Licenciatura en Ciencias de la Tierra - Primer Semestre Curso de

GEOLOGA GENERALImparten: Dra. Laura Mori M.C. Valerie Pompa Mera M.C. Mario Ramos Arias lmori@geologia.unam.mx valerie@geofisica.unam.mx marioalf11@hotmail.com

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2. MATERIA Y MINERALES

2. MATERIA Y MINERALESQu son los minerales? Sustancias naturales inorgnicas y slidas que constituyen gran parte de la Tierra y de los cuerpos extraterrestres accesibles al hombre (meteoritos, Luna). - propiedades fsicas homogneas; - composicin qumica caracterstica y bien definida, que puede variar slo dentro de ciertos lmites; - estructura ordenada de tomos (retculo cristalino). el mercurio es un mineral que existe al estado lquido; el vidrio volcnico no es un mineral porque es amorfo; la calcita de origen orgnico se considera un mineral, porque en su formacin han ocurrido procesos geolgicos de compresin, disolucin, compactacin y recristalizacin.

2. MATERIA Y MINERALESPolimorfismo. El mismo compuesto qumico puede formar minerales con estructuras diferentes (fases polimorfas). Los polimorfos presentan las mismas propiedades qumicas, pero tienen propiedades fsicas diferentes. La formacin de una fase polimorfa est 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 tambin afuera de su campo de estabilidad, pues los cambios de fase pueden ocurrir de forma extremadamente lenta (fases metaestables).

C

25.11.2004

4

2. MATERIA Y MINERALES Regresamos a algunos conceptos bsicosCada elemento tiene un no constante de protones (nmero atmico). Los e- orbitan alrededor del ncleo en regiones denominadas capas o niveles de energa; cada capa puede contener un nmero mximo de e-. En general, los e- entran en las capas de energa superiores despus de que las inferiores se hayan completado. Los ede la capa ms externa se denominan ede valencia.

Elemento. Sustancia fundamental de la materia. tomo. Partcula ms pequea de la materia que presenta las propiedades qumicas de un elemento.

2. MATERIA Y MINERALES

Argn

Un tomo tiene una configuracin estable cuando su capa de valencia est completa. Los gases nobles son los nicos elementos que tienen la capa electrnica externa completa, y por lo tanto son inertes. Para adquirir una configuracin estable, los tomos de los otros elementos tienden a interaccionar con otros tomos, cediendo, tomando o compartiendo e- de valencia. La fuerza de atraccin que une dos o ms tomos se denomina enlace qumico. Cuando un enlace qumico une dos o ms elementos en proporciones definidas, se genera un compuesto. La mayora de los minerales son compuestos qumicos.

2. MATERIA Y MINERALES

Enlace inico. Un tomo cede sus e- de valencia y el otro los utiliza para completar su capa externa.

Los compuestos inicos consisten en una disposicin ordenada de aniones y cationes que confiere una neutralidad electrnica global. Cada in tiende a rodearse del mayor nmero de iones de carga opuesta, compatiblemente con su tamao y con el tamao de los iones adyacentes. Esta forma de acercamiento recproco en la cual esferas inicas adyacentes tienen que respetar el principio de la mutua tangencia, origina los poliedros de coordinacin.

2. MATERIA Y MINERALESEn general los aniones son ms grandes que los cationes, por lo tanto la estructura inica puede ser imaginada como un apilamiento regular y compacto de esferas grandes de carga negativa, en los intersticios de las cuales se anidan esferas pequeas de carga positiva.

coord. 3 triangular

coord. 4 tetradrica

coord. 6 octadrica

coord. 8 cbica

coord. 12 cubo-octadrica

La forma de los poliedros de coordinacin depende exclusivamente de la relacin entre radio inico del catin que ocupa el centro del poliedro, y radio inico de los aniones ubicados en los vrtices.

2. MATERIA Y MINERALEScatin Si4+ Al4+ Al3+ Ti4+ Fe3+ Mn2+ Mg2+ Fe2+ Ca2+ Na+ K+ rcatin () .34 .47 .61 .69 .73 .75 .80 .86 1.20 1.24 1.59 rcat / rO .26 .36 .46 .52 .55 .56 .61 .65 .91 .94 1.27 1.0 .732 .414 .225 coordinacin 4 4 6 6 6 6 6 6 8 8 12

2. MATERIA Y MINERALESCloro Cloro

Enlace covalente. Se produce al compartir e-. Molcula Cl2: cada tomo comparte un e- con el otro, adquiriendo el e- necesario para completar la capa ms externa. Los poliedros de coordinacin son bien enlazados, pero no aprovechan completamente el espacio, porque por lo general no se mantiene la condicin de tangencia entre esferas. El nmero de coordinacin mximo es 4 (tetraedro).

Molcula Cl2

Enlace metlico. Los elementos metlicos contienen slo de 1 a 3 e- en la capa de valencia, y el enlace entre estos e- y el ncleo es relativamente dbil.Aluminio

Cuando los tomos de Al estn agrupados en un bloque de metal, los e- externos dejan de orbitar alrededor de un nico tomo, y generan una nube compartida de e-. La movilidad de los e- de valencia explica la alta conducibilidad trmica y elctrica de los metales, y su capacidad de deformarse sin fracturarse.

2. MATERIA Y MINERALESRetculo cristalino Alineamiento de tomos (iones o molculas) - homogneo (extendido infinitamente); - peridico (tomos del mismo elemento se suceden a lo largo de distancias fijas); - discontinuo (son presentes espacios vacos entre los tomos). Qu es un cristal? Es un slido geomtrico cuya forma respeta el equilibrio interno de los tomos. En otras palabras, es la expresin visible del retculo cristalino de un mineral. halita (NaCl)

2. MATERIA Y MINERALES Simetra en los cristalesLa simetra en los cristales se define con base en la disposicin recproca de algunos elementos de simetra, que pueden ser reales e ideales. El conjunto de estos elementos define el grado de simetra de un cristal. Los cristales de la misma especie tienen siempre el mismo grado de simetra. Elementos reales - caras: superficies planas que delimitan el cristal; - aristas: segmentos definidos por la interseccin de dos caras; - vrtices: puntos de encuentro de tres o ms aristas. Elementos ideales - planos de simetra (m): dividen el cristal en dos partes especulares; - ejes de simetra: lneas que, mediante una rotacin , provocan n repeticiones de un elemento del cristal: =180, 120, 90, 60 (A2, A3, A4, A6); - centro de simetra (C): punto interno al cristal equidistante de los elementos reales y opuestos del cristal.

2. MATERIA Y MINERALES Forma y clasificacin de los cristalesSistema de ejes cristalogrficos 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 parmetros de la cara (a, b, c) las distancias de A, B y C del origen. Estos parmetros definen la posicin de las caras de un cristal en el espacio. Grupos cristalinos (parmetros de las caras) Sistemas cristalinos (ngulos entre los ejes) Monomtrico a=b=c cbico = = =90 Dimtrico a=bc tetragonal = = =90 trigonal = = 90 hexagonal = =90; =120 Trimtrico abc ortormbico = = =90 monoclnico 90; = =90 triclnico 90

2. MATERIA Y MINERALES Forma y clasificacin de los cristales

Grupos cristalinos (parmetros de las caras) Sistemas cristalinos (ngulos entre los ejes) Monomtrico a=b=c cbico = = =90 Dimtrico a=bc tetragonal = = =90 trigonal = = 90 hexagonal = =90; =120 Trimtrico abc ortormbico = = =90 monoclnico 90; = =90 triclnico 90

2. MATERIA Y MINERALESPrincipales propiedades fsicas diagnsticas de los minerales

Hbito cristalino. El aspecto que asume el mineral (tabular, prismtico, acicular, globular) Brillo. El aspecto o la calidad de la luz reflejada de la superficie del mineral (metlico, vtreo, perlado, sedoso, resinoso) Color. Es una caracterstica evidente, pero poco fiable, pues puede cambiar facilmente debido a la presencia de impurezas (ej: iones extraos en la estructura cristalina del cuarzo) Raya. Color de un mineral en polvo

2. MATERIA Y MINERALESPrincipales propiedades fsicas diagnsticas de los minerales

Dureza. Resistencia de un mineral a la abrasin o al rayado

Escala de Mohs

2. MATERIA Y MINERALESPrincipales propiedades fsicas diagnsticas de los mineralesmica blanca (muscovita)

Clivaje y fractura. Tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos de enlaces dbiles. Cuando los minerales se rompen uniformemente en ms de una direccin, el clivaje se describe por el nmero de planos exhibido y los ngulos a los cuales se producen. Los minerales que no exhiben foliacin cuando se rompen, exhiben una fractura concoide (recuerda al hielo o al vidrio roto). Peso especfico. Cociente entre el peso de un mineral y el peso de un volumen igual de agua.

anfbol (hornblenda)

cuarzo

2. MATERIA Y MINERALESPropiedades diagnsticas secundariasmagnetita imn natural halita salada

Magnetismo

Saborel azufre huele a huevo podrido

Olorgrafito grasoso talco jabonoso

Tactooro moldeable

Maleabilidad

Birrefraccin Reaccin qumica con HCl

2. MATERIA Y MINERALESSilicatos: los principales minerales terrestres elemento O Fe Mg Si Ni Ca Al total Tierra 32 32 15 14 1.8 1.7 1.6 98.1 elemento O Mg Si Fe Ca Al total manto y corteza 44 23 21 8 2.5 2.4 100.9 Fe y Ni en el ncleo Manto y corteza: SILICATOS

Los silicatos se dividen en subclases, dependiendo de cmo su estructura base (SiO4)4- se enlaza con los iones cercanos Si comparte 1 e- con cada O. Debido a que O posee 2e- de valencia, cada uno puede formar otro enlace: - con un catin Si; - con otro Si (cadenas, anillos, hojas, estructuras 3D).

2. MATERIA Y MINERALES Nesosilicatos: tetraedros independientesOLIVINO (Mg, Fe)2SiO4 Forsterita (Mg2SiO4)-Fayalita (Fe2SiO4) Solucin slida: su composicin qumica vara en modo continuo entre los dos trminos extremos. Mg, Fe=vicariantes Sistema ortormbico Color: verde muy claro, verde aceituna, amarillo-verde, a veces rojizo (iddingsitizacin) Fractura concoide Dureza: 6.5-7 Densidad: 3.22-4.39 g/cm3 Rocas mficas y ultramficas

sec. 100

sec. 001

sec. 010

2. MATERIA Y MINERALES Inosilicatos: cadena simple de tetraedrosPIROXENOS XYZ2O6X Na+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ Fe3+ Ti4+ 8 8 6 6 6 6 6 6 6 4 4 Y Z

X=Mg, Fe: estructura ortormbica ORTOPIROXENO (Hiperstena) (Mg, Fe)2Si2O6 Enstatita (Mg2Si2O6)-Ferrosilita (Fe2Si2O6) X= Ca, Na: estructura monoclnica CLINOPIROXENO CLCICO (Augita) Ca(Mg, Fe)Si2O6 Dipsido CaMgSi2O6 Hedembergita CaFeSi2O6 CLINOPIROXENO SDICO Jadeita NaAlSi2O6 Egirina NaFeSi2O6

Al3+ Si4+

Di CaMgSi2O6 augita

Hd CaFeSi2O6

pigeonita

En Mg2Si2O6

Fs

Fe2Si2O6

2. MATERIA Y MINERALES Inosilicatos: cadena simple de tetraedrosPIROXENOSaugita

augita

Color: negro, verde oscuro Clivaje: dos sistemas que forman un ngulo de 90 en secciones basales Hbito: cristales prismticos Dureza: 6 dipsido 3 Densidad: 3.2-3.7 g/cm Rocas ultramficas, mficas e intermedias Egirina en rocas gneas peralcalinasegirina enstatita

cpx - augita cpx egirina

ortopiroxeno

2. MATERIA Y MINERALES Inosilicatos dobles: cadena doble de tetraedrosANFBOLES W0-1X2Y5Z8O22(OH)2

W elementos anfboles Fe-Mg anfboles clcicos anfboles sdicos antofilita cummingtonita-grunerita tremolita-actinolita hornblenda riebeckita kaersutita arfvedsonita-eckermanita Na, K Na Na0-1 (Na) (Na) Na coord. 10-12

X Na, Ca (coord. 8) Mg, Fe (coord. 6) Mg, Fe Ca (Na) Na Mg Mg-Fe Ca Ca, Na Na Ca Na, Ca

Y Mg, Fe, Fe, Al, Ti coord. 6

Z Si, Al coord. 4

Mg Mg-Fe Mg-Fe Mg, Fe, Fe, Al, Ti Fe3Al2 (Mg, Fe)4Ti Mg, Fe, Fe

Si Si Si Si, Al Si Si6Al2 Si, Al

2. MATERIA Y MINERALES Inosilicatos dobles: cadena doble de tetraedrosANFBOLES Color: negro, verde-caf, verde oscuro, blu (riebeckita) Clivaje: dos sistemas que forman ngulos de 120-60 visibles en secciones basales Hbito: cristales prismticos alargados, cristales aciculares (riebeckita); secciones basales a losanga Dureza: 5-6 Densidad: 3.0-3.5 g/cm3hornblenda

hornblenda

riebeckita

Rocas mficas, intermedias, ultramficas (hornblenditas) Riebeckita en rocas gneas peralcalinas Anfboles de Fe-Mg: esquistos verdes (protolito mfico, bajo grado metamrfico) Hornblenda: anfibolitas (protolito mfico, grado metamrfico intermedio) Glaucofano: esquistos azules (alta P baja T)

2. MATERIA Y MINERALES Filosilicatos: hojas de tetraedros que comparten tres oxgenosMICAS NEGRAS annita K2Fe6Si6Al2O20(OH)4 micas, arcillas siderofilita K2Fe5AlSi5Al3O20(OH)4

BIOTITA 1/3 FLOGOPITA K2Mg6Si6Al2O20(OH)4 flogopita K2Mg5AlSi5Al3O20(OH)4 eastonita

2. MATERIA Y MINERALES Filosilicatos: hojas de tetraedros que comparten tres oxgenosMICAS NEGRAS

Color: negro, caf oscuro, dorado Clivaje: exfoliacin en lminas Reflejo muy fuerte Hbito: cristales laminares a 6 y 4 lados Dureza: 2.5-3 Densidad: 2.7-3.3 g/cm3 Rocas volcnicas ricas en K2O Muy comn en rocas intrusivas intermedias; mineral mfico ms abundante en las rocas flsicas Muy comn en rocas metamrficas de protolito peltico

2. MATERIA Y MINERALES Filosilicatos: hojas de tetraedros que comparten tres oxgenosMICAS BLANCAS muscovita fengita paragonita K2 K2 Na2 Al4 Al3(Mg,Fe2+) Al4 (Si6Al2) O20 (OH,F)4 (Si6Al2) O20 (OH,F)4 (Si6Al2) O20 (OH,F)4

Color: gris claro-perlado Muscovita: muy comn en rocas intrusivas peraluminosas, y en rocas metamrficas de protolito peltico. Fengita: rocas metamrficas de alta P

2. MATERIA Y MINERALES Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxgenos con otros tetraedrosSiO2

temperatura P baja P media, alta P altsima P ultra-alta cristobalitacbica

tridimitahexagonal

cuarzohexagonal

cuarzotrigonal

cristobalitatetragonal

tridimitamonoclnica

cuarzohexagonal

cuarzotrigonal

coesitamonoclnica

stishovitatetragonal

2. MATERIA Y MINERALES Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxgenos con otros tetraedrosCUARZO (SiO2) Color: transparente (aparentemente gris plido-hielo si rodeado por minerales relativamente oscuros), violeta (amastista), ahumado Fractura concoide Reflejo vtreo Dureza: 7 (raya el acero) Densidad: 2.65 g/cm3 (cuarzo ) Abundante en las rocas granticas Xenocristal en lavas mficas Presente en muchsimas rocas metamrficas

cuarzo

2. MATERIA Y MINERALES Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxgenos con otros tetraedrosFELDESPATOS ALCALINOS (Na,K)AlSi3O8 Soluciones slidas Albita-Ortoclasa Ortoclasa Sanidino Anortoclasa

Color: hialino (cuando fresco) o blanco en rocas volcnicas; blanco, rosado o rojo en rocas intrusivas Clivaje: dos sistemas a ~90, no perfectamente visibles Hbito: cristales tabulares Dureza: 6 Densidad: 2.55-2.63 g/cm3 Sanidino: traquitas y fonolitas Ortoclasa: sienitas, rocas granticas

2. MATERIA Y MINERALES Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxgenos con otros tetraedrosPLAGIOCLASAS Soluciones s lidas Anortita-Albita Anortita: CaAl2Si2O8 Albita: NaAlSi3O8

0

Sistema triclnico, sudo-monoclnico Color: generalmente blanco Clivaje: dos sistemas a ~90, raramente visibles Hbito: cristales tabulares o aciculares Dureza: 6-6.5 Densidad: 2.63-2.76 g cm3

secci n [0 0]

secci n

00

00

00

2. MATERIA Y MINERALES Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxgenos con otros tetraedrosFELDESPATOIDES Leucita: KAlSi2O6 Nefelina: NaAlSiO4 Nefelina Hexagonal; secciones basales hexagonales, secciones prismticas casi cuadradas. Leucita: Tetragonal sudo-cbica

Dureza: 5.5-6 Densidad: leucita: 2.47-2.50 g/cm3 nefelina: 2.56-2.67 g/cm3 Rocas subsaturadas en SiO2

2. MATERIA Y MINERALES Composicin mineralgica de la Tierra silicatadaComposicin del manto: rocas ultramficas ortopiroxeno clinopiroxeno olivino (Mg,Fe)2SiO6 Ca(Mg,Fe)Si2O6 (Mg,Fe)2SiO4

Composicin de la corteza ocenica: rocas mficas olivino clinopiroxeno ortopiroxeno plagioclasa (Mg,Fe)2SiO4 Ca(Mg,Fe)Si2O6 (Mg,Fe)2Si2O6 CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8

Composicin de la corteza continental: rocas flsicas cuarzo feld. alcalino plagioclasa biotita hornblenda SiO2 NaAlSi3O8-KAlSi3O8 CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 K(Mg, Fe)3AlSi3O10(OH)2 Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2

2. MATERIA Y MINERALES Minerales no silicatados