CTMA 1r_Tema2

11

Tema 2: Materials terrestres: roques i minerals

2.1 Els minerals

2.2 Les roques: filles dels processos geològics: * Roques magmàtiques * Roques metamòrfiques * Roques sedimentàries

2.3 Jaciments minerals

22

1. Els mineralsMineral: tot material sòlid, inorgànic i d’origen natural que té una composició química determinada i una estructura atòmica ordenada.

La forma externa és un reflexe de la seva forma interna

Els elements constitutius es repeteixen de forma ordenada en les tres direccions de l’espai.

33

1. Els mineralsAgregat : La formació d’un únic nucli i un únic cristall aïllat és molt complicat. Pel contrari és frequent que en el procés de creixement es formin agregats cristalins, unió de cristalls formats a partir de diferents nuclis. Tal com es disposin els cristalls, els agregats rebén el nom d’irregulars, paral·lels, radials, etc.

Agregat selenita Agregat guix

44

1. Els minerals

Un tipus especial d’agregats són les macles, conseqüència de la formació de varis nuclis a partir dels quals s’ha produit el creixement. Ningun d’ells aconsegueix englobar als altres, cadascú té el seu propi creixement

55

1. Els mineralsEls minerals es poden formar per varies raons:

1.Precipitació: Quan el fluid és un líquid. Les causes són variades: pérdua del fluid per evaporació , augment en la concentració i variació de temperatura o pressió. Es verifica en tots els ambients.

2. Sublimació: Quan el fluid és un gas es produeix la cristal·lizació directamente a l’estat sólid. És el cas de les fumaroles volcàniques per la baixada brusca de la temperatura.

66

1. Els minerals

3. Recristalització: Es forma un nou cristall per reorganització interna dels components d’un cristall preexistent. En variar les condicions del medi (pressió, temperatura o composició), un cristall pot desestabilitzar-se i començar a variar la seva estructura o la seva composició per difusió en estat sòlid. Són molt frequents en l’ambient metamòrfic però es verifiquen també en la meteorització

Recristalització granate

77

1.Els minerals1.1 Propietats: les empremtes digitals dels minerals

A. Propietats escalars (no depenen de l’estructura interna)

1. Hàbit: aparença externa en què està cristal·litzat

laminar

columnarCapil·lar amiant

2. Densitat: massa/volum, sol oscil·lar entre 2,5 i 4,5 g/cm3

3. Punt de fusió: temperatura a la qual passa a estat líquid

88


B. Propietats vectorials (depenen de l’estructura interna i necessiten 3 valors: intensitat, direcció i sentit)* Propietats mecàniques: relacionades amb la cohesió

1. Duresa: resistència que presenta la superfície a ser ratllada, es determina per comparació amb els minerals de l’escala de Mohs

1. Talc 2. Guix Ca SO4 (2·H2O)

99


3. Calcita Ca CO3 4. Fluorita Ca F2

5. Apatita Ca3 (PO4)2

6. Ortosa

K Al (Si3O8)

1010


7. Quars

SiO2

8. Topacio

Al4 (SiO4)3

9. Corindó Al2 O3 10. Diamant C

1111


2. Tenacitat o elasticitat:És la resistència que presenta un mineral a trencar-se o deformar-se:

* Fràgil: es trenca fàcilment* Mal·leable: es pot trencar en fines làmines* Dúctil: pot ser estirat com un fil* Flexible: pot ser doblegat de forma irreversible* Elàstic: al ser doblegat torna a la seva forma original

3. Fractura: Depèn en quina forma queda una vegada trencat

4. Exfoliació: Capacitat que tenen alguns minerals de trencar-se en superfícies planes o làmines

Mica moscovita

1212


B. Propietats vectorials* Propietats òptiques1. Color: és una de les característiques més visibles d’un mineral, però no és del tot fiable (un mineral pot presentar diferents colors, per canvi d’ions, impureces o inclusions o per cristal·lització defectuosa.

Fluorita Fluorita

1313


B. Propietats vectorials* Propietats òptiques

2. Ratlla de color: color del mineral polvoritzat

3. Brillantor o lluïsor: aspecte que agafa el mineral en reflectir la llum (nacrada, mat, metàl·lica, vítria, etc.

4. Birrefringència: desdoblament de la llum en travessar el mineral

Espat d’Islàndia, un tipus de calcita té la capacitat de birrefringència

1414

1.Els minerals: classificació1.2 Tres mil minerals repartits en vuit grups

La classificació es fa normalment basant-se en la seva composició i estructura cristal·lina.Grup 1: Elements natius

Sofre

Grafit

Plata

Coure

1515

1.Els minerals1.2 Tres mil minerals repartits en vuit grups

Grup 2: Sulfurs i compostos afins

Galena Pb S Pirita Fe S

Cinabri Hg S

1616


Grup 3: Halurs o sals

Halita Na Cl Fluorita Ca F2

Silvina K Cl

1717


Grup 4: Óxids i hidròxids

Hematites Fe2 O3 Magnetita Fe2+(Fe3+)2O4

Corindó Al2O3

1818


Grup 5: Carbonats, nitrats i borats

Dolomita CaMg (CO3)2

Calcita Ca CO3Malaquita Cu2 CO3(OH)2

1919


Grup 6: Sulfats, cromats, molibdats i wolframats

Anhidrita Ca SO4

Guix Ca SO4·2H2O Baritina Ba SO4

2020

1.Els minerals1.2 Tres mil minerals repartits en vuit grupsGrup 7: Fosfats, arseniats i vanadats

Apatita Ca5 Fe (PO4)3

2121


Grup 8: SilicatsSón la classe més important per què són el 25% dels minerals coneguts. Representen el 90% de la composició de l’escorça terrestre.

Formats per un tetràedre de sílice (que s’uneixen per diferents ions (Na, K, Ca, Al, Mg, Fe, Mg, etc.)

2222


Grup 8: Silicats

2323

2.2. Les roques: filles dels processos geològicsLes roques són agregats d’un o més minerals en unes proporcions determinades. Contenen uns minerals essencials i altres d’accesoris.

2424

2.2. Les roques: filles dels processos geològicsCicle de les roques

Processos externs:

• Meteorització• Erosió• Transport• Sedimentació

Processos interns:

• Formació del magma• Sismes• Orogènesi

2525

2.2. Les roques: filles dels processos geològics1. Roques magmàtiques: filles del foc

Ambient Magmàtic: determinat per l’existència de material fos (magma) en el interior de la Terra. L’aparició de minerals i de les roques que formen, ve donat per un procés de solidificació del magma en arribar a zones de menor temperatura, originant les roques magmàtiques. Granit

Obsidiana

2626

2.2. Les roques: filles dels processos geològics1. Roques magmàtiques: filles del focEl magma, composat per diferents minerals fossos, a mesura que ascendeix o disminueix la seva temperatura o pressió, comença a consolidar-se amb una cristal·lització seqüenciada. Aixó genera unes reaccions (reaccions de Bowen): - contínues (plagioclases) en les que es van equilibrant els components intercanviant ions, i - discontínues que ocorren a temperatures definides.

2727


La concentració de sílice ens donarà la mobilitat del magma i, en conseqüència la seva explosivitat.

2828


En estudiar les roques magmàtiques cal tenir en compte alguns paràmetres:

1. Concentració de sílice2. Temperatura de formació3. Acidesa4. Textura: fa referència a la forma, mida i distribució dels diferents

minerals:* Granuda: quan la cristal·lització és lenta i els cristalls es poden formar i fer-se visibles (ens indica formació en profunditat)* Afanítica: no s’observen a simple vista cristalls per què la cristal·lització ha sigut molt ràpida (formació superficial)* Porfírica: combinació de les dues anteriors

2929


5. Origen: es poden classificar en 3 grups:

1. Plutòniques: tenen una solidificació lenta i en profunditat en zones anomenades plutons que es local·litzen cristal·litzats en l’interior de la Terra

Cristalls més o menys de la mateixa mida, visibles amb textura granuda:

Gabro: bàsicGranit: àcid

3030


Formació de les roques plutòniques

3131


5. Origen2. Volcàniques: es formen quan el magma arriba a la superfície terrestre i surt a l’exterior en forma d’erupció.El refredament és molt ràpid.Poden ser afanítiques o porfíriques. A vegades tenen vesícules o bombolles produïdes pels gasos.

Basalt Riolita Pedra tosca o pumita

3232


5. Origen

3. Filonianes: quan el magma s’obre pas cap a la superfície a través d’esquerdes o filons i se solidifica en els seu interior

Pòrfir Pegmatita

3333

2.2. Les roques: filles dels processos geològics2. Roques metamòrfiques: filles de el calor i la pressió

Ambient Metamòrfic: determinat pel canvi de condicions (pressió, temperatura o composició ) en el que va tenir lloc la gènesi d’una roca preexistent. Així, a partir d’una roca original obtenim una roca metamòrfica.

Gneis

Hi ha dos factors primordials:• Si predomina la temperatura: metamorfisme de contacte• Si predomina la pressió: metamorfisme regional

3434


Classificació:

es realitza segons la seva composició i la textura (si els components s’orienten en superfícies planes dona lloc a esquistositat

3535


1. Roques sense esquistositat: han estat produïdes per un augment de temperatura amb el conseqüent augment de volum per metamorfisme de contacte.

Marbre. 95% calcària Quarsita: prové de l’arenisca rica en quars

3636


2. Roques amb esquistositat: es pot observar l’fecte de la pressió. Es classifiquen segons el grau de esquistositat

Pissarra

Filita

Les pissarres (provenen de les argiles) són de baix grau i les següents són les filites que brillen més

3737


Esquist: amb cristalls grans i esquistositat molt evident. Són metamorfime de grau mig d’argiles. S’observen bandes clares i fosques

Gneis: són de metamosfisme de grau alt del granit amb bandes clarament diferenciades

3838


3939

2.2. Les roques: filles dels processos geològics2. Roques sedimentàries: filles del Sol

Ambient Sedimentari: L’actuació dels agents geològics externs té com a conseqüència l’aparición d’una gran quantitad de sediments, ja sigui per deposició (roques detrítiques per exemple) o per precipitació de sals dissoltes en l’agua. • Temperatures menors a 200oC• Pressions inferiors a 6 km de profunditat

4040


Estan formades per tres classes de components o partícules:a. Clasts: fragments de roques que han estat erosionats i transportatsb. Cristalls: formats per precipitació química en medi aquósc. Fòssils que quan estan trencats s’anomenen bioclasts

Etapes de la diagènesi:1. Compactació: les partícules lliures s’ajunten entre elles com a conseqüència del pes dels materials superiors:

* pèrdua de la porositat* expulsió dels fluids (gasos i líquids)* pèrdua de volum amb augment de la densitat

4141


Etapes de la diagènesi:2. Cimentació: Els espais buits s’omplen de productes precipitats de material soluble, fent d’unió o ciment entre els diferents fragments:

* pèrdua de porositat* pèrdua de permeabilitat

Ciments més habituals:

* Calcita (Carbonat càlcic)* Guix (sulfat càlcic)* Quars (òxid de silici)

4242


Classificació: es fa segons la naturalesa dels seus components:

1. Roques detrítiques: roques formades per l’acumulació de clasts. Es poden subdividir en:

a) Conglomerats: formats per fragments grans i matriu fina

Bretxa: baix temps de transportPudinga: alt temps de transport

4343


1. Roques detrítiques:

b) Gresos: fragments de sorra (0,02 – 2 mm) de diferent naturalesa, fonamentalment silícica

Se solen utilitzar molt en construcció i si són riques en quars per fabricar vidre

4444


Formació dels gresos

4545


1. Roques detrítiques: c) Lutites: formats per minerals argilosos (diàmetre < 0,02 mm).

N’hi ha de diferents tipus (algunes argiles són expansives en aigua)

Argil·litesLimolites: textura llimosa

Margues: roques mixtes argila/calcita

4646


2. Roques no detrítiques: provocades per la precipitació de diferents ions

a) Carbonats: Formats per carbonat càlcic (Ca CO3) o calcita. Tenen la particularietat que en contacte amb àcid (normalment H2CO3 que prové d’activitat bacteriana del sòl i aigua) es converteix en un producte soluble que a la vegada pot precipitar.

Calcària amb HCl produeix efervescència

Dolomita Ca Mg (CO3)2, es forma en ambients marins

4747


2. Roques no detrítiques: provocades per la precipitació de diferents ions

a) Carbonats: En l’interior i exterior de coves formades per karstificació hi poden trobar acúmuls o sediments de carbonats.

Tova: a la sortida d’una cova calcària, l’aigua rica en carbonats dissolts, es troba amb menys pressió i perd CO2 provocant la precipitació dels carbonats envoltant la vegetació

Travertí: en l’interior d’una cova es pot acumular els sediments de carbonats formant aquesta roca

4848


Travertí

4949


Coral: éssers vius que agafen CO3 Ca per fabricar la seva estructura externa generant, lentament, uns espais naturals coneguts com Coral reef o escull coral·lí

5050


b) Evaporites o salines: formades per precipitació de sals en mars interiors, llacs o albuferes. Una forta insolació (a l’igual que la congelació) provoca una precipitació de sals doncs disminueix el dissolvent.

5151


b) Evaporites o salines:Com no totes les sals tenen igual solubilitat hi ha una precipitació diferencial i, en conseqüència, una sedimentació diferencial.

1r precipita >19% d’aigua Calcita Ca CO32n precipita 19 > X > 9,5% Guix

CaSO4·2H2O3r precipita 9,5 > X > 4% Halita Na Cl4r precipita < 4% d’aigua Silvina K ClAixó provoca:

• Estratificació: formació de capes de material diferent ja sigui per la seva composició o la seva textura

• Selecció: separació de materials diferents per textures o composició

5252


c) Silíciques: roques d’origen orgànic (descomposició d’esquelets de plantes o animals amb closca o coberta silícica).

Sílex: roca dura i compacte amb fractura concoïdal característica, amb arestes tallants, que van ser utilitzades per fabricar eines.

5353


d) Orgàniques: Contenen matèria orgànica.

Carbó: es formen en ambients pantanosos o deltàics anaeròbics a partir de restes vegetals que s’han anat carbonitzant

Carbonització:

Fase 1: Fase biològica: bacteris descomponen les restes orgàniques eliminant oxigen, nitrogen i sofre. Es forma torba (color marronós)

5454


Carbonització

Fase 2: Fase bioquímica:

l’enterrament i les altes pressions i temperatures faran que la torba s’aixafi i s’acabin d’eliminar els compostos volàtils COV.

5555


Mina de carbó

Torba 55% C 4.500-6.000 cal/gLignit 70-75% C 6.000-7.000 cal/gHulla 75-90% C 7.000-8.000 cal/gAntracita >90% C > 8.000 cal/g

5656

2.2. Les roques: filles dels processos geològics

2. Roques sedimentàries: filles del Sol

5757


Petroli En zones marines poc profundes (sobre placa continental) es pot acumular gran quantitat de plàncton envoltat de sediments: sapropel (llot orgànic) que passa a estar en condicions anaeròbiques transformant-se, per pèdrua de O2 i N2, en Querogen.

En condicions de 120-150 oC i pressió de 2-7 km augmenta la mobilitat en disminuir la densitat i ascendeix fins roca trampa.

Gas SuperiorPetroliAigua salada Inferior

5858

2.3. Jaciments minerals

Mina de coure

salines

5959

2.4. Utilitat dels minerals

Panels fotovoltàics: Un panel fotovoltàic consta d’un cristall de sílice que, en ser estimulat pur un fotó, és capaç de desprender electrons (efecte fotoelèctric) que són recollits per un material conductor. La fabricació de panels fotovoltàics té la necesitad d’obtenció de cristalls plans, a un baix cost.

Cristalls líquids: Els cristalls líquids consten d’un fluid compuest per molécules allargades que tenen la propietad d’ordenar-se com un cristall davant la polarització elèctrica del medi. En ordenar-se canvien les seves propietats òptiques (color, opacitat, etc). S’han utilizat intensament en les pantalles de petits aparells electrònics (calculadores, rellotges) i actualment s’estan introduint en el mercat dels monitors (pantalla plana).

6060

2.4. Utilitat dels mineralsCristalls artificialls. La necesitat de cristalls abrasius en la indústria i l’alt cost dels naturals (per exemple, els diamants industrials) ha posibilitat l’aparició d’artificials. Aquests cristalls no logrenn els resultats dels naturals, però el seu menor cost rentabitliza la seva obtenció i ús. Aquestes tècniques també s’han adentrat en el mon de la joieria, obtenent-se gran varietat de pedres precioses artificials amb colors rars en les naturals.

Diamant artificial

6161

2.4. Utilitat dels minerals

Informàtica: Un chip consta de diferents capes de materials crescuts s durant el procés de fabricació: metall, òxid i semiconductor cristalí (sílice) que, en rebre un impuls elèctric, pot transmetre’l o no a un material conductor. Les tècniques de cristalització han permés reduir-los a mides tan insignificants que la limitació consisteix en aconseguir reduir a la mateixa mida les sevess connexions.

Education

CTMA 1r_Tema2