Minerales y Rocas: definición, propiedades y clasificación geológica

TEMA 5. MINERALES Y ROCAS

1. LOS MINERALES

Son compuestos químicos con unas propiedades características:

• Sólidos
• Naturales: se forman por procesos geológicos
• Inorgánicos
• Homogéneos: constituidos por una única sustancia química
• De composición química definida que se puede representar por una fórmula química concreta.
• Con estructura cristalina: estructura interna ordenada.
  • Sus componentes químicos presentan una disposición reticular: están ordenados según formas geométricas definidas y ocupan posiciones fijas en el espacio.
  • Estructura: red tridimensional formada por la repetición de una celda unidad. Cada mineral se caracteriza por una celda unidad.
  • Generalmente, la estructura interna no se aprecia a simple vista.

Podemos diferenciar:

Minerales masivos: aquellos que presentan una forma externa irregular Cristal: el ordenamiento interno se puede observar en el exterior en una forma poliédrica.

LOS CRISTALES

Son minerales que presentan forma poliédrica con superficies planas o caras, vértices y aristas. Son el resultado de un proceso de cristalización que acontece en diferentes ambientes o procesos:

• A partir de disoluciones: Halita
• A partir de materia fundida (magma): Olivino
• Por sublimación de un gas (volcanes): Azufre
• A partir de otro cristal en estado sólido (recristalización): Turmalina

Cristalogénia o Formación de cristales: Tiene dos etapas:

• Nucleación: se forma el núcleo de cristalización (puede ser un cristal formado anteriormente o una impureza del medio).
• Crecimiento: depósito de nuevas partículas alrededor de los núcleos de cristalización.

A veces, en el proceso se originan imperfecciones que participan en la formación de piedras preciosas, de coloraciones determinadas, de cambios en sus propiedades.

Factores que influyen en la forma y tamaño del cristal

• Tiempo: si se forma lentamente origina un cristal grande y si crece rápidamente es pequeño. Si el proceso es muy rápido se forman vidrios, ya que el tiempo es insuficiente para formar los cristales.
• Espacio: necesario para que el cristal crezca libremente. Generalmente, crecen muchos cristales a la vez, unidos unos a otros (bordes irregulares). Si crecen aislados o tienen mucho espacio, se forman cristales regulares y de tamaño mayor.
• Reposo: en un medio tranquilo, los componentes se pueden ordenar y formar el cristal. Es necesario que la presión y la temperatura no presentan grandes variaciones.

Los agregados cristalinos

Normalmente los cristales crecen a partir de núcleos diferentes pero muy próximos formando agregados cristalinos. destacan:

• Geoda: los cristales cubren el interior de una cavidad y dejan un vacío en medio
• Maclas: formadas por dos o más cristales de la misma especie mineral y unidos de forma simétrica.

PROPIEDADES DE LOS MINERALES

Propiedades que dependen de la composición del mineral

• Brillo: Es la forma en la que se refleja la luz. Permite diferenciar entre minerales metálicos y no metálicos (brillo vítreo,sedoso, graso, adamantino ... )
• Color: el que muestra la superficie cuando es iluminada con luz blanca. La mayoría pueden mostrar distintos tonos debido a las impurezas por lo que es una propiedad poco resolutiva. Sin embargo la raya (color del mineral pulverizado) es una propiedad que no cambia.

Propiedades que dependen de la estructura cristalina

• Hábito: Es la forma que muestran los cristales en un mineral.
• Exfoliación: facilidad para separarse en láminas o para romperse y originar formas geométricas.

Propiedades que dependen de la composición y estructura

• Dureza: es la resistencia a ser rayado.
  • Se expresa con un nº de 1-10 (Escala de Mohs). Se seleccionaron 10 minerales de referencia.
  • Cada mineral raya a que tienen un nº igual o inferior a él
  • Cada mineral es rayado por los que tienen un nº igual o superior a él
• Densidad: es la relación entre la masa y el volumen que ocupa. Es una propiedad muy característica de cada mineral.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES

Se basa en la composición química y la estructura interna.

SILICATOS

Se encuentran en la mayoría de las rocas. Representan alrededor del 95% del minerales de la corteza terrestre. Se les considera los más importantes.

Unidad estructural básica: Tetraedro de silicio (SiO44): un átomo central de Si unido a 4 átomos de oxígeno situados en el vértice de un tetraedro.

Los tetraedros pueden unirse entre sí (compartiendo los átomos de oxígeno) o enlazarse mediante cationes (Fe, Mg), para formar una estructura tridimensional.

El tipo de unión y la disposición espacial de los tetraedros dan lugar a las diferentes familias de silicatos.

Ejemplos: granate, berilio, moscovita, cuarzo.

MINERALES NO SILICATOS

Forman parte de muchas rocas sin embargo, son menos abundantes en la corteza terrestre. Composición química muy variada.

Principales clases:

• Elementos nativos: compuestos puros de un metal o no metal. Ej: oro, plata, azufre, grafito, diamante.
• Óxidos e hidróxidos: combinaciones de metales con oxígeno (magnetita) y con el grupo hidroxilo (OH) (goethita).
• Sulfuros: Combinación de metal con azufre. Ej: pirita, cinabrio, galena y blenda.
• Haluros: Combinación de metal con un elemento halógeno. Ej: Halita, fluorita y silvita
• Carbonatos: Combinación de metales con ión carbonato. Ej: calcita, malaquita, azurita.
• Sulfatos, fosfatos y wolframato: Combinación de metales con ion sulfato (yeso); ión fosfato (turquesa); y ion wolframato (wolframita).

3. APLICACIONES DE LOS MINERALES

Los minerales son recursos de la Tierra y muchos constituyen la base de nuestra sociedad tecnológica e industrial.

Son importantes económicamente por la existencia de yacimientos minerales: acumulaciones naturales anormalmente concentradas de minerales útiles que permiten que su explotación sea rentable.

Explotación del minerales: Minería a cielo abierto y minería subterránea (requiere la construcción de túneles y galerías para extraer minerales que se encuentran a gran profundidad.

MINERALES DE INTERÉS

Minerales metálicos: De ellos se extraen metales que poseen muchas aplicaciones.

• Magnetita y hematites: Son menas de hierro (1º metal más utilizado). Utilidades: construcción y fabricación de automóviles, barcos, maquinaria y herramientas.
• Bauxita: Principal mena de aluminio (2ª metal más utilizado). Utilidades: carpintería metálica, latas, pinturas, coches, aviones y vehículos espaciales.
• Galena: Principal mena del plomo. Utilidades: fabricación de pilas, pinturas, baterías y pantallas de protección radiactiva, ya que tiene una densidad elevada.
• Calcopirita: Es mena del cobre. Utilidades: industria de la construcción (tuberías de agua, tubos y calefacción) y en materiales eléctricos.

Minerales no metálicos o industriales: Sus propiedades físicas o químicas los hacen útiles para la obtención de productos utilizados en la construcción y en procesos industriales.

Calcita y yeso: materiales de construcción. Calcita para fabricar cementos y morteros. Yeso para rebozar y estucar paredes.

Cuarzo: Se utiliza en equipos electrónicos y ópticos, como abrasivo, para fabricar porcelana (en polvo) y es materia prima en la fabricación del vidrio.

Halita: Se utiliza en industria química como mena de cloro y de sodio; en las carreteras cuando hay hielo o nieve; los alimentos como condimento y para hacer conservas.

Azufre y silvita: Azufre en industria química para fabricar ácido sulfúrico. Silvita para producir fertilizantes.

4. LAS ROCAS

Son agregados de uno o más tipos de minerales que se han formado como consecuencia de un mismo proceso natural.

Clasificación según su proceso de formación:

• Rocas sedimentarias: Se forman en la superficie terrestre a partir de la acumulación de materiales originados en procesos externos o por acumulación de restos de seres vivos.
• Rocas metamórficas: Se originan por la transformación de cualquier roca preexistente sometida a temperaturas y presiones elevadas.
• Rocas magmáticas o ígneas: Se forman cuando se enfría y consolida el magma. Puede consolidarse en zonas profundas o salir a la superficie en procesos volcánicos.

EL CICLO DE LAS ROCAS

Es el conjunto de procesos que experimentan las rocas a lo largo del tiempo. Esto permite que una roca pueda transformarse en otro tipo de roca si las condiciones cambian.

Todas las rocas al estar sometidas a los procesos geológicos externos, tienden a destruirse y descomponerse en sedimentos. Estos sedimentos, por diagénesis darán lugar a rocas sedimentarias. Estas rocas, también podrían volver a erosionarse y dar lugar a una nueva roca sedimentaria, o transformarse por aumento de P y Tª en una roca metamórfica, o fundirse y dar lugar a una roca magmática.

Las rocas sedimentarias e igneas se forman bajo unas condiciones de P y Ta. Si estas condiciones cambian, pueden llegar a transformarse, sin llegar a fundirse, en rocas metamórficas.

Las rocas metamórficas pueden erosionarse y dar lugar a una roca sedimentaria o fundirse y originar una roca ígnea.

Si una roca llega a fundirse por aumento de Ta dará lugar a magma, que al enfriarse formará una roca ígnea. A su vez, la roca ígnea podrá ser erosionada y transformarse en sedimento y después en roca sedimentaria, o debido a la alta P, transformarse en roca metamórfica.

Fusión Metamorfism 0 ROCA SEDIMENTARIA MAGMA Diagénesis Disgregación Disgregación Fusión Fusión Enfriamiento SEDIMENTOS ROCA METAMÓRFICA Metamorfism Disgregación 0 ROCA MAGMÁTICA

5. ROCAS SEDIMENTARIAS

Se forman en la superficie terrestre a partir de la acumulación de sedimentos originados en procesos externos o por acumulación de restos de seres vivos.

Litificación o Diagénesis: conjunto de procesos a través del cual un sedimento se transforma en roca sedimentaria.

Se debe:

• al peso de los sedimentos que se van depositando y comprimiendo
• al aumento de temperatura debido al enterramiento.
• el cambio de condiciones químicas.

PROCESOS DIAGENÉTICOS

• Compactación y deshidratación El aumento de presión (por peso de los sedimentos) hace que se compriman los granos, se cierren los poros y se expulsen los fluidos que hay entre los granos. Se reduce el volumen total del sedimento y se deseca.
• Cementación Los materiales sueltos (arenas, gravas) se consolidan cuando cementan sus componentes. El cemento se produce cuando las sales minerales que contiene el agua (en poros y espacios intergranulares) quedan unidas a las partículas que constituyen los sedimentos. Composición del cemento: principalmente sílice, carbonatos (calcita) y óxidos de hierro. En sedimentos con granos muy finos (arcillas) no se forma cemento o es muy escaso ya que los poros son demasiado pequeños para que circule el agua.
• Recristalización, disolución y neoformación de minerales Se produce debido al aumento de presión y temperatura.

TIPOS DE ROCAS SEDIMENTARIAS

• Detríticas: formadas por acumulación de fragmentos de rocas preexistentes.
• De precipitación:
  • Química o físico-química: precipitación de sustancias en disolución.
  • Bioquímica: formadas por reacciones producidas por seres vivos
• Organogénicas: constituidas por restos de organismos
  • Orgánicas: formadas por acumulación y transformación de materia orgánica (carbón y petróleo)

DETRÍTICAS

Formadas por granos o fragmentos de materiales procedentes de la erosión de otras rocas que han sido transportados por un agente.

En la sedimentación se produce una selección de los materiales según el tamaño: los granos más grandes se depositan primero y los más finos los últimos.

Según el tamaño de sus componentes se diferencian 3 grandes grupos:

Conglomerados (o ruditas): granos de tamaño superior a 2 mm de diámetro.

• Brechas: granos angulosos (han sufrido poco transporte)