten:Dra. Laura [email protected]. Valerie Pompa [email protected] M.C. Mario Ramos Arias [email protected]://sites.google.com/site/ggctlm/
2. MATERIA Y MINERALES
2. MATERIA Y MINERALES
¿Qué son los minerales?Sustancias naturales inorgánicas y sólidas que constituyen gran parte de la Tierra y de los cuerpos extraterrestres accesibles al hombre (meteoritos, Luna).- propiedades físicas homogéneas;- composición química característica y bien definida, que puede variar sólo dentro de ciertos límites;- estructura ordenada de átomos (retículo cristalino).
… el mercurio es un mineral que existe al estado líquido;… el vidrio volcánico no es un mineral porque es amorfo;… la calcita de origen orgánico se considera un mineral, porque en su formación han ocurrido procesos geológicos de compresión, disolución, compactación y recristalización.
25.11.2004 4
Polimorfismo. El mismo compuesto químico puede formar minerales con estructuras diferentes (fases polimorfas). Los polimorfos presentan las mismas propiedades químicas, pero tienen propiedades físicas diferentes.La formación de una fase polimorfa está condicionada por las condiciones de P y T a las cuales cristaliza el mineral. De hecho, cada polimorfo tiene un campo de estabilidad P-T dentro el cual se forma. Las fases polimorfas pueden existir también afuera de su campo de estabilidad, pues los cambios de fase pueden ocurrir de forma extremadamente lenta (fases metaestables).
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C
2. MATERIA Y MINERALES
Elemento. Sustancia fundamental de la materia.Átomo. Partícula más pequeña de la materia que presenta las propiedades químicas de un elemento.
Cada elemento tiene un no
constante de protones (número atómico).Los e- orbitan alrededor del núcleo en regiones denominadas capas o niveles de energía; cada capa puede contener un número máximo de e-.En general, los e- entran en las capas de energía superiores después de que las inferiores se hayan completado. Los e- de la capa más externa se denominan e- de valencia.
Regresamos a algunos conceptos básicos…
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Un átomo tiene una configuración estable cuando su capa de valencia está completa.Los gases nobles son los únicos elementos que tienen la capa electrónica externa completa, y por lo tanto son inertes.Para adquirir una configuración estable, los átomos de los otros elementos tienden a interaccionar con otros átomos, cediendo, tomando o compartiendo e- de valencia. La fuerza de atracción que une dos o más átomos se denomina enlace químico.Cuando un enlace químico une dos o más elementos en proporciones definidas, se genera un compuesto. La mayoría de los minerales son compuestos químicos.
Argón
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Enlace iónico. Un átomo cede sus e- de valencia y el otro los utiliza para completar su capa externa.
Los compuestos iónicos consisten en una disposición ordenada de aniones y cationes que confiere una neutralidad electrónica global. Cada ión tiende a rodearse del mayor número de iones de carga opuesta, compatiblemente con su tamaño y con el tamaño de los iones adyacentes.Esta forma de acercamiento recíproco en la cual esferas iónicas adyacentes tienen que respetar el principio de la mutua tangencia, origina los poliedros de coordinación.
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En general los aniones son más grandes que los cationes, por lo tanto la estructura iónica puede ser imaginada como un apilamiento regular y compacto de esferas grandes de carga negativa, en los intersticios de las cuales se anidan esferas pequeñas de carga positiva.
La forma de los poliedros de coordinación depende exclusivamente de la relación entre radio iónico del catión que ocupa el centro del poliedro, y radio iónico de los aniones ubicados en los vértices.
coord. 3triangular coord. 4
tetraédricacoord. 6
octaédricacoord. 8cúbica
coord. 12cubo-octaédrica
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1.59
1.24
1.20
.86
.80
.75
.73
.69
.61
.47
.34
rcatión (Å)
≥121.27K+
8.94Na+
8.91Ca2+
6.65Fe2+
6.61Mg2+
6.56Mn2+
6.55Fe3+
6.52Ti4+
6.46Al3+
4.36Al4+
4.26Si4+
coordinaciónrcat / rOcatión
.414
.732
.225
1.0
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Enlace covalente. Se produce al compartir e-.Molécula Cl2: cada átomo comparte un e- con el otro, adquiriendo el e- necesario para completar la capa más externa.Los poliedros de coordinación son bien enlazados, pero no aprovechan completamente el espacio, porque por lo general no se mantiene la condición de tangencia entre esferas. El número de coordinación máximo es 4 (tetraedro).
Cloro Cloro
Molécula Cl2
Enlace metálico. Los elementos metálicos contienen sólo de 1 a 3 e- en la capa de valencia, y el enlace entre estos e- y el núcleo es relativamente débil.
Aluminio
Cuando los átomos de Al están agrupados en un bloque de metal, los e- externos dejan de orbitar alrededor de un único átomo, y generan una nube compartida de e-.
La movilidad de los e- de valencia explica la alta conducibilidad térmica y eléctrica de los metales, y su capacidad de deformarse sin fracturarse.
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¿Qué es un cristal?Es un sólido geométrico cuya forma respeta el equilibrio interno de los átomos. En otras palabras, es la expresión visible del retículo cristalino de un mineral.
halita (NaCl)
Retículo cristalinoAlineamiento de átomos (iones o moléculas)- homogéneo (extendido infinitamente);- periódico (átomos del mismo elemento se suceden a lo largo de distancias fijas);- discontinuo (son presentes espacios vacíos entre los átomos).
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La simetría en los cristales se define con base en la disposición recíproca de algunos elementos de simetría, que pueden ser reales e ideales. El conjunto de estos elementos define el grado de simetría de un cristal. Los cristales de la misma especie tienen siempre el mismo grado de simetría.
Elementos reales- caras: superficies planas que delimitan el cristal;- aristas: segmentos definidos por la intersección de dos caras;- vértices: puntos de encuentro de tres o más aristas.
Simetría en los cristales
Elementos ideales- planos de simetría (m): dividen el cristal en dos partes especulares;- ejes de simetría: líneas que, mediante una rotación α, provocan n repeticiones de un elemento del cristal: α=180°, 120°, 90°, 60° (A2, A3, A4, A6);- centro de simetría (C): punto interno al cristal equidistante de los elementos reales y opuestos del cristal.
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Grupos cristalinos (parámetros de las caras)Sistemas cristalinos (ángulos entre los ejes)Monométrico a=b=c
cúbico α=β=γ=90°Dimétrico a=b≠c
tetragonal α=β=γ=90°trigonal α=β=γ≠90°
hexagonal α=β=90°; γ=120°Trimétrico a≠b≠c
ortorómbico α=β=γ=90°monoclínico α≠90°;
β=γ=90°triclínico
α≠β≠γ≠90°
Forma y clasificación de los cristales
Sistema de ejes cristalográficos x, y, z dispuestos en las tres direcciones del espacio, y convergentes en un punto (origen).Si la cara de un cristal encuentra los ejes en los puntos A, B y C, se definen parámetros de la cara (a, b, c) las distancias de A, B y C del origen. Estos parámetros definen la posición de las caras de un cristal en el espacio.
2. MATERIA Y MINERALES
Forma y clasificación de los cristales
Grupos cristalinos (parámetros de las caras)Sistemas cristalinos (ángulos entre los ejes)Monométrico a=b=c
cúbico α=β=γ=90°Dimétrico a=b≠c
tetragonal α=β=γ=90°trigonal α=β=γ≠90°hexagonal α=β=90°; γ=120°
Trimétrico a≠b≠cortorómbico α=β=γ=90°monoclínico α≠90°; β=γ=90°triclínico
α≠β≠γ≠90°
Hábito cristalino. El aspecto que asume el mineral (tabular, prismático, acicular, globular)
Brillo. El aspecto o la calidad de la luz reflejada de la superficie del mineral (metálico, vítreo, perlado, sedoso, resinoso…)
Color. Es una característica evidente, pero poco fiable, pues puede cambiar facilmente debido a la presencia de impurezas (ej: iones extraños en la estructura cristalina del cuarzo)
Raya. Color de un mineral en polvo
Principales propiedades físicas diagnósticas de los minerales
2. MATERIA Y MINERALES
Principales propiedades físicas diagnósticas de los minerales
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Dureza. Resistencia de un mineral a la abrasión o al rayado
Escala de Mohs
Principales propiedades físicas diagnósticas de los minerales
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Clivaje y fractura. Tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos de enlaces débiles.Cuando los minerales se rompen uniformemente en más de una dirección, el clivaje se describe por el número de planos exhibido y los ángulos a los cuales se producen.Los minerales que no exhiben foliación cuando se rompen, exhiben una fractura concoide (recuerda al hielo o al vidrio roto).
cuarzo
anfíbol (hornblenda)
mica blanca (muscovita)
Peso específico. Cociente entre el peso de un mineral y el peso de un volumen igual de agua.
Propiedades diagnósticas secundarias
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Magnetismo
Tacto
Birrefracción
Sabor
Olor
Maleabilidad
Reacción química con HCl
oromoldeable
halita salada
talco jabonosografito grasoso
magnetita imán natural
el azufre huele a huevo podrido
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elemento
Tierra
O 32
Fe 32
Mg 15
Si 14
Ni 1.8
Ca 1.7
Al 1.6
total 98.1Fe y Ni en el núcleo
Manto y corteza: SILICATOS
elemento manto y corteza
O 44
Mg 23
Si 21
Fe 8
Ca 2.5
Al 2.4
total 100.9
Los silicatos se dividen en subclases, dependiendo de cómo su estructura base (SiO4)4- se enlaza con
los iones cercanosSi comparte 1 e- con cada O. Debido a que O posee 2e- de valencia, cada uno puede formar otro enlace:- con un catión ≠ Si;- con otro Si (cadenas, anillos, hojas, estructuras 3D).
Silicatos: los principales minerales terrestres
Sistema ortorómbicoColor: verde muy claro, verde aceituna, amarillo-verde, a veces rojizo (iddingsitización)Fractura concoideDureza: 6.5-7Densidad: 3.22-4.39 g/cm3
Rocas máficas y ultramáficas
Nesosilicatos: tetraedros independientes
OLIVINO (Mg, Fe)2SiO4
Forsterita (Mg2SiO4)-Fayalita (Fe2SiO4)Solución sólida: su composición química varía en modo continuo entre los dos términos extremos.Mg, Fe=vicariantes
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sec. 001sec. 100 sec. 010
PIROXENOS XYZ2O6
X Y Z
Na+ 8
Ca2+ 8
Mg2+ 6 6
Fe2+ 6 6
Fe3+ 6
Ti4+ 6
Al3+ 6 4
Si4+ 4
FsEn Mg2Si2O6 Fe2Si2O6
Di
CaMgSi2O6
Hd
CaFeSi2O6
augita
pigeonita
X=Mg, Fe: estructura ortorómbicaORTOPIROXENO (Hiperstena) (Mg, Fe)2Si2O6
Enstatita (Mg2Si2O6)-Ferrosilita (Fe2Si2O6)
X= Ca, Na: estructura monoclínicaCLINOPIROXENO CÁLCICO (Augita) Ca(Mg, Fe)Si2O6
Diópsido CaMgSi2O6
Hedembergita CaFeSi2O6
CLINOPIROXENO SÓDICOJadeita NaAlSi2O6
Egirina NaFeSi2O6
2. MATERIA Y MINERALES
Inosilicatos: cadena simple de tetraedros
PIROXENOS
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Inosilicatos: cadena simple de tetraedros
Color: negro, verde oscuroClivaje: dos sistemas que forman un ángulo de 90° en secciones basalesHábito: cristales prismáticosDureza: 6Densidad: 3.2-3.7 g/cm3
Rocas ultramáficas, máficas e intermediasEgirina en rocas ígneas peralcalinas
ortopiroxeno
cpx - augitacpx
egirina
enstatita
diópsido
augita
egirina
augita
ANFÍBOLES W0-1X2Y5Z8O22(OH)2
W X Y Z
elementos Nacoord. 10-12
Na, Ca (coord. 8) Mg, Fe’’, Fe’’’, Al, Ticoord. 6
Si, Alcoord. 4Mg, Fe’’ (coord. 6)
anfíboles Fe-Mg Mg, Fe
anfíboles cálcicos (Na) Ca (Na)
anfíboles sódicos (Na) Na
antofilita Mg Mg Si
cummingtonita-grunerita
Mg-Fe Mg-Fe Si
tremolita-actinolita Ca Mg-Fe Si
hornblenda Na0-1 Ca, Na Mg, Fe’’, Fe’’’, Al, Ti Si, Al
riebeckita Na Fe3Al2 Si
kaersutita Na, K Ca (Mg, Fe’’)4Ti Si6Al2
arfvedsonita-eckermanita
Na Na, Ca Mg, Fe’’, Fe’’’ Si, Al
2. MATERIA Y MINERALES
Inosilicatos dobles: cadena doble de tetraedros
ANFÍBOLES
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Inosilicatos dobles: cadena doble de tetraedros
Color: negro, verde-café, verde oscuro, blu (riebeckita)Clivaje: dos sistemas que forman ángulos de 120°-60° visibles en secciones basalesHábito: cristales prismáticos alargados, cristales aciculares (riebeckita); secciones basales a losangaDureza: 5-6Densidad: 3.0-3.5 g/cm3
Rocas máficas, intermedias, ultramáficas (hornblenditas)Riebeckita en rocas ígneas peralcalinasAnfíboles de Fe-Mg: esquistos verdes (protolito máfico, bajo grado metamórfico)Hornblenda: anfibolitas (protolito máfico, grado metamórfico intermedio)Glaucofano: esquistos azules (alta P baja T)
hornblenda
hornblenda
riebeckita
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Filosilicatos: hojas de tetraedros que comparten tres oxígenos
BIOTITA
FLOGOPITA
annita siderofilita
eastonitaflogopita
K2Fe6Si6Al2O20(OH)4
K2Mg6Si6Al2O20(OH)4
K2Fe5AlSi5Al3O20(OH)4
K2Mg5AlSi5Al3O20(OH)4
1/3
MICAS NEGRASmicas, arcillas
2. MATERIA Y MINERALES
Filosilicatos: hojas de tetraedros que comparten tres oxígenos
Color: negro, café oscuro, doradoClivaje: exfoliación en láminasReflejo muy fuerteHábito: cristales laminares a 6 y 4 ladosDureza: 2.5-3Densidad: 2.7-3.3 g/cm3
Rocas volcánicas ricas en K2OMuy común en rocas intrusivas intermedias; mineral máfico más abundante en las rocas félsicasMuy común en rocas metamórficas de protolito pelítico
MICAS NEGRAS
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Filosilicatos: hojas de tetraedros que comparten tres oxígenos
Color: gris claro-perlado
Muscovita: muy común en rocas intrusivas peraluminosas, y en rocas metamórficas de protolito pelítico.Fengita: rocas metamórficas de alta P
muscovita K2 Al4 (Si6Al2) O20 (OH,F)4 fengita K2 Al3(Mg,Fe2+) (Si6Al2) O20 (OH,F)4 paragonita Na2 Al4 (Si6Al2) O20 (OH,F)4
MICAS BLANCAS
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Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxígenos con otros
tetraedros
SiO2
P baja
P media, alta
P altísima
P ultra-alta
temperatura
cristobalita β tridimita β cuarzo β cuarzo α cristobalita α tridimita α cúbica hexagonal hexagonal trigonal tetragonal monoclínica
cuarzo β cuarzo α hexagonal trigonal
coesitamonoclínica
stishovitatetragonal
2. MATERIA Y MINERALES
Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxígenos con otros
tetraedrosCUARZO (SiO2)
Color: transparente (aparentemente gris pálido-hielo si rodeado por minerales relativamente oscuros), violeta (amastista), ahumadoFractura concoideReflejo vítreoDureza: 7 (raya el acero)Densidad: 2.65 g/cm3 (cuarzo α)
cuarzo α
Abundante en las rocas graníticasXenocristal en lavas máficasPresente en muchísimas rocas metamórficas
Color: hialino (cuando fresco) o blanco en rocas volcánicas; blanco, rosado o rojo en rocas intrusivasClivaje: dos sistemas a ~90°, no perfectamente visiblesHábito: cristales tabularesDureza: 6Densidad: 2.55-2.63 g/cm3
Sanidino: traquitas y fonolitasOrtoclasa: sienitas, rocas graníticas
2. MATERIA Y MINERALES
Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxígenos con otros
tetraedrosFELDESPATOS ALCALINOS(Na,K)AlSi3O8
Soluciones sólidas Albita-Ortoclasa
OrtoclasaSanidino
Anortoclasa
2. MATERIA Y MINERALES
Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxígenos con otros
tetraedros
sección [010] sección//(010)(010)
(110)
(001)
sección [010] sección//(010)(010)
(110)
(001)
(010)
(110)
(001)
PLAGIOCLASASSoluciones sólidas Anortita-AlbitaAnortita: CaAl2Si2O8
Albita: NaAlSi3O8
Sistema triclínico, séudo-monoclínicoColor: generalmente blancoClivaje: dos sistemas a ~90°, raramente visiblesHábito: cristales tabulares o acicularesDureza: 6-6.5Densidad: 2.63-2.76 g/cm3
2. MATERIA Y MINERALES
Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxígenos con otros
tetraedrosFELDESPATOIDESLeucita: KAlSi2O6
Nefelina: NaAlSiO4
Dureza: 5.5-6Densidad:
leucita: 2.47-2.50 g/cm3
nefelina: 2.56-2.67 g/cm3
Rocas subsaturadas en SiO2
Leucita:Tetragonal séudo-cúbica
NefelinaHexagonal; secciones basales hexagonales, secciones prismáticas casi cuadradas.
Composición del manto: rocas ultramáficas
ortopiroxeno (Mg,Fe)2SiO6
clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6
olivino (Mg,Fe)2SiO4
Composición de la corteza oceánica: rocas máficas
olivino (Mg,Fe)2SiO4
clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6
ortopiroxeno (Mg,Fe)2Si2O6
plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8
Composición de la corteza continental: rocas félsicas
cuarzo SiO2
feld. alcalino NaAlSi3O8-KAlSi3O8
plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8
biotita K(Mg, Fe’’)3AlSi3O10(OH)2
hornblenda Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
2. MATERIA Y MINERALES
Composición mineralógica de la Tierra silicatada
Minerales no silicatados<8% de la corteza terrestre;- constituyentes importantes de las rocas sedimentarias;- importancia económica.
Carbonatos. Grupo mineral compuesto por el ión carbonato (CO32-) y uno o
varios cationes.
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brillo vítreodureza 3-4
sistema romboédricola calcita reacciona vigorosamente con HCl
Caliza y dolomita: constituyentes principales de las rocas sedimentarias calizas y dolomías.
Haluros y sulfatosHalita, NaClYeso, CaSO4·2H2OCapas potentes, vestigios de mares antiguos que se han evaporado hace tiempo.
Calcita CaCO3 Dolomita CaMg(CO3)2
Óxidos, sulfuros, elementos nativos…
Minerales no silicatados
2. MATERIA Y MINERALES
magnetita corindón pirita oro platino