CRISTALOGRAFÍA. MINERALES Y ROCAS - Bachillerato · PDF file–Fusión de rocas de la corteza debido a condiciones extremas de presión y temperatura (anatexia) • Es lógico pensar

CRISTALOGRAFÍA. MINERALES Y ROCAS

TEMA 3. LIBRO PÁGS. 30 - 56

GUIÓN DEL TEMA

• Conceptos previos

• Cristalografía

• Minerales. Principales grupos

• Ambientes petrogenéticos

– Ambiente magmático

– Ambiente sedimentario

– Ambiente metamórfico

CONCEPTOS PREVIOS

Conceptos previos

• Mineral. Cualquier sólido inorgánico natural que posea una estructura interna ordenada y una composición química definida

• Para que se considere mineral debe cumplir los siguientes requisitos:

– Aparecer de forma natural

– Ser inorgánico

– Ser un sólido

– Poseer una estructura interna ordenada. Es decir, sus átomos deben estar dispuestos según un modelo definido

– Debe tener una composición química definida, que puede variar dentro de unos límites

Conceptos previos

• Roca. Cualquier masa sólida de materia mineral, que se presenta de forma natural en nuestro planeta – Suele ser una mezcla consolidad de minerales, aunque algunas

rocas están compuestas por un solo mineral

• Estructura cristalina. Forma sólida en la que se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas o iones. – Son empaquetados de manera ordenada y con patrones de

repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio.

– La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación

• Minerales poseen estructura interna ordenada (estructura cristalina)

• Mineraloide; similar a mineral, pero no presenta estructura interna ordenada (ESTRUCTURA AMORFA). Ej; ópalo, carbón, limonita, etc.

CRISTALOGRAFÍA

Cristalografía

• Materia mineral está formada por partículas materiales unidas entre sí y ordenadas

– Partículas materiales; átomos, iones, moléculas (nudos)

• La disposición más sencilla de partículas materiales es lo que se denomina celda elemental (celda cristalina), que es un poliedro

• La celda cristalina se repite en las tres direcciones del espacio, y así da lugar a la estructura cristalina de un mineral

Elementos de cristalografía

• En una estructura cristalina se pueden distinguir los siguientes elementos: – Fila de nudos; partículas materiales que se encuentran en

la misma arista o diagonal de la celda elemental

– Plano reticular; partículas materiales que ocupan un mismo plano

– Ejes cristalinos, cada uno de las direcciones en el espacio que ocupan las celdas cristalinas

– Conjunto reticular; repetición de celda elemental en las tres direcciones del espacio. Es la representación de la estructura cristalina)

– Constantes cristalográficas; se refieren a las longitudes de las aristas de la celda elemental (a,b, c), y los ángulos que forman entre ellos (α,,). Son constantes para cada celda elemental, teniendo en cuenta que la estructura cristalina consiste en la repetición de la celda elemental

(VER PÁGS. 32 Y 33 LIBRO)

Sistemas cristalinos. Redes de Bravais

• La repetición de estas celdas da lugar al crecimiento de cristales distintos, con distintos tipos de simetría y anisotropía (variación de las propiedades según la dirección)

• En función de los parámetros de la celda unitaria, longitudes de sus lados y ángulos que forman, se distinguen 7 sistemas cristalinos distintos

1. Cúbico

2. Tetragonal

3. Rómbico (ortorrómbico)

4. Hexagonal

5. Romboédrico (trigonal)

6. Triclínico

7. Monoclínico

Sistemas cristalinos. Redes de Bravais • Para determinar completamente la estructura cristalina

elemental de un sólido, además de definir la forma geométrica de la red, es necesario establecer las posiciones en la celda de los nudos que forman el sólido cristalino. Las alternativas son las siguientes: – P: Celda primitiva o simple en la que los puntos reticulares son sólo los

vértices del paralelepípedo. “SIMPLE”

– F: Celda centrada en las caras, que tiene puntos reticulares en las caras, además de en los vértices. “DE CARAS CENTRADAS”

– I: Celda centrada en el cuerpo que tiene un punto reticular en el centro de la celda, además de los vértices. “CENTRADA”

– C: Celda con puntos reticulares centrados en dos caras, además de puntos reticulares en los vértices “CENTRADA EN DOS CARAS”


• Combinando los 7 sistemas cristalinos, con las distintas disposiciones mencionadas de nudos, se obtienen 14 configuraciones básicas. Estas estructuras se denominan redes de Bravais.

VER PÁGINA 34 LIBRO


• Ejercicio. Pág. 35, actv. 4

Proceso de cristalización • Cristalización; proceso por el cual a partir de un gas, líquido o

disolución, los iones, átomos o moléculas (nudos), establecen enlaces hasta formar una red cristalina, unidad básica de un cristal.

• Por tanto, se puede hablar de tres mecanismos de cristalización: – A partir de una disolución, como es el caso de la cristalización de

cristales de sal cuando se evapora el agua. (PRECIPITACIÓN)

– A partir de materiales fundidos, como es el enfriamiento lento de un magma (PRECIPITACIÓN DE LOS MINERALES DEL MAGMA)

– Por descenso de temperaturas en sustancias gaseosas. (SUBLIMACIÓN) Ej, cristales de hielo pro enfriamiento de vapor de agua.

• En toda cristalización se produce incorporación de partículas materiales

• Recristalización: Se forma un nuevo cristal por reorganización interna de los componentes de un cristal preexistente.

Proceso de cristalización

Diferencia solidificación / cristalización

• La solidificación es un paso de líquido a sólido, y NO siempre conlleva una cristalización (sólo en ocasiones)

• Ejemplos:

– Enfriamiento lento del magma sí supone una cristalización (rocas volcánicas) por precipitación de diferentes minerales contenidos en el magma.

– Enfriamiento rápido del magma, frecuente en rocas plutónicas, no genera la formación de cristales

AMBIENTES PETROGENÉTICOS

Ambientes petrogenéticos

Ambiente petrogenético

- Literalmente significa “ambiente de formación de rocas”

- Es un área en la que se dan unas condiciones de presión, temperatura y composición química determinadas que hacen posible la formación de un determinado tipo de roca

Ambientes petrogenéticos Tipos de rocas y ambientes

- Rocas magmáticas o ígneas. Son rocas endógenas, originadas por la consolidación del magma al enfriarse, bien en el interior terrestre (rocas plutónicas), o en el exterior (rocas volcánicas). SE FORMAN EN AMBIENTES MAGMÁTICOS

- Rocas sedimentarias. Rocas exógenas, originadas por el depósito o sedimentación de materiales que proceden de la meteorización y erosión de rocas preexistentes. SE FORMAN EN AMBIENTES SEDIMENTARIOS

- Rocas metamórficas. Rocas endógenas originadas por transformación de rocas ígneas, sedimentarias o metamórficas por la acción de metamorfismo (variaciones de presión y temperatura, sin llegar a la fusión). SE FORMAN EN AMBIENTES METAMÓRFICOS

EL AMBIENTE MAGMÁTICO

Ambiente magmático

• Tiene lugar en el interior de la tierra (por eso da lugar a rocas endógenas)

• Condiciones de presión y temperatura permiten la fusión de las rocas MAGMA

• Magma; masa de minerales fundidos (minerales incluidos originalmente en las rocas

• Tipos de magma

– Ácido

– Básico

• Lava; material magmático emitido a superficie terrestre en estado fluido

Ambiente magmático

Composición y tipos de magma

• Si el magma es la masa de minerales contenidos en las rocas fundidas, su composición tendrá en su mayoría los elementos químicos más abundantes en los principales tipos de minerales presentes en rocas de la corteza y manto; Si, O, Ca, Mg, Fe, Na, K, Al.

• Si ordenamos estos elementos de mayor a menor densidad:

Fe > Al > Si > Mg > Ca > O > Na > K

• Es lógico pensar que un magma que se forma por fusión de minerales ricos en elementos más densos (ortosilicato), será un magma de densidad elevada, denso y viscoso (poco fluido)

Ambiente magmático


• La mayoría de las rocas en la corteza están formadas por minerales silicatados, que presentan en su composición química SIO2, en forma de ión ortosilicato (SiO4)4- que es la forma más abundante en la naturaleza

• La combinación de tetraedos del ión ortosilicato entre sí, o combinados con otros elementos.

Ambiente magmático


• Es también lógico pensar que la presencia abundante de sílice (ortosilicatos) combinados entre sí formando cadenas proporciona al magma mayor viscosidad que si tuviera poco SiO2

Piroxenos

Anfíboles

Ambiente magmático


• Los magmas se pueden formar de dos formas principales:

– Ascensión de materiales del manto fundidos

– Fusión de rocas de la corteza debido a condiciones extremas de presión y temperatura (anatexia)

• Es lógico pensar que, si la composición química de corteza y manto es distinta, el magma que se origine por fusión de rocas de la corteza (por anatexia) será distinto al magma procedente de la fusión de rocas del manto – Corteza. Rica en O, Si (sílice), Al y Fe MAGMA MÁS VISCOSO (POCO

FLUIDO)

– Manto. Rico en Mg, con menor cantidad de sílice MAGMA MENOS VISCOSO (FLUIDO)

Ambiente magmático


Teniendo en cuenta todos estos criterios y premisas, se puede considerar que las rocas magmáticas se forman a partir de dos tipos de magma:

•Magma ácido

•Magma basáltico

Ambiente magmático


Magma basáltico –De naturaleza básica (Magma básico o máfico)

–Escaso sílice (sin cadenas de ortosilicatos, o cadenas simples), menos del 50 %

–Generado en manto o zonas profundas de la corteza terrestre, donde se funden rocas pobres en sílice (rocas máficas, básicas)

–Ricos en elementos como Ca y Mg

–Presencia de gases como vapor de agua y dióxido de carbono

–Poco viscoso, muy fluido

–Debido a su gran fluidez, es habitual que este tipo de magma sí alcance el exterior y critalice en superficie, formando rocas volcánicas (también produce rocas plutónicas, pero es menor habitual)

–Ej; Basalto (Roca volcánica)

Ambiente magmático


Magma ácido –De naturaleza ácida (Magma félsico)

–Alto contenido en sílice, superior al 60%

–Rico en iones como Na y K

–Generado por fusión de materiales de la corteza (anatexia)

–Es el típico de zonas de subducción (fusión de corteza de placa que subduce), donde se funden rocas de la corteza ricas en sílice (rocas félsicas)

–Muy viscoso, poco fluido (cuando hay erupciones, son explosivas)

–Debido a su poca fluidez, no es habitual que este tipo de magma alcance el exterior y suele cristalizar en el interior, formando rocas plutónicas (también produce rocas volcánicas, pero es menor habitual)

–Ej; Granito (roca plutónica)

Ambiente magmático


Entre los magmas ácidos y básicos existe toda una serie de magmas intermedios, con características intermedias

MAGMA ÁCIDO (GRANÍTICO, RIOLÍTICO O FÉLSICO) – MAGMA INTERMEDIO (ANDESÍTICO) – MAGMA BÁSICO (MÁFICO O BASÁLTICO) – MAGMA ULTRAMÁFICO (ULTRABÁSICO)

BÁSICO INTERMEDIO ÁCIDO

Ambiente magmático Formación de un magma

A modo de resumen, para que se forme un magma la temperatura del ambiente de formación debe ser superior al punto de fusión de las rocas.

Los motivos por los que puede formarse un magma son:

• Choque de placas tectónicas .Da lugar a un aumento de temperatura por deformación de las rocas que en zonas profundas puede generar magmas

• Subducción de la corteza. Descenso de la litosfera que puede llegar a fundirla. Especialmente en materiales ricos en agua.

• Descompresión de la corteza. Zonas de fractura como dorsales o rift disminuye la presión y puede fundirse corteza y manto.

• Plumas o corrientes calientes del manto - Puntos calientes

• Rozamiento en fallas

• Acumulación de productos radioactivos

Ambiente magmático Formación de un magma

Las zonas de acumulación de magma se denominan cámaras magmáticas. Suelen ser de grandes dimensiones (kilométricas)

Ambiente magmático

Evolución de un magma. Diferenciación magmática

• Un mismo magma, durante su ascenso, puede evolucionar y dar lugar a varias rocas ígneas distintas. A este proceso se le denomina diferenciación magmática

• Los principales mecanismos de diferenciación son los siguientes: I. Cristalización fraccionada.

II. Asimilación.

III. Mezcla de magmas

Ambiente magmático


I. Cristalización fraccionada del magma

Según asciende y se enfría el magma, los minerales magmáticos cristalizan en un orden determinado.

Esto origina la segregación de determinados componentes minerales, cambiando la composición del magma residual

Ese orden se explica por las llamadas Series de Bowen

Ambiente magmático

Evolución de un magma

Cristalización fraccionada. Series de Bowen

1. Dentro de un magma, y conforme éste se va enfriando, los primeros minerales que cristalizan son aquellos con punto de fusión (PF) y densiodad más elevados. Ej; olivino

2. Los minerales que cristalizarán más tarde son aquellos con menor PF (p.ej. Feldespatos)

3. Si los minerales ya cristalizados y sólidos continuan en contacto con el magma, reaccionan químicamente y evolucionan al siguiente mineral

4. Existen dos series o secuencias de cristalización en las series de Bowen: • Secuencia continua

• Secuencia discontinua

Evolución de un magma. Cristalización fraccionada. Series de Bowen

Serie de reacción discontinua

Rama superior izquierda. Conforme un magma se enfría, el primer mineral que cristaliza es el olivino (mayor PF, mayor densidad).

Una vez formado el olivino, éste reacciona químicamente con el fundido restante (magma) para formar piroxeno

En este paso, el olivino que está compuesto por tetraedos de ortosilicato aislados (sorosilicato), incorpara más sílice en su estructura, de forma que sus tetraedros pasan a formar estructura de cadena simple características de piroxenos (inosilicato)

Conforme el cuerpo magmático se enfría más, los cristales de piroxeno reaccionarán a su vez con el fundido para generar estructuras de cadena doble típicas de anfíboles (inosilicato de cadena doble)

Esta reacción en serie prosigue hasta que el ultimo mineral de la serie, la biotita (tectosilicato, tetraedos unidos formando una red, estructuras laminares)

Esta serie se llama discontinua porque en cada etapa se forma un silicato con distinta estructura


Serie de reacción continua

Rama derecha de la serie de reacción

Todos los minerales pueden coexistir en un mismo espacio y tiempo. Esto es lo que sucede con los silicatos ricos en calcio y sodio (plagioclasas)

Las plaglioclasas son tectosilicatos, con una serie de minerales desde la anortita a albita

Los cristales de plagioclasa rica en calcio (anortita, plagioclasa 100% cálcica) reacción con los iones sodio en el fundido para enriquecerse progresivamente de ellos. El extremo de la serie será la plagioclasa rica en sodio (albita, plagioclasa 100% sódica)

Los iones sodio se difunden en los cristales de feldespato y desplazas los iones calcio en la red cristalina

Cuando el enfriamiento del magma es muy rápido, no se llega a producir la sustitución compileta de los iones calcio por los iones sodo


Durante la última etapa de la cristalización, después de que se haya solidificado gran parte del magma, se forma el feldespato potásico

Si las rocas solidifican en el interior 8rocas plutónicas), se formará moscovita

Por último, si el magma remanen tiene exceso de sílice, se formará el cuarzo.

Ambiente magmático


II. Asimilación magmática

Durante el ascenso el magma puede fundir rocas con las que se pone en contacto, incorporando los fundidos correspondientes a su composición, que variará de acuerdo con la composición de las rocas asimiladas.

• Mezcla de magmas. Ocurre fundamentalmente durante la residencia en cámaras magmáticas, como consecuencia del aporte de nuevas porciones de magmas primarios, que cambian la composición del magma allí acumulado.

Ambiente magmático


II. Mezcla de magmas

Ocurre fundamentalmente durante la residencia en cámaras magmáticas, como consecuencia del aporte de nuevas porciones de magmas primarios, que cambian la composición del magma allí acumulado.

Ambiente magmático

Solidificación de un magma

• El proceso de solidificación del magma se denomina consolidación magmática

• Esta asociado al proceso de diferenciación magmática, según el magma se enfría y asciende a superficie

• El proceso de consolidación magmática puede producrise en dos situaciones

– Consolidación en superficie

– Consolidación en el interior

Ambiente magmático


• Consolidación en superficie

– Se produce un enfriamiento rápido, dando lugar a las rocas volcánicas.

– Sólo se aprecian aquellos minerales cristalizados en el interior de la cámara magmática rodeados de una pasta micro cristalina o vítrea (textura porfídica).


• Consolidación en el interior

– Se produce un enfriamiento gradual. A cada descenso de temperatura se forman los minerales más estables, enriqueciéndose el magma residual en sílice y volátiles.

– La textura típica es la holocristalina (todos los minerales presentan cristales visibles).

– Este proceso de cristalización sucede en tres etapas:

• Ortomagmática

• Pegmatítica o pneumatolítica

• Hidrotermal


• Consolidación en el interior

– Ortomagmática. Temperaturas superiores a los 700º C) Se produce la solidificación en el interior de la cámara magmática. Cristalizan minerales silicatos originando rocas plutónicas.

– Pegmatítica – Neumatolítica. Temperaturas entre 700 y 400º C. Los fluidos residuales con alto contenido en volátiles salen por las grietas de la cámara magmática solidificándose en su interior. Se originan rocas filonianas.

– Hidrotermal. Temperaturas inferiores a 400º C. Soluciones acuosas a alta temperatura con componentes solubles (CO2, F, Cl, Br, S, etc) ascienden por grietas cristalizando en ellas. Se forman rocas filonianas e impregnaciones en otras rocas.

Ambiente magmático

Ejercicios

• Pág. 41, actvs. 6 y 8

• Explica los principales mecanismos de diferenciación magmática. ¿En qué consiste la cristalización fraccionada?

Ambiente magmático

Clasificación de las rocas magmáticas

Para clasificar las rocas magmáticas podemos recurrir a varios criterios:

1. Coloración

2. Composición química

3. Profundidad de cristalización

4. Textura

Ambiente magmático


1. Coloración

El índice de color de una roca dependerá de la coloración de los minerales que contenga.

Cabe distinguir entre minerales leucocratos (blancos o claros), y melanocratos (negros u oscuros):

- Leucocratos. Minerales ricos en sílice, oxígeno, alumnio, sodio y potasio. Propios de rocas ácidas (rocas félsicas).

Ejemplo; Granito. Coloración clara por su mayor contenido en minerales leucocratos, como cuarzo y feldespato, ricos en sílice y propios de magmas ácidos (roca ácida, félsica)

La roca félsica más abundante es el granito. Los minerales félsicos más comunes son el cuarzo, la moscovita, la ortoclasa y las plagioclasas ricas en sodio.

http://es.wikipedia.org/wiki/Granito

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Moscovita

http://es.wikipedia.org/wiki/Ortoclasa

http://es.wikipedia.org/wiki/Plagioclasa

Ambiente magmático


1. Coloración

- Minerales Melanocratos. Minerales ricos en hierro y magnesio (ferromagnesianos), que le dan una coloración oscura. Propios de rocas básicas (rocas máficas), con bajo contenido en sílice

Ejemplo; Basalto. Roca máfica de coloración oscura por su mayor contenido en minerales melanocratos ricos en Fe y Mg, como olivino (contiene Fe y Mg). Muy poco contenido en sílice

Son ejemplos de minerales máficos el olivino, el piroxeno, el anfibol y la biotita. Son rocas máficas el basalto, la peridotita y el gabro.

http://es.wikipedia.org/wiki/Olivino

http://es.wikipedia.org/wiki/Piroxeno

http://es.wikipedia.org/wiki/Anfibol

http://es.wikipedia.org/wiki/Biotita

http://es.wikipedia.org/wiki/Basalto

http://es.wikipedia.org/wiki/Gabro

Ambiente magmático


2. Composición química

Según su contenido en sílice, las rocas magmáticas se clasifican (de mayor a menor contenido en sílice)en:

- ácidas o félsicas

- intermedias

- básicas o máficas

- ultrabásicas (ultramáficas)

Ambiente magmático


3. Profundidad de cristalización

Según a que profundidad cristalicen o consoliden, las rocas magmáticas se clasifican en:

• Extrusivas. Cristalizan (consolidan) en superfice. Son las rocas volcánicas

• Intrusivas. Cristalizan en el interior. Pueden ser • Rocas plutónicas. Cristalización a profundidades superiores a 1

km., como resultado de la consolidación del magma en la cámara magmática (habitualmente)

• Rocas filonianas. Cristalización a profundidades inferior a 1 km, como resultado de la consolidación del magma en grietas, fracturas o fallas

TABLA PÁG. 40. IMPORTANTE

Granito

Riolita

Gabro

Basalto

Ambiente magmático


4. Textura

Define la forma, tamaño, geometría de los minerales componentes de la roca. En el caso de las rocasmagmáticas predominan:

• Textura granular

• Textura profídica

• Textura vítrea

• Textura fluidal

• Textura espumosa (porosa)

Ambiente magmático


4. Textura

Textura granular

• Minerales integrantes de la roca han desarrollado cristales homogéneos, y de tamaño similar, en contaco unos con otros

• Consecuencia de enfriamiento lento

• Propia de rocas plutónicas

Ambiente magmático


4. Textura

Textura granular

Ambiente magmático


4. Textura

Textura porfídica

• Se distinguen cristales grandes bien desarrollados (fenocristales) y una masa que le rodea (matriz) sin cristales o con estos muy pequeños (microcristales)

• Indica dos fases de cristalización, una de enfriamiento lento (formación de fenocristales), y otra de rápido enfriamiento (microcristales de matriz)

• Propia de rocas filonianas

Ambiente magmático


4. Textura

Textura porfídica

Pórfido

Ambiente magmático


4. Textura

Textura vítrea

• La masa mineral es amorfa, sin cristales desarrollados (sin estructura cristalina) o criptocristalina (cristales muy pequeños)

• Consecuencia de un rápido enfriamiento del magma

• Propio de rocas volcánicas formadas en bruscas erupciones

Ambiente magmático


4. Textura

Textura vítrea

Obsidiana

Ambiente magmático


4. Textura

Textura fluidal

• Cristales minerales están ordenados como si siguieran la corriente de un río

• Indican que antes de su solidificación, el magma formada corrientes de lava en el exterior

• Propio de rocas volcánicas

Ambiente magmático


4. Textura

Textura fluidal

Riolita

Ambiente magmático


4. Textura

Textura espumosa (porosa)

• Textura muy proosa, con huecos dejados por las burbujas procedentes de las emanaciones de gases que tenía el magma

• Burbujas quedaron atrapadas por el rápido enfriamiento del magma

• Propio de rocas volcánicas

Ambiente magmático


4. Textura

Textura espumosa (porosa)

Pumita Basalto vacuolar

Ambiente magmático

OJO!!! UNA MISMA ROCA MAGMÁTICA PUEDE PRESENTAR DISTINTAS TEXTURAS DEPENDIENDO DE SU AMBIENTE DE FORMACIÓN

EJEMPLO; BASALTO

• BASALTO VACUOLAR (TEXTURA POROSA)

• BASALTO CON TEXTURA VÍTREA (MICROCRISTALES DE OLIVINO)

• BALSATO CON TEXTURA PORFÍDICA (FENOCRISTALES DE OLIVINO)

Ambiente magmático

Ejercicios

• Pág. 41, actv. 10

• Pág. 54, actv. 26

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